FQ experimental relatório PROPRIEDADES PARCIAIS MOLARES DAS SOLUÇÕES

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS - UFAM 
 FACULDADE DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS - FCA 
 ENGENHARIA DE ALIMENTOS 
 FÍSICO – QUÍMICA EXPERIMENTAL: RELATÓRIO DE AULA EXPERIMENTAL 4 
 MANAUS – AM 
 2023 
 RESUMO 
 As propriedades parciais molares das soluções do experimento foram realizadas em 
 um picnômetro que possuía o volume de 0.0529mL (água-etanol) aproximadamente. 
 Sendo que os dados obtidos após calibração com água destilada em temperatura 
 ambiente aproximadamente em 24 graus celsius, e foram determinados a partir da 
 determinação da densidade das soluções, onde mediu-se logo após ser realizada a 
 mistura, sabendo que a mistura consistiu em soluções de água-etanol. Realizaram-se 
 os cálculos, onde se obteve o volume molar aparente a partir do valor da densidade e 
 consequentemente estabeleceram-se os valores de volumes molares parciais tanto 
 do soluto como do solvente em cada concentração. Pode-se notar na solução, 
 água-etanol , a variação do volume molar parcial do solvente e do soluto, onde em 
 linhas gerais, com o aumento da quantidade de soluto em solução, há a redução do 
 volume molar parcial da água, e respectivamente o aumento do volume molar parcial 
 do soluto. Pelo fato do experimento tratar de preparo de soluções com massas 
 exatas, pequenos erros podem ter sido cometidos, logo este valor pode ter sofrido 
 certas impressões do ambiente. 
 INTRODUÇÃO 
 A propriedade parcial molar é uma ferramenta importante na termodinâmica 
 química para entender o comportamento de misturas e calcular propriedades 
 termodinâmicas específicas de cada componente em uma mistura. Ela é 
 particularmente útil em áreas como a química de soluções, onde a interação entre os 
 componentes da mistura é relevante. 
 Quando uma propriedade de uma solução muda conforme a adição ou retirada 
 de uma certa amostra de um componente químico numa solução é denominado a 
 quantidade parcial molar. A grandeza parcial molar de mais fácil visualização é o 
 volume parcial molar. 
 O volume parcial molar de uma substância é igual à variação de volume que se 
 observa quando se adiciona um mole dessa substância a um volume grande da 
 mistura de composição conhecida. O volume parcial molar varia com a composição 
 da mistura a que é adicionado. 
 Os volumes parciais molares dos componentes de uma mistura variam de 
 acordo com a composição, pois as vizinhanças de cada tipo de molécula se alteram à 
 medida que a composição passa de A puro para a de B puro. 
 Apesar de 1 mol de uma substância, quando pura, ter um volume 
 característico, 1 mol da mesma substância pode contribuir diferentemente para o 
 volume total de uma mistura, pois as moléculas interagem de forma diferente nas 
 substâncias puras e nas misturas. Como o volume parcial molar pode ser medido a 
 partir da densidade das soluções, é possível calcular para soluções binárias o volume 
 parcial aparente. 
 Para Atkins (1999) as quantidades parciais molares se definem como uma 
 determinada propriedade extensiva de uma solução varia com a composição molar 
 mistura, ou seja, com adição ou remoção infinitesimal de um dado componente da 
 solução a uma temperatura e pressão constantes. Dentre as propriedades parciais, o 
 volume parcial molar é a quantidade mais fácil de ser visualizada, sendo esta definida 
 como a contribuição volumétrica que um componente tem para o volume total da 
 solução. Sendo assim, o volume parcial molar de uma substância A, em uma mistura, 
 é a variação de volume total da mistura provocada pela adição de um mol de A. 
 Quando uma propriedade de solução muda conforme a adição ou retirada de 
 uma certa amostra de um componente químico numa solução determinada 
 quantidade parcial molar. A grandeza parcial molar de mais fácil visualização é o 
 volume parcial molar. (TELES et. al. 2015) 
 Os volumes parciais molares dos componentes de uma mistura variam de 
 acordo com a composição, tendo em vista que as vizinhanças das moléculas se 
 alteram à medida que a composição de um determinado componente passa a integrar 
 e interagir com um outro componente antes puro. Tal modificação do ambiente resulta 
 em uma variação das forças intermoleculares que agem entre as moléculas, sendo 
 esta a responsável pela variação das propriedades extensivas de uma solução. 
 (ATKINS, 1999; VASCONCELOS et. al. 2014) 
 O volume parcial molar de uma substância é igual à variação de volume que se 
 observa quando se adiciona um mol dessa substância a um volume grande da 
 mistura de composição conhecida. O volume parcial molar varia com a composição 
 da mistura a que é adicionado. Sendo sua equação: 
 ni. T. p 𝑉𝑗 = ( ∂ 𝑉 ∂ 𝑛 1 ) 
 onde n 1 representa o número de mols do componente j. 
 É possível então determinar o volume parcial molar de componentes de uma 
 mistura e então determinar o volume total molar da solução ou qualquer quantidade 
 presente na solução. Para uma solução binária, o volume molar parcial pode ser 
 calculado a partir dos volumes específicos (inverso das densidades) de soluções cuja 
 concentração é conhecida. Para isso se faz necessário conhecer a densidade de 
 cada elemento envolvido na solução e para o cálculo da mesma contamos com o 
 auxílio do picnômetro. 
 O picnômetro (do grego puknos que significa densidade) é um instrumento de 
 precisão para medir volume constituído de duas partes: um frasco e uma tampa. Esse 
 instrumento é construído de maneira que seu volume não varia, é utilizado para medir 
 a densidade das soluções. O frasco possui uma abertura na parte superior para a 
 introdução de líquidos ou sólidos o qual pode ser fechado por uma tampa 
 esmerilhada, provida de um orifício capilar longitudinal, o qual permite eliminar o 
 excesso de líquido presente no seu interior, sendo assim possível medir o volume de 
 maneira exata. 
 A principal função do picnômetro é a medição do volume de uma substância 
 líquida e sólida. Existem muitas maneiras de alcançar esse resultado. 
 Este instrumento de laboratório é amplamente utilizado, especialmente na área 
 escolar, por ser muito preciso. Além disso, é muito rápido (não é necessário esperar 
 muito tempo pelos resultados). Quanto ao tampão fosco, é útil porque evita 
 derramamentos e, ao mesmo tempo, permite a circulação de ar dentro e fora do 
 recipiente que geralmente é de vidro 
 A maneira mais fácil de usar este instrumento é remover o plugue de 
 aterramento e despejar a substância (líquida) no recipiente do picnômetro. Ao 
 substituir a tampa, a substância subirá através do interior da tampa até o capilar 
 interior. Alguns picnômetros não possuem esse mecanismo, mas têm um pescoço 
 longo com uma tubulação marcada. 
 Nesse caso, a substância é derramada até atingir a marca e ali o volume 
 pode ser medido. Para medir o volume corretamente, é adicionada água destilada. 
 Todo o recipiente deve ser enchido com água destilada até derramar um pouco acima 
 quando a tampa é inserida. É importante que não permaneçam bolhas de ar ao 
 despejar água destilada no picnômetro,pois isso pode gerar uma mudança radical 
 nos resultados finais. Normalmente, o volume da água sozinho deve ser medido e, 
 em seguida, o volume da substância a ser analisada juntamente com a água 
 destilada 
 Quando o picnômetro é usado para medir a densidade de elementos sólidos 
 porosos, o elemento a ser medido deve primeiro ser triturado para abrir todos os 
 poros da substância, para que não haja erros nos resultados desejados. 
 No caso de medições de tintas, é utilizado um picnômetro metálico, uma vez 
 que essa substância exige isso em particular. 
 O American Petroleum Institute (API) recomenda fortemente o uso do 
 picnômetro em laboratórios experimentais, devido à precisão que ele fornece. Por 
 possuir um volume exato, é possível com o auxílio de uma balança analítica 
 determinar a densidade de um líquido, a partir da equação: ρ = 𝑚 𝑣 
 Sendo a razão entre a massa m do líquido por seu volume V. Lembre-se que 
 a densidade é uma característica física fundamental de qualquer amostra de matéria, 
 com valores específicos para cada substância. As densidades dos líquidos sofrem 
 influência da temperatura, como o gráfico da variação de densidade em função da 
 temperatura para a água. 
 Sendo assim, o objetivo deste experimento é determinar com exatidão a 
 densidade de líquidos e o volume molar aparente das soluções Água - etanol. 
 OBJETIVO 
 Determinar com exatidão a densidade de líquidos e o volume molar 
 aparente das soluções Água - etanol. 
 DESCRIÇÃO DA PARTE EXPERIMENTAL 
 Para realização do experimento foram necessários os seguintes 
 equipamentos e materiais: 
 MATERIAIS UTILIZADOS DURANTE O EXPERIMENTO: 
 ● Picnômetros; 
 ● Banho termostático; 
 ● Álcool Etílico p.a. 
 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
 a) Calibração do volume do picnômetro 
 Secou-se previamente o picnômetro de forma cuidadosa, pesou-se em uma 
 balança analítica ( figura 1. ) e então preencheu-se com água destilada ( figura 2. ). A 
 partir da diferença de peso e o valor da densidade da água, obteve-se o valor de 
 calibração de volume do picnômetro. 
 Figura 1. Pesou-se em balança analítica 
 o picnômetro previamente seco. 
 Figura 2. Pesou-se o picnômetro 
 preenchido com água destilada. 
 b) Determinação da densidade das soluções 
 Foram preparadas 5 soluções de 2, 4, 8, 12 e 16 moles de etanol em água 
 ( Figura 3. ). Após o preparo das soluções, preencheu-se o picnômetro com cada uma 
 das amostras e pesou-se sucessivamente cada uma delas. 
 Figura 3. Soluções de 2, 4, 8, 12 e 16 
 moles de etanol e água. 
 Figura 4. Etanol em água a 2% 
 Figura 5. Etanol em água a 4% Figura 6. Etanol em água a 8% 
 Figura 7. Etanol em água a 12% Figura 8. Etanol em água a 16% 
 RESULTADOS E DISCUSSÕES 
 1. Calibração do picnômetro para a solução água-etanol 
 Para determinação das densidades das soluções contendo 2, 4,8,12 e 16 por 
 cento de etanol em água, foi primeiro necessário calibrar o volume do picnometro 
 em balança analítica. Para a calibração foi levado em conta dos seguintes dados: 
ρ 𝐻 2 𝑂 = 𝑚 á 𝑔𝑢𝑎 𝑉𝑝𝑖𝑐 = 0 , 9972995 ↔
 9 , 893 
 𝑉𝑝𝑖𝑐 = 0 , 9972995 ↔ 𝑉𝑝𝑖𝑐 = 52 , 6055 
 24°C 
 𝑚 á 𝑔𝑢𝑎 = 𝑚 𝑝𝑖𝑐 á 𝑔𝑢𝑎 + 𝑚 𝑝𝑖𝑐 ↔ 𝑚 á 𝑔𝑢𝑎 = 21 , 892 − 11 , 99 = 9 , 893 𝑔 
 Os resultados obtidos nesse processo estão apresentados na tabela 1: 
 Tabela 1- calibração do volume do picnometro para a solução de água-etanol. 
 . 
 Calibração do volume do picnometro 
 Massa do picnômetro 
 vazio(g) 
 Massa do picnômetro 
 cheio(g) Massa da água(g) Volume da água(ml) 
 25,9183 78.6666 52,7477 52,6065 
 Fonte: Elaborada pelo autor 
 A diferença do peso e o valor da densidade da água a 24° C fornece o valor 
 da calibração do volume do picnômetro que foi de 52,6055 ml. 
 2. Preparo das soluções água-etanol nas seguintes proporções 
 Para preparar as soluções de 2, 4, 6, 8 e 12 mols de álcool em água, foi 
 necessário calcular o volume de etanol presente em cada solução. Para tanto, 
 calculou-se a massa de etanol presente em 52 mL de solução e, utilizando a fórmula 
 da densidade, determinou-se o volume das soluções. 
 N etanol +N H2O = 100 mols 
 Etanol 1000 mL - Peso molar 46,07 g 
 Água 1000 mL - Peso molar 1 g 
 ➢ Solução de 2 mol de etanol em água 
 Etanol - 2 mol = 98g 
 H 2 O - 98 mol= 1765 g 
 ➢ Solução de 4 mol de etanol em água 
 Etanol - 4 mol = 196g 
 H 2 O - 96 mol = 1728 g 
 ➢ Solução de 6 mol de etanol em água 
 Etanol - 8 mol = 368g 
 H 2 O - 92 mol =1656 g 
 ➢ Solução de 4 mol de etanol em água 
 Etanol - 12 mol = 552 g 
 H 2 O - 88 mol = 1584 g 
 ➢ Solução de 4 mol de etanol em água 
 Etanol - 16 mol = 736 g 
 H 2 O - 84 mol =1512 g 
 Tabelamos os valores das massa encontrados (solução + picnômetro) e 
 retiramos a massa do picnômetro vazio calibrado anteriormente que foi de 25,918g. 
 estes valores estão na tabela 2. 
 Tabela 2- Valores encontrados para massa da solução água-etanol 100 mol + os valores encontrados para 
 massa da solução após a subtração do massa do picnometro. 
 Solução água-etanol 100 mol 
 Solução 
 (100 mols) 
 Etanol Água 
Massa do picnômetro + 
 massa da solução 
 Etanol e H2O (g) 
 Massa da solução 
 (- 25,918 g) 
 2 98 g 1765 g 1863 g 1837,082g 
 4 196 g 1728 g 1924 g 1898,082 g 
 8 368g 1656g 2024 g 1998,082 g 
 12 552g 1584g 2136 g 2110,082 g 
 16 736g 1512g 2248 g 2222,082 g 
 Fonte: Elaborada pelo autor 
 Observando que a amostras em 100 mols ficaria desproporcional ao picnômetro 
 que realizamos o experimento em questão reduzimos em 1/40 a quantidade da 
 solução. Como mostra a tabela 3: 
 Tabela 3- Apresenta os valores após a conversão da proporcional da solução água-etanol. 
 Solução água-etanol 
Solução 
 (25 
 mols) Conversão 
 da solução e 1 40 
 Conversão 
 Etanol Água Etanol Água 
 2 98 𝑔 ↔ 129 𝑚𝑙 1765 𝑔 ↔ 1766 𝑚𝑙 2 , 569 𝑔 ↔ 3 , 22 𝑚𝑙 35 , 23 𝑔 ↔ 44 , 15 𝑚𝑙 
 4 196g 248ml ↔ 1728 g 1728 ↔ 𝑚𝑙 4 , 892 𝑔 ↔ 6 , 2 𝑚𝑙 43 , 07 𝑔 ↔ 43 , 2 𝑚𝑙 
 8 368 𝑔 → 465 , 82 𝑚𝑙 1656 𝑔 → 1656 𝑚𝑙 9 , 184 𝑔 ↔ 11 , 64 𝑚𝑙 41 . 07 𝑔 ↔ 41 , 4 𝑚𝑙 
 12 552 𝑔 → 698 , 72 𝑚𝑙 1584 𝑔 → 1584 𝑚𝑙 13,807 𝑔 ↔ 17 , 5 𝑚𝑙 39 , 48 𝑔 ↔ 39 , 6 𝑚𝑙 
 16 736 𝑔 → 931 , 64 𝑚𝑙 1512 𝑔 → 1512 𝑚𝑙 18 , 384 𝑔 ↔ 23 , 3 𝑚𝑙 37 , 68 𝑔 ↔ 37 , 8 𝑚𝑙 
 Fonte: Elaborada pelo autor 
 3. Determinação da densidade das soluções em cada proporção 
 Com as massas de cada solução e com o volume do picnômetro obtido na sua 
 calibração foi calculada a densidade das soluções. 
 ● Solução de 2 mol de etanol em água 
ρ = 𝑚 𝑣 =
 2 . 569 𝑔 + 35 , 23 𝑔 
 52 𝑚𝑙 = 0 , 727 𝑔 / 𝑚𝑙 
 ● Solução de 4 mol de etanol em água 
ρ = 𝑚 𝑣 =
 4 , 892 𝑔 + 43 , 07 𝑔 
 52 𝑚𝑙 = 0 , 922 𝑔 / 𝑚𝑙 
 ● Solução de 8 mol de etanol em água 
ρ = 𝑚 𝑣 =
 9 , 184 𝑔 + 41 , 07 𝑔 
 52 𝑚𝑙 = 0 , 966 𝑔 / 𝑚𝑙 
 ● As Solução de 12 mol de etanol em água 
ρ = 𝑚 𝑣 =
 13 , 807 𝑔 + 39 , 48 
 52 𝑚𝑙 = 1 , 025 𝑔 / 𝑚𝑙 
 ● Solução de 16 mol de etanol em água 
ρ = 𝑚 𝑣 =
 18 , 384 𝑔 + 37 , 68 
 52 𝑚𝑙 = 1 , 001 𝑔 / 𝑚𝑙 
 4. Determinação do volume molar em cada solução 
 Com os valores das densidades de cada solução e sabendo que a densidade da 
 água a 24 ºC é 0,9975415g /ml, calculamos o volume molar de cada solução, ø v , 
 utilizando a equação abaixo: 
 Onde: 
 𝓂= molaridade 
 1 = densidade da solução ρ
 2 = densidade da água a 24° ρ
 M 2 = Massa molecular do etanol 
 2.1 solução 2 mol de etanol em água 
 𝞍𝞾 = 1000 ( 1 𝑚𝑜𝑙 / 𝑘𝑔 ).( 0 , 9975415 𝑔 / 𝑚𝑙 ). ( 0 , 727 𝑔 / 𝑚𝑙 ) * ( 0 , 727 𝑔 / 𝑚𝑙 − 0 , 9972995 𝑔 / 𝑚𝑙 ) +
 46 , 07 𝑔 / 𝑚𝑙 
 0 , 9975415 𝑔 / 𝑚𝑙 = 326 , 86 𝑚𝑙 / 𝑚𝑜𝑙 
 2.2 solução 4 mol de etanol em água 
 𝞍𝞾 = 1000 ( 1 𝑚𝑜𝑙 / 𝑘𝑔 ).( 0 , 9975415 𝑔 / 𝑚𝑙 ). ( 0 , 922 𝑔 / 𝑚𝑙 ) * ( 0 , 922 𝑔 / 𝑚𝑙 − 0 , 9975415 𝑔 / 𝑚𝑙 ) +
 46 , 07 𝑔 / 𝑚𝑙 
 0 , 9975415 𝑔 / 𝑚𝑙 = 35 , 95 𝑚𝑙 / 𝑚𝑜𝑙 
 2.3 solução 8 mol de etanol em água 
 𝞍𝞾 = 1000 ( 1 𝑚𝑜𝑙 / 𝑘𝑔 ).( 0 , 9975415 𝑔 / 𝑚𝑙 ). ( 0 , 966 𝑔 / 𝑚𝑙 ) * ( 0 , 966 𝑔 / 𝑚𝑙 − 0 , 9975415 𝑔 / 𝑚𝑙 ) +
 46 , 07 𝑔 / 𝑚𝑙 
 0 , 9975415 𝑔 / 𝑚𝑙 = 13 , 45 𝑚𝑙 / 𝑚𝑜𝑙 
 2.4 solução 12 mol de etanol em água 
 𝞍𝞾 = 1000 ( 1 𝑚𝑜𝑙 / 𝑘𝑔 ).( 0 , 9975415 𝑔 / 𝑚𝑙 ). ( 1 , 025 𝑔 / 𝑚𝑙 ) * ( 1 , 025 𝑔 / 𝑚𝑙 − 0 , 9975415 𝑔 / 𝑚𝑙 ) +
 46 , 07 𝑔 / 𝑚𝑙 
 0 , 9975415 𝑔 / 𝑚𝑙 = 73 , 03/ 𝑚𝑜𝑙 
 2.5 solução 16 mol de etanol em água 
 𝞍𝞾 = 1000 ( 1 𝑚𝑜𝑙 / 𝑘𝑔 ).( 0 , 9975415 𝑔 / 𝑚𝑙 ). ( 1 , 001/ 𝑚𝑙 ) * ( 1 , 001 𝑔 / 𝑚𝑙 − 0 , 9975415 𝑔 / 𝑚𝑙 ) +
 46 , 07 𝑔 / 𝑚𝑙 
 0 , 9975415 𝑔 / 𝑚𝑙 = 49 , 64 𝑚𝑙 / 𝑚𝑜𝑙 
 Com resultados dos valores do volume molar e das modalidades das soluções, foi 
 feito o gráfico abaixo: 
 Gráfico 1- Representação do volume molar parcial do etanol em função da fração molar do 
 etanol. 
 Fonte: Elaborada pelo autor 
 Analisando os valores óbitos pode se perceber que a média que volume parcial do etanol 
 aumenta, é o volume parcial da água molar diminui ,de acordo com a literatura . Sendo necessário 
 dizer, que com a imprecisão nos valores obtidos nos cálculos e juntamente a fatores operacionais os 
 dados podem apresentar algumas imprecisões significativas. 
 CONCLUSÃO 
 Concluiu-se que enquanto a molaridade do etanol sobe a água destilada 
 diminui apesar da densidade ser proporcionalmente crescente o volume molar não 
 segue essa regra necessariamente pois a molaridade aumentou mas o volume não 
 se manteve constante. Além disso, outros fatores operacionais também podem 
 causar imprecisão na realização do experimento, tais como: impurezas, bolhas no 
 picnômetro, temperatura de realização e calibração da balança. 
 REFERÊNCIAS 
 ATKINS, P. W. Físico-química . 6. ed. Rio de Janeiro: LTC, 1999. 
 ATKINS, Peter. et al. Físico – Química. 10 ed. Rio de Janeiro: Grupo editorial 
 nacional, 2014.  
 Determinando a densidade usando o picnômetro . Acessado em 19 de maio de 
 2023, disponível em researchgate.net. 
 Picnômetro - da Petropedia : Acessado em 19 de maio de 2023, disponível em 
 petropedia.com 
 TELES, Ayrton Lucas; et. al. Propriedades Parciais Molares das Soluções. - 
 Universidade Federal do Amazonas, 2015. 
 VASCONCELOS, et. al. Estudo e análise da mistura de água e etanol através de 
 equações de estado. Universidade Federal de Campina Grande, Unidade 
 Acadêmica de Engenharia Química, 2014.