Relatorio 6 - Diagrama de solubilidade para um sistema ternário de líquidos.

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Alunos: Jucilane Braga, Ricardo Torres, Tiago Costa. 
Data: 09 de junho de 2023. 
Professor: Elson Almeida. 
TÍTULO 
 Diagrama de solubilidade para um sistema ternário de líquidos. 
RESUMO 
Um diagrama de equilíbrio de fases é uma representação gráfica que mostra as diferentes fases 
que uma substância pode assumir em função da temperatura e da pressão. O presente relatório 
teve como o objetivo determinar a curva de solubilidade de um sistema ternário constituído de 
dois líquidos imiscíveis e de um terceiro miscível com outros dois, sendo utilizado como 
reagentes a água, o etanol e o acetato de etila. Como resultado, conseguimos, através dos dados 
calculados, montar o diagrama de fase e determinado a curva de solubilidade. Dessa forma se 
observou o comportamento em cada fase em que alguns pontos apresentaram resultados 
satisfatório onde a maioria se encontrou próximo ou em cima da curva de solubilidade. 
 
INTRODUÇÃO 
Diagrama de equilíbrio de fases é o resultado após a reação, ou seja, é o equilíbrio 
termodinâmico de pressão, temperatura e composição do sistema. Eles são como "mapas", os 
quais indicam em que pressão, temperatura e composição estão estáveis termodinamicamente 
em determinada fase. O diagrama de fases ternário é usado para facilitar a leitura da composição 
do sistema. Para um sistema ternário, as distâncias representadas na Figura 1, do ponto P aos 
lados do triângulo correspondem às frações molares (ou mássicas) dos componentes. Os 
vértices dos triângulos representam os componentes puros; os lados representam as misturas 
binárias dos componentes que aparecem nos dois vértices que compõem o lado. A adição (ou 
remoção) de um componente de uma dada composição (ponto no triângulo) é representada pelo 
movimento ao longo da linha que liga o ponto ao vértice correspondente ao componente [1]. 
Figura 1- Leitura do diagrama ternário 
 
 
Se os três componentes do sistema se misturam em todas as proporções formando 
soluções homogêneas então não há interesse para a extração em fase líquida. Os sistemas de 
importância nesta extração são aqueles que ocorrem imiscibilidade, assim, para o equilíbrio 
líquido-líquido, o interesse está na parte heterogênea da mistura, na qual o sistema é instável, 
ou seja, no qual não é possível a coexistência dos três componentes numa única fase, ocorrendo 
à separação do sistema em duas fases [1]. 
Logo, existem faixas de composições na qual o sistema permanece em uma única fase 
líquida (região homogênea) e outras faixas de composições em que as fases líquidas coexistem 
(região heterogênea). A linha no diagrama triangular que separa essas regiões é chamada de 
curva binodal ou curva de solubilidade [2]. 
Existem três tipos de sistema líquido ternários, essa classificação está relacionada com 
a miscibilidade parcial dos três componentes envolvidos na formação do sistema, destes tipos 
o sistema mais comum é o do tipo 1 onde apenas um par de componentes é parcial ou totalmente 
imiscível; os outros dois pares são completamente miscíveis em todas as proporções, este tipo 
é o sistema utilizado neste experimento [3,4]. 
• Tipo 1: formação de um par de líquidos parcialmente miscíveis. 
• Tipo 2: formação de dois pares de líquidos parcialmente miscíveis. 
• Tipo 3: formação de três pares de líquidos parcialmente miscíveis. 
• Tipo 4: formação de fases sólidas. 
PARTE EXPERIMENTAL 
- Materiais e reagentes: vide o roteiro da aula prática 6, pag. 15. 
- Procedimento: vide o roteiro da aula prática 6, pag. 16. 
* O procedimento sofreu alteração nos volumes de água e do acetato de etila, onde foi utilizado 
apenas a metade do volume previsto no roteiro. 
RESULTADOS E DISCUSSÕES 
 Os volumes gastos de Etanol necessários para homogeneizar o sistema contendo Água 
e Acetato de Etila, podem ser observados através da Tabela 1 abaixo; 
Tabela 1 – Dados obtidos para determinar a curva de solubilidade em um sistema ternário, contendo água, etanol 
e acetato de etila. 
Frasco Acet. de Etila 
(cm3) 
Água 
 (cm3) 
Etanol 
(cm3) 
1 1,5 11 2,8 
2 2 10,5 3 
3 3 9,5 4,2 
4 4,5 8 3,9 
5 5,5 7 3,8 
6 7 5,5 4 
7 8 11,5 3,8 
8 9,5 3 3,8 
9 10 2,5 3,5 
10 10,5 2 2,7 
11 11 1,5 2,5 
12 11,5 1 2,1 
Fonte: Os autores, 2023. 
 O volume total de cada frasco foi calculado, e com isso, foi possível calcular a 
concentração em % (V/V) para cada reagente presente na amostra, onde utilizou-se as seguintes 
equações: 
• Para a concentração em % de água: 
𝐶(á𝑔𝑢𝑎) =
𝑉(á𝑔𝑢𝑎)
𝑉(𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙)
𝑥100 
• Para a concentração em % de acetato: 
𝐶(𝑎𝑐𝑒𝑡𝑎𝑡𝑜) =
𝑉(𝑎𝑐𝑒𝑡𝑎𝑡𝑜)
𝑉(𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙)
𝑥100 
• Para a concentração em % de etanol: 
𝐶(𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙) =
𝑉(𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙)
𝑉(𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙)
𝑥100 
 Logo, para o primeiro frasco temos: 
• Concentração de água em %: 
𝐶(á𝑔𝑢𝑎) =
11
15,3
𝑥100 = 71,5% 
• Concentração de acetato em %: 
𝐶(𝑎𝑐𝑒𝑡𝑎𝑡𝑜) =
1,5
15,3
𝑥100 = 10% 
• Concentração de etanol em %: 
𝐶(𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙) =
2,8
15,3
𝑥100 = 18,5% 
 A concentração em % para os reagentes dentro dos demais frascos também foram 
calculados, podendo ser observados através da Tabela 2. 
Tabela 2 – Porcentagem prevista para cada um dos reagentes dentro dos frascos. 
Frasco V Total % Etanol % Água % Acetato 
1 15,3 18,3 71,5 10 
2 15,5 19,5 67,5 13 
3 16,7 25 57 18 
4 16,4 23,5 49 27,5 
5 16,3 23,5 43 33,5 
6 16,5 24 34 42 
7 16,3 23,3 27,6 49 
8 16,3 23,3 18,5 58 
9 16 22 15,5 62,5 
10 15,2 18 13 69 
11 15 16,6 10 73,3 
12 14,6 14 7 79 
Fonte: Os autores, 2023. 
 Antes da adição do etanol, os sistemas continham apenas a mistura de água e acetato de 
etila. Nos primeiros frascos, foi possível perceber a separação de fases entre os reagentes, sendo 
a água estando em maior quantidade, por outro lado, nos últimos frascos também foi observado 
separação de fases, contudo, o acetato estava em maior quantidade, fato que pode ser 
confirmado através da Tabela 2. 
 A água é uma molécula polar que forma ligações de hidrogênio entre suas moléculas, o 
que resulta em suas propriedades únicas, como alta capacidade de dissolver substâncias polares, 
já o acetato de etila, também é considerado polar, mas pode apresentar características de 
solvência apolar para certos compostos. Ele não possui cargas elétricas desiguais dentro de sua 
estrutura molecular e não é capaz de formar ligações de hidrogênio com a água (BROWN et 
al,. 2016), e por esse motivo foi observado a separação de fases nos frascos. 
 Após a adição do etanol, percebeu-se que as misturas passaram a apresentar apenas uma 
fase, que passaram de uma cor turva e foram para uma cor transparente, indicando que os 
reagentes se misturaram. De acordo com Silva (2020) e Fernandes (1997), o etanol é um 
solvente polar, assim como a água, o que significa que pode formar ligações de hidrogênio com 
a água e com o acetato, podendo atuar como um agente de ligação entre a água e o acetato de 
etila, portanto, ele acaba tendo um papel importante na homogeneização do sistema contendo 
água e acetato de etila, devido às suas propriedades solventes e à sua capacidade de estabelecer 
interações com ambos os componentes (LEAL et al., 2015). 
 No entanto, com os dados da Tabela 2, foi possível construir o diagrama de fases, e a 
sua possível curva de solubilidade, conforme mostra a Figura 1. 
 
 
 
 
 
Figura 1 – Diagrama de fases do Etanol (A), Água (B) e Acetato de etila (C). 
 
Fonte: Os autores, 2023. 
 Além disso, no diagrama foi marcado também o ponto P, indicando as seguintes 
concentrações em % (V/V), de 20% de etanol (vermelho) e 60% de água (amarelo). Quando 
traçado uma terceira reta (C) encontramos uma concentração de aproximadamente 21% para o 
acetato de etila. O ponto P se encontra na região inferior da curva, significando que apresenta 
duas fases no sistema (bifásico). 
A massa pode ser calculada através da função a seguir, onde: 
𝐷 =
𝑀
𝑉
 
𝑀 = 𝐷𝑥𝑉 
Logo, usando a relação dedensidade de cada componente com seus respectivos volumes 
gastos, encontramos a massa relativa. (Densidade da água, acetato e etanol, são 0,997 g/cm3, 
0,902 g/cm3 e 0,789 g/cm3 respectivamente). 
Os resultados obtidos podem ser observados através da Tabela 3. 
Tabela 3 - valores das massas relativas de cada componente e soma total das massas. 
Frasco Massa (g) 
A. Etila 
Massa 
Água (g) 
Massa 
Etanol (g) 
Massa 
relativa 
1 1,35 10,96 2,20 14,51 
2 1,80 10,25 2,37 14,42 
3 2,72 9,47 3,31 15,50 
4 4,05 7,97 3,9 15,92 
5 4,96 6,83 2,99 14,78 
6 6,31 5,48 3,15 14,94 
7 7,21 4,48 2,99 14,68 
8 8,56 2,99 3,07 14,62 
9 9,02 2,44 2,76 14,22 
10 9,47 1,99 2,13 13,59 
11 9,92 1,49 1,97 13,38 
12 10,37 0,997 1,65 13,01 
Fonte: Os autores, 2023. 
 
CONCLUSÃO 
Durante os experimentos realizados para primeiramente determinar a porcentagem em 
volume dos componentes, foi possível traçar a curva de solubilidade para o sistema ternário. 
Com 12 pontos traçados no diagrama a curva fica extremamente visível e dessa forma facilita 
a interpretação no que se diz a solubilidade. Com isso, conclui-se que os pontos que estejam 
acima da curva apresentam solubilidade, ou seja, os três compostos ficaram solúveis e se houver 
ponto abaixo da curva de solubilidade significa que a solução apresenta fase igual a 2 indicando 
baixa quantidade de etanol. 
REFERÊNCIAS 
BROWN, T. L. et al. Química: A ciência central. Editora: Pearson Universidades. 13ª edição, 
2016. 
ALMEIDA, A. M. Determinação voltamétrica de molibdênio (VI) utilizando um sistema 
ternário homogêneo de solventes. São Paulo: Universidade Estadual de campinas, 2003. (3) 
FERNANDES, M. et al. Influência do etanol na solubilidade de hidrocarbonetos 
monoaromáticos em aquíferos contaminados com gasolina, 1997. 
GONZALEZ, J.R.A.; MACEDO, E. A.; SOARES, M. E.; MEDINA, A. G. Equilíbrio líquido-
líquido para sistemas ternários de água-fenol e solventes: dados e representação com modelos. 
Equilíbrio da fase fluida, v. 26, p. 289-302, 1986. (1) 
HENLEY, Ernest J.; SEADER, Junior D. Equilibrium-stage separation operations in 
chemical engineering. New York: Wiley, 1981. (2) 
LEAL, C. et al. Estudo do Equilíbrio líquido-vapor para sistema ternário etanol-água-1-etil-3-
metilimidazólio, 2015. 
SILVA, L. F. et al. Dados de equilíbrio líquido-vapor do sistema ternário etanol-água-
propilenoglicol à pressão normal: avaliação experimental e modelagem termodinâmica, 2020. 
TREYBAL, R. E. Extraccion en Fase Liquida. México: McGraw-Hill, 1968. (4)