Relatório 1 - Fisqui Exp

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Instituto de Química
Departamento de Fisico-Quimica
Laboratório de Físico-Química Experimental
PRÁTICA 1: Célula Eletrolítica
Alunos:
Ariane Viana Bezerra (202020552411)
Caio Rocha Miguel da Silva (202020554911)
Laura Fernandes de Souza Feiten (202020632711)
Curso: Engenharia Química
Docente: Jéssica Linhares
Data da realização do experimento: 06/09/2023
Data de entrega do relatório: 20/09/2023
Rio de Janeiro, 2022
SUMÁRIO:
1. INTRODUÇÃO..................................................................................................................................3
2. OBJETIVOS.......................................................................................................................................3
3. PARTE EXPERIMENTAL............................................................................................................... 3
3.1 MATERIAIS.............................................................................................................................. 3
3.2 REAGENTES............................................................................................................................ 3
3.3 PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS............................................................................... 3
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO........................................................................................................4
5. CONCLUSÃO.................................................................................................................................... 4
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.............................................................................................4
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1. INTRODUÇÃO
O estudo da química e da eletroquímica desempenha um papel fundamental
na compreensão dos fenômenos que ocorrem em nosso mundo material. Neste
relatório, exploraremos dois conceitos-chave da química moderna: o número de
Avogadro e as leis de Faraday, empregando uma célula eletrolítica como ferramenta
experimental. O número de Avogadro é uma constante fundamental que relaciona a
massa de uma substância com o número de partículas presentes em um mol dessa
substância, desempenhando um papel crucial na estequiometria e na compreensão da
natureza das substâncias. Por outro lado, as leis de Faraday, formuladas por Michael
Faraday no século XIX, descrevem a relação entre a quantidade de substância
produzida ou consumida em uma reação e a corrente elétrica que passa por uma célula
eletrolítica. Ao explorar esses conceitos, este relatório busca aprofundar nosso
entendimento sobre as conexões entre a química e a eletricidade, contribuindo para
uma compreensão mais ampla e profunda da ciência por trás de muitos processos
químicos e industriais essenciais para nossa sociedade. Nesse contexto, a utilização de
uma célula eletrolítica como instrumento experimental será fundamental para
demonstrar empiricamente as relações estabelecidas pelas leis de Faraday e para
determinar com precisão o valor do número de Avogadro. Ao longo deste relatório,
examinaremos as bases teóricas desses conceitos, detalharemos os procedimentos
experimentais utilizados e discutiremos os resultados obtidos, contribuindo assim para
uma compreensão mais profunda da eletroquímica e da importância dessas leis na
química moderna.
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2. OBJETIVOS
Determinar o número de Avogadro e discutir as leis de Faraday, utilizando-se uma
célula eletrolítica.
3. PARTE EXPERIMENTAL
3.1 MATERIAIS
- 3 Béquer de 250ml;
- Dessecador;
- Sulfato de cobre pentahidratado;
- Balança Analitica de precisão ±0,1 mg ;
- 6 eletrodos de cobre;
- 6 vidros de relógio;
- Fonte retificadora de corrente;
- Estufa;
- Cronômetro.
3.2 REAGENTES
- Solução eletrolítica;
- Ácido nítrico 1:1;
- Álcool.
3.3 PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS
Para iniciar o experimento, foi necessário limpar os 6 eletrodos de cobre
utilizando a parte verde de uma esponja. Após lavados, foram rinsados com água
destilada, com álcool e secos em estufa a 110°C. Depois os retirou da estufa e
aguardou esfriar, para que fossem determinadas suas massas na balança analítica.
Colocou-se, em um béquer de 250 mL, uma solução eletrolítica previamente
preparada pelo técnico de laboratório - até a marca de 200 mL. Em seguida, um
eletrodo foi fixado em cada polo da fonte e mergulhados na solução eletrolítica. A
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fonte foi então ligada e ajustada, de acordo com os parâmetros estabelecidos, para
cada repetição do experimento, como demonstrado no quadro abaixo:
experimento Tempo (min) Corrente (mA) Eletrodos
1 20 100 1 e 2
2 10 100 3 e 4
3 10 200 5 e 6
Tabela 1: dados de tempo e corrente de cada experimento
O cronômetro foi ativado no momento que a fonte foi conectada e a corrente
foi mantida constante, com ajustes quando necessário.
Após cada repetição, realizada nos tempos como consta no quadro 1, os
eletrodos utilizados foram levados novamente à estufa a 110°C por 20 min, e
posteriormente foram pesados em uma balança analítica com precisão de ± 0,1 mg, e
suas massas anotadas para que sejam comparadas com as do início do experimento.
Ao finalizar a prática a solução eletrolítica do béquer é retornada ao frasco
onde ela estava inicialmente armazenada e todos os materiais utilizados foram lavados
e guardados em seus respectivos locais.
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Previamente a realização do experimento pesou-se todos os eletrodos,
obtendo-se os seguintes valores de massa:
● Placa 1: 7,8056 g
● Placa 2: 7,9803 g
● Placa 3: 7,4657 g
● Placa 4: 8,1795 g
● Placa 5: 7,9491 g
● Placa 6: 7,6174 g
As massas foram pesadas novamente após a realização do experimento,
obtendo-se os seguintes valores:
● Placa 1: 7,7738 g
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● Placa 2: 8,0079 g
● Placa 3: 7,4543 g
● Placa 4: 8,1920 g
● Placa 5: 7,9170 g
● Placa 6: 7,6457 g
Com estes dados obtidos podemos calcular uma variação de massa em cada
eletrodo.
● Placa 1: -0,0318 g
● Placa 2: 0,0276 g
● Placa 3: -0,0114 g
● Placa 4: 0,0125 g
● Placa 5: -0,0321 g
● Placa 6: 0,0283 g
Estes resultados podem ser explicados pelas semi reações que ocorrem quando
é aplicada uma diferença de potencial na solução de sulfato de cobre. seguem as
reações abaixo:
Semi Reação no Ânodo: Cu → Cu2+ + 2 e E°=-0,36v
Semi Reação no Cátodo: Cu2+ + 2 e → Cu E°=+0,36v
Analisando as semi reações podemos perceber que há um transporte de cobre,
isto explica o motivo da perda de massa em um eletrodo (anodo),e o ganho de massa
do outro (catodo). No anodo, o cobre irá oxidar, enquanto no catodo o cobre irá
reduzir.
Percebe-se que a quantidade de massa perdida e ganha em cada par de
eletrodos (1 e 2, 3 e 4, 5 e 6) são valores próximos. Este fato comprova o ganho e
perda de massa entre os eletrodos de acordo com a transferência dos elétrons.
Segundo Faraday, a equação para o cálculo da transferência de massa para o
catodo é dada pela seguinte equação:
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Rearranjando a equação para calcularmos o número de avogadro obtemos:
Figura 1: Equação de Faraday para número de Avogadro
Temos como dados:
experimento
massa
consumida
(g)
massa
atômica
carga do
íon cobre tempo (s)
corrente
(A)
carga do
elétron (C)
1 0,0276 63,546 2 1200 0,1 1,602*10-19
2 0,0125 63,546 2 600 0,1 1,602*10-19
3 0,0283 63,546 2 600 0,2 1,602*10-19
Tabela 2: dados, explicitando massa consumida
experimento
massa
depositada
(g)
massa
atômica
carga do
íon cobre tempo (s)
corrente
(A)
carga do
elétron (C)
1 0,0318 63,546 2 1200 0,1 1,602*10-19
2 0,0114 63,546 2 600 0,1 1,602*10-19
3 0,0321 63,546 2 600 0,2 1,602*10-19
Tabela 3: dados, explicitando massa depositada
Realizando-se os cálculos do número de avogadro para cada eletrodo obtém-se:
● Eletrodo 1: 7,484 x1023
● Eletrodo 2: 8,623 x1023
● Eletrodo 3: 10,438 x1023
● Eletrodo 4: 9,52 x1024
● Eletrodo 5: 7,414 x1023
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● Eletrodo 6: 8,409 x1023
Percebe-se que os resultados não foram muito próximos ao número de
avogadro, porém, como todos os resultados foram na mesma ordem degrandeza
pode-se afirmar que os analistas tiveram pouca influencia nos erros do experimento.
Pode-se calcular o erro do experimento pela seguinte fórmula:
Figura 2: cálculo do erro do experimento
Eletrodo Resultado
aproximado
Resultado exato Erro relativo (%)
1 7,484 x1023 6,022 x1023 14.62
2 8,623 x1023 6,022 x1023 26,01
3 10,438 x1023 6,022 x1023 44,16
4 9,52 x1024 6,022 x1023 34,98
5 7,414 x1023 6,022 x1023 13,92
6 8,409 x1023 6,022 x1023 23,87
Os possíveis erros para estes experimentos incluem erro na hora da pesagem, e
também, a variação da corrente durante o experimento.
5. CONCLUSÃO
Ao fim do experimento conclui-se que nenhum dos experimentos realizados
chegou próximo ao número de avogadro através da transferência de massa na célula
eletrolítica. A menor taxa de erro foi de 14,62% demonstrando um grande erro no
experimento.
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6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
- SKOOG, Douglas A. [et al.]. Fundamentos de Química Analítica. 9 ed. São Paulo:
Cengage Learning, 2017
- Departamento de Físico-Química da Universidade do Estado do Rio de Janeiro.
Práticas de Físico-Química Experimental II (Apostila de Laboratório), 2022.
- ATKINS, P.W.; JONES, Loretta. Princípios de química: questionando a vida
moderna e o meio ambiente. 3.ed.Porto Alegre: Bookman,2006.
- FEAUSP, B. Tabela e quadro: diferenças. Disponível em:
<https://bibliotecafea.com/2012/09/21/tabela-e-quadro-diferencas/>. Acesso
em: 17 set. 2023.
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https://bibliotecafea.com/2012/09/21/tabela-e-quadro-diferencas/