Relatório 6 - Diagrama binário

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA
INSTITUTO DE QUÍMICA
FÍSICA QUÍMICA EXPERIMENTAL
 
 
 
 
LAÍSA DE PAULA FERNANDES - MATRÍCULA: 11711QMI218
MARIA FERNANDA - MATRÍCULA: 11811QMI215
MARIA EDUARDA DO SANTO ANTONIO - MATRÍCULA: 12011QID016
MIRIAM MELO - MATRÍCULA: 12111QMI226
 
 
 
 
EXPERIMENTO 6
Diagrama Binário
 
 
UBERLÂNDIA
Setembro/2023.
 
Sumário
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INTRODUÇÃO
Um diagrama de fases é uma maneira de resumir graficamente as condições sob as quais existem os equilíbrios entre os diferentes estados da matéria, ele permite prever qual fase de uma substância estará presente em uma dada condição de temperatura e pressão. Três conceitos são importantes para a compreensão dos diagramas: identificar e quantificar o número de fases, o número de componentes e o grau de liberdade do sistema. 
	 Fase é a parte do sistema de composição e propriedades físicas uniformes e inclui os estados físicos da matéria, líquido, sólido ou gasoso. Assim, um sistema contendo água líquida e sólida apresenta duas fases e uma mistura de gases ou líquidos totalmente miscíveis, uma única fase. 
Quando se trata de uma mistura de óleo e água pode-se ver que os dois líquidos são imiscíveis, então, apesar de estarem no mesmo estado físico, as duas partes possuem composição e propriedades distintas, portanto esse sistema apresenta duas fases líquidas. Já o constituinte de um sistema é qualquer espécie química (íon ou molécula) que esteja presente no sistema. 
Componente é um constituinte quimicamente independente do sistema. O número de componentes num sistema é o número mínimo de espécies independentes necessárias para definir a composição de todas as fases presentes no sistema. Variância ou graus de liberdade representa o número mínimo de variáveis intensivas que deve ser informado para que um dado sistema em equilíbrio esteja definido.
	 A partir desses dados, Gibbs deduziu a regra das fases, o grau de liberdade, F de um sistema contendo C componentes e P fases em equilíbrio pode ser calculado a partir da relação:
 F = C – P + 2 
A regra das fases para sistemas com dois componentes fornece F = 4 – P, ou seja, se somente uma fase estiver presente, o sistema terá três variáveis intensivas (temperatura, pressão e composição).
Na Figura 1, tem-se um diagrama de pressão em função da fração molar (composição) para uma dada temperatura de uma mistura de dois líquidos voláteis. Na parte inferior do diagrama tem-se a fase vapor, na parte superior, a fase líquida e na região intermediária, as duas fases em equilíbrio. 
			
	Figura 1: Diagrama de fases de uma solução binária em termos da pressão em função da composição. 
Um ponto na região de duas fases de um diagrama de fases também indica as quantidades relativas de cada fase. A proporção entre as quantidades de matéria (mol) das duas fases pode ser calculada medindo as distâncias entre os pontos l e q (lq) e entre q e v (qv) e, em seguida, aplicando-se a regra da alavanca: n(l) x (lq) = n(v) x (qv). A Figura 2 é um exemplo de como a regra da alavanca pode ser aplicada a um sistema contendo duas fases em equilíbrio. A composição da fase líquida é dada pelo ponto l (xa) e a composição da fase gasosa, por v (ya). Quando se adiciona mais composto A ao sistema, za aumentará, porém as composições das fases não se alterará. O que irá aumentar será a quantidade de gás no sistema, diminuindo a distância do ponto q à curva do gás. 
				
		 Figura 2: Aplicação da regra da alavanca.
	Na Figura 3 é apresentado um diagrama de fases a pressão constante. A região inferior do gráfico corresponde à mistura na fase líquida, a área superior corresponde à região do gás e a região entre as duas curvas corresponde ao equilíbrio entre líquido e vapor.
			
Figura 3: Diagrama de fases de uma solução binária em termos da temperatura em função da composição.
	Para separação de dois líquidos com voláteis é comum utilizar a destilação fracionada, na qual vários ciclos de ebulição e condensação se repetem sucessivamente. A eficiência de uma coluna de fracionamento é determinada pelo número de pratos teóricos, ou seja, o número de ciclos necessários para se obter a separação entre os componentes da mistura.
	 Figura 4: Representação do processo de destilação fracionada.
	A mistura líquida atinge a temperatura T2, correspondente ao ponto a2, quando se inicia a sua ebulição. O vapor em equilíbrio tem composição a’2 e se dirige para uma região superior da coluna de destilação onde a temperatura é mais fria T3. É importante ressaltar que o aquecimento é feito na base da coluna de destilação. Nesta região mais fria o vapor condensa formando um líquido de composição a3 e que ferve na temperatura T3. O vapor gerado pela fervura do líquido a3 possui composição a’3. Este vapor irá ascender na coluna de maneira que o processo se repete até que na região mais alta da coluna seja possível a obtenção da substância mais volátil, ou seja, de menor ponto de ebulição.
	A Lei de Raoult afirma que a pressão parcial de uma substância A sobre uma solução é igual ao produto da fração molar de A pela pressão de vapor de A puro. Uma solução ideal obedece a essa lei independente da sua concentração. No entanto, na prática poucas soluções exibem comportamento ideal. Os diagramas de fases para soluções reais, ou seja, aquelas que não seguem a Lei de Raoult são diferentes. A Figura 5 apresenta soluções com grandes desvios da idealidade, é possível observar que tanto a curva do líquido quanto à do vapor apresentam um máximo ou um mínimo e se encontram nesse ponto, isto é, as composições da fase líquida e da fase gasosa são iguais. A mistura correspondente a esse máximo ou mínimo é denominada mistura azeotrópica ou azeótropo.
			
 	Figura 5: Diagramas para azeótropo de máximo e mínimo, respectivamente
	Os azeotrópicos são definidos como as misturas de líquidos que possuem a mesma composição de componentes tanto em fase líquida como em fase gasosa. Para soluções com desvio na Lei de Raoult positivo existe uma composição intermédia onde a pressão de vapor da solução é máxima, portanto o ponto de ebulição é mínimo. Quando esse desvio é negativo, existe uma composição intermédia onde a pressão de vapor da solução é mínima, portanto o ponto de ebulição é máximo.
1. Procedimento experimental
Materiais:
- Clorofórmio PA
 - Acetona PA 
- Béquer de vidro de 250 mL
 - Funil de vidro 
- 2 provetas de 50 mL 
- Refratômetro de Abbe 
1ª Parte: 1 - Colocar 69,0 mL de acetona no balão de destilação e destilar até que a temperatura fique constante. 2 - Coletar 2 mL da solução destilada e desligar a manta de aquecimento. 3 - Após resfriar, coletar 2 mL da solução contida no frasco resíduo. 4 - Medir o índice de refração desta solução coletada e da solução destilada. 5 - Adicionar 15 mL de clorofórmio ao balão de destilação e repetir o que foi feito em 1, 2, 3 e 4. 6 - Repetir o procedimento adicionando-se os volumes de clorofórmio contidos na tabela.
	ACETONA / mL
	CLOROFORMIO / mL
	69
	0
	69
	15
	69
	22
	69
	37.5
	69
	60
Figura : Tabela 1
2ª Parte: 1 - Colocar 65 mL de clorofórmio no balão de destilação e destilar até que a temperatura permaneça constante. 2 - Coletar 2 mL da solução destilada e desligar a manta de aquecimento. 3 - Após resfriar, coletar 2 mL da solução contida no frasco resíduo. 4 - Medir o índice de refração desta solução coletada e da solução destilada. 5 - Adicionar 5 mL de acetona ao balão de destilação e repetir os passos 1, 2, 3 e 4. 6 - Repetir o procedimento adicionando-se os volumes de acetona contidos na Tabela.
	CLOROFORMIO / mL
	ACETONA / mL
	65
	0
	65
	15
	65
	22
	65
	30
	65
	35
Figura : Tabela 2
Resultados e discussões:
Abaixo estão apresentados os dados compilados do experimento em laboratório:
	VOLUME CLOROFORMIO
	VOLUME ACETONA
	T 1 (°C)
	T 2 (°C)
	IR/D
	IR/D2
	MÉDIA
	IR/R
	IR/R2
	MÉDIA
	% 
VOLUME
	65
	0
	55,1
	55
	1,444
	1,444
	1,444
	1,444
	1,444
	1,444
	0,000
	65
	15
	57
	571,398
	1,434
	1,416
	1,428
	1,428
	1,428
	0,187
	65
	22
	57,5
	57
	1,423
	1,425
	1,424
	1,422
	1,421
	1,422
	0,252
	65
	30
	58
	58
	1,414
	1,415
	1,415
	1,415
	1,415
	1,415
	0,315
	65
	35
	58
	59
	1,410
	1,414
	1,412
	1,412
	1,412
	1,412
	0,350
	VOLUME CLOROFORMIO
	VOLUME ACETONA
	T 1 (°C)
	T 2 (°C)
	IR/D
	IR/D2
	MÉDIA
	IR/R
	IR/R2
	MÉDIA
	% VOLUME
	0
	69
	50
	50
	1,360
	1,359
	1,360
	1,358
	1,359
	1,359
	0,000
	15
	69
	53
	53
	1,366
	1,373
	1,370
	1,378
	1,382
	1,380
	0,179
	22
	69
	53,5
	54
	1,373
	1,378
	1,376
	1,383
	1,389
	1,386
	0,242
	37,5
	69
	56
	56
	1,390
	1,392
	1,391
	1,398
	1,402
	1,400
	0,352
	60
	69
	58
	58
	1,405
	1,413
	1,409
	1,410
	1,413
	1,412
	0,465
OS valores experimentais obtidos para a temperatura de ebulição da acetona e do clorofórmio puro foram respectivamente 50°C e 55,5°C, sendo que os valores teóricos são de 56,00°C e 61,20°C, a diferença dos dados adquiridos experimentalmente dos valores teóricos, pode ser explicado por conta da cidade de Uberlândia estar a uma pressão atmosférica e inferior a 1 atm, ou seja, com a diminuição da pressão sobre um líquido, por consequência provoca também a diminuição em sua temperatura de ebulição, fazendo com que o processo de vaporização seja mais rápido, o que foi observado durante a execução.
Como descrito, foi necessário medir a refração do resíduo adquirido com o processo de destilação para cada substância. Os valores obtidos para a acetona e o clorofórmio se encontram nas tabelas 3 e 4, respectivamente.
Segue abaixo os gráficos com regressão linear das mistura de acetona e clorofórmio:
Conclusão:
O experimento atingiu o seu objetivo de estudar o comportamento da composição de uma mistura não ideal (clorofórmio e acetona). Pode se perceber que o coefiente de determinação da mistura de clorofórmio em acetona não foi satisfatório, em relação à mistura de acetona no clorofórmio A causa pode ser erro experimental no tempo de leitura no equipamento pode ser volatilizada, a concentração das duplicatas de acetona não foram reprodutíveis em comparado com as demais leituras feitas.
Referência bibliográfica:
1 -http://pt.scribd.com/mariana_henrique_3/d/57259172-Relatorio-8 
2 -Atkins, P. e de Paula, J., Físico-Química. 7a Ed., Vol , Livros Técnicos e Científicos Editora, 2003.
3- C a n o b r e , S . C . 
Roteiro de Laboratório: Determinação do calor de neutralização, Universidade Federal de Uberlândia, 2012 4-www.quimica.ufpb.br 5- http://www.fem.unicamp.br/~caram/capitulo9.pdf
curva padrão da composiçaõ da mistura de clorofórmio e acetona - amostral
Relação de concentração de acetona	0	0.187	0.252	0.315	0.35	1.444	1.4159999999999999	1.4239999999999999	1.4144999999999999	1.4119999999999999	curva padrão da composição da mistura de clorofórmio e acetona - residual
curva padrão da composiçaõ da mistura de acetona e cloroformio	0	0.187	0.252	0.315	0.35	1.444	1.4279999999999999	1.4215	1.415	1.411	9999999999999	curva padrão da composição da mistura de acetona e clorofórmio - amostral
curva padrão da composição da mistur de acetona e clorofórmio	0	0.17899999999999999	0.24199999999999999	0.35199999999999998	0.46500000000000002	1.3595000000000002	1.3694999999999999	1.3754999999999999	1.391	1.409	curva da padronização da mistura acetona e clorofórmio - residual
curva da padronização da mistura acetona e clorofórmio	0	0.17899999999999999	0.24199999999999999	0.35199999999999998	0.46500000000000002	1.3585	1.38	1.3860000000000001	1.4	1.4115	10