Relatório Determinação da massa molar do sódio

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS - DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
QUÍMICA EXPERIMENTAL - 207
ENGENHARIA QUÍMICA
DETERMINAÇÃO EXPERIMENTAL DA MASSA
MOLAR DO SÓDIO E DA SUA INTERAÇÃO COM O
AR
Acadêmicos: RA:
Giovana Junges Pattaro 124833
Laura Andrade da Mota 123511
Maria Fernanda Rodrigues 125149
Pedro Antonio Galacci Reinert 125101
Pedro Augusto Ascencio Dalla Vecchia 124023
Prof. Paulo Cesar S. Pereira
MARINGÁ
2022
1 - INTRODUÇÃO
1.1 – Fundamentação teórica
Para o entendimento e desenvolvimento da ciência, os cientistas e os engenheiros
precisam conhecer detalhadamente as propriedades físicas e químicas dos materiais, pensando
em possíveis aplicações destes a fim de contribuir para o desenvolvimento da sociedade.
Este relatório irá abordar um dos elementos químicos de maior uso no cotidiano: o sódio
(Na), presente na soda cáustica (NaOH) usada na limpeza, no fermento químico (NaHCO3) da
indústria alimentícia, na fabricação de vidros sob a forma de carbonato de sódio (Na2CO3) e em
mais inúmeros setores da sociedade.
Sobre as propriedades físicas e químicas do sódio, o objeto de estudo do presente
relatório: este elemento químico pertence ao grupo 1 da tabela periódica, mais conhecidos
como metais alcalinos, os quais são caracterizados como metais moles, que podem até serem
cortados com uma faca, como foi o caso do sódio, de cor cinza-prateada, com apenas um elétron
na camada de valência cuja facilidade de ser removido é bem alta, o que explica pontos de fusão
e de ebulição e densidades baixos.
Outra característica bem marcante do sódio e que será abordada ao longo deste relatório
é o fato de ele ser um elemento bastante reativo, principalmente com água (H2O) e
consequentemente com o ar, devido a umidade presente neste, resultando em reações químicas
com grande liberação de calor, quesito o qual levou a um cuidado redobrado na questão do
armazenamento do sódio, feito em solventes que não reagem com tal metal, como é o caso do
tolueno e do querosene.
1.2 – Objetivos
Os objetivos dessa prática foram não só observar reações de sódio metálico, como
também suas propriedades químicas e físicas gerais, e assim determinar a massa molar desse
elemento.
2 - PROCEDIMENTOS
Foi montado o seguinte esquema para a atividade experimental:
Figura 1 - Esquematização do processo de determinação da massa molar do sódio
Fonte: Apostila de química experimental, 2022.
O aparato é formado pelos equipamentos a seguir: um tubo de ensaio adaptado com um
bulbo na lateral, dois tubos longos graduados (buretas adaptadas) lado a lado, os quais são
fixados verticalmente em um suporte universal, e conectados com uma mangueira de látex.
Após a montagem, seguiram as seguintes etapas:
a) As buretas foram fixadas a um suporte universal;
b) Foi adicionada água destilada às buretas até a aferição de 30 mL em ambas;
c) Um tubo de ensaio adaptado foi acoplado a uma bureta através de uma rolha de
borracha, também adaptada, enquanto a outra foi mantida aberta;
d) Esse tubo foi preenchido com 6 mL de etanol, atentando-se para não molhar o bulbo
lateral do mesmo (caso o líquido entrasse em contato com o bulbo, seria necessário um
papel absorvente para retirá-lo).
e) Em uma balança analítica, aferiu-se uma amostra de sódio metálico de
aproximadamente 0,073 g;
f) Com o auxílio de uma pinça, a amostra foi colocada no bulbo do tubo de ensaio
adaptado, mantendo-o inclinado;
g) Após verificar se o tubo estava lacrado com a rolha adaptada, o mesmo foi colocado na
posição vertical, para que a amostra de sódio entrasse em contato com o etanol e assim
uma reação ocorresse;
h) Após a conclusão da reação e o aparato esfriar, o volume de gás liberado foi medido por
meio da diferença de altura entre os níveis das duas buretas com o auxílio de uma régua,
a qual foi de 21,5 cm;
i) Foram registrados os valores da temperatura e pressão ambientes, sendo: 299,15 K (26,0
°C) e 764 mmHg, respectivamente.
3 - RESULTADOS E DISCUSSÃO
Foi obtida a seguinte reação entre sódio metálico e etanol:
(1)2 𝑁𝑎
(𝑠)
 + 2 𝐶
2
𝐻
5
𝑂𝐻
 (𝑙)
 → 2 𝐶
2
𝐻
5
𝑂𝑁𝑎
 (𝑎𝑞)
 + 𝐻
2 (𝑔)
Considerando a pressão parcial do gás hidrogênio liberado na reação, a pressão parcial
de vapor d'água sobre o líquido, a pressão da coluna de água e a pressão atmosférica
(ambiente), obtém-se a relação de equilíbrio mecânico descrita abaixo:
(2)𝑃
𝑐𝑜𝑙𝑢𝑛𝑎 𝑑𝑒 á𝑔𝑢𝑎
 + 𝑃
𝑎𝑡𝑚𝑜𝑠𝑓é𝑟𝑖𝑐𝑜
 = 𝑃
𝐻
2 (𝑔)
 + 𝑃
𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑑𝑒 á𝑔𝑢𝑎
Em que:
 𝑃
𝑎𝑡𝑚𝑜𝑠𝑓é𝑟𝑖𝑐𝑜
= 764 𝑚𝑚𝐻𝑔 
 𝑃
𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑑𝑒 á𝑔𝑢𝑎
= 25, 2 𝑚𝑚𝐻𝑔 (𝑜𝑏𝑡𝑖𝑑𝑜 𝑎 26, 0 °𝐶)
A pressão da coluna de água foi calculada pela equação a seguir:
(3)𝑃
𝑐𝑜𝑙𝑢𝑛𝑎 𝑑𝑒 á𝑔𝑢𝑎
 = ρ𝑔ℎ
Sendo a massa específica da água 997,05 kg/m3 a 25°C, a aceleração da gravidade,ρ 𝑔
que vale 9,8 m/s2 , e a diferença de altura entre os níveis das colunas de água das buretas, 21,5ℎ
cm, o equivalente a 0,215 m.
Logo,
(4)𝑃
𝑐𝑜𝑙𝑢𝑛𝑎 𝑑𝑒 á𝑔𝑢𝑎
 = 2100, 78 𝑃𝑎 · 1 𝑚𝑚𝐻𝑔133,322 𝑃𝑎 = 15, 76 𝑚𝑚𝐻𝑔
Retomando Eq. (2) e substituindo os valores de pressão citados anteriormente, foi
possível obter a pressão de gás hidrogênio liberado:
(5)𝑃
𝐻
2 (𝑔)
 = 15, 76 𝑚𝑚𝐻𝑔 + 764 𝑚𝑚𝐻𝑔 − 25, 2 𝑚𝑚𝐻𝑔 = 754, 56 𝑚𝑚𝐻𝑔
Em seguida, o gás hidrogênio foi considerado como gás ideal, o que possibilitou a
aplicação da Lei dos Gases Ideais:
(6)𝑃
𝐻
2 
· 𝑉
𝐻
2
= 𝑛
𝐻
2
· 𝑅 · 𝑇
𝑎𝑚𝑏𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒
Na qual:
= 754,56 mmHg𝑃
𝐻
2 
= 0,0215 L𝑉
𝐻
2
= 62,36 L mmHg/K mol𝑅 · ·
= 299,15 K𝑇
𝑎𝑚𝑏𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒
Isolando em Eq. (6), foi obtido o número de moles de gás hidrogênio liberados na𝑛
𝐻
2
reação:
(7)𝑛
𝐻
2
= 754,56 𝑚𝑚𝐻𝑔 · 0,0215 𝐿 · 
62,36 𝑚𝑚𝐻𝑔· 𝐿 · 𝐾−1· 𝑚𝑜𝑙−1· 299,15 𝐾
 = 8, 70 · 10−4 𝑚𝑜𝑙
Pela estequiometria da reação em Eq. (1) foi possível perceber a proporção de 2 moles
de sódio metálico consumidos para cada 1 mol de gás hidrogênio formado:
(8)𝑛
𝑁𝑎
 = 8, 70 · 10−4 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝐻
2
· 2 𝑚𝑜𝑙1 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝐻
2
= 1, 74 · 10−3𝑚𝑜𝑙
Mediante os cálculos apresentados, foi possível obter a quantidade de moles de sódio
metálico consumida na reação. Com isso, tornou-se viável determinar a massa molar do
elemento:
(9)𝑀𝑀
𝑁𝑎
=
𝑚
𝑁𝑎
𝑛
𝑁𝑎
= 0,073 𝑔
1,74 ·10−3𝑚𝑜𝑙
= 41, 95 𝑔/𝑚𝑜𝑙
Por último, foi calculado o erro experimental em torno do valor obtido para a massa
molar do sódio, cujo valor teórico é de 22,99 g/mol:
(10)𝐸𝑟𝑟𝑜% = 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 − 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜
|| || · 100 =
22,99 −41,95
22,99
|| || · 100 = 82, 47% 
Tal desvio pode ser explicado devido os seguintes fatores:
1. Parte da amostra de sódio metálico reagiu com a água presente no ar, ou seja, o
valor de 0,073 g usado não foi preciso;
2. Há a possibilidade da amostra de sódio metálico não ser pura, isto é, de haver
impurezas no 0,073 g medidos;
3. Eventuais vazamentos de gás hidrogênio na mangueira de látex;
4. O valor utilizado para massa específica da água foi referente a temperatura de 25
°C, porém a aferição no dia foi de 26 °C;
5. Para a realização dos cálculos, o hidrogênio foi considerado como um gás ideal,
porém sabe-se que tal comportamento só é válido a pressões tendendo a zero, o
que não ocorreu no experimento, isso quer dizer que o uso da Lei Geral dos
Gases Ideais implicou erros aos valores obtidos;
6. Possíveis erros na visualização do menisco e na medida da coluna de água com a
régua.
4 - CONCLUSÃO
Dessa forma, pode-se concluir que os objetivos dessa atividade experimental foram
atingidos. Foi possível observar reações do sódio metálico, como a que ocorreu com o etanol e
com a umidade presente no ar, e também algumas propriedades físicas e químicas desse
elemento, por exemplo: ele ser um metal mole capaz de ser cortado por uma faca, ter cor
cinza-prateada e reagir violentamente com a água, liberando bastante calor, algo perceptível
pelo fato do bulbo no tubo de ensaioadaptado ter esquentado.
Com a reação entre sódio metálico e etanol e a mudança de altura na coluna de água,
devido ao aumento de pressão com a liberação de gás hidrogênio, foi calculada a quantidade de
matéria de sódio consumida por meio da estequiometria. Assim, obteve-se a massa molar
experimental do elemento objeto de estudo dessa atividade prática. A qual desvio muito do
valor teórico, porém há motivos os quais explicam isso. Por exemplo, vazamentos nos aparatos
utilizados, a amostra tendo possíveis impurezas, perdas de sódio devido a reações químicas com
o ar, uso da massa específica da água em uma temperatura diferente da ambiente, erros de
medição e manuseio.
5 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:
Apostila de Química Experimental, UEM, 2022.
ATKINS, P; JONES, L; LAVERMAN, L. Princípios de química: questionando a vida moderna
e o meio ambiente. 7. Ed. Porto Alegre: Bookman, 2018. p.1094.