Relatório 2 - 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 2: Fronteira móvel
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: 20/09/2023
Data de entrega do relatório: 04/10/2023
Rio de Janeiro, 2023
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
A determinação do número de transporte de um íon durante um processo de eletrólise, com
base em sua carga elétrica, é uma técnica valiosa na química analítica. Neste contexto, o
método da "fronteira móvel" é empregado para investigar a migração dos íons, conduzida por
um campo elétrico, que resulta no deslocamento da interface entre duas soluções distintas. É
imperativo notar que essas soluções devem ser selecionadas cuidadosamente para evitar
mistura, sendo preferível que elas tenham densidades substancialmente diferentes.
Para calcular o número de transporte de cátions, utilizamos a seguinte equação:
nc = c⋅V⋅F / I⋅t
Onde "c" representa a concentração, "V" é o volume percorrido pela interface, "F" é a
constante de Faraday, "I" denota a corrente elétrica, e "t" é o tempo necessário para a
interface atravessar um volume específico. O cálculo do número de transporte de ânions é
simplesmente o complemento do número de transporte de cátions, isto é, na = (1−nc).
Neste procedimento, durante a eletrólise, ocorre a oxidação do cobre metálico e a redução dos
íons H+ na solução. Isso resulta em uma observação visual da migração de íons, evidenciada
pela variação na altura da superfície entre as soluções, manifestada pela diferença de
coloração entre elas. A alteração na coloração está relacionada à acidez do meio, a qual tende
a diminuir à medida que o experimento avança. Um indicador avermelhado em soluções com
pH entre 0 e 4 e amarelo em pH acima de 4 facilita a identificação dessa diferença.
As reações que ocorrem no cátodo e ânodo são as seguintes:
No cátodo:
H+(aq)→ ½ H (g)
No ânodo:
Cu0 (s)→Cu2+ (aq)
Os íons H+ migram em direção ao cátodo, enquanto os íons Cu2+ se dirigem ao ânodo. A
presença de íons Cl- no ânodo atrai os cátions Cu2+, garantindo que apenas os íons H+ estejam
presentes no cátodo. Além disso, no ânodo, pode ocorrer a seguinte reação, resultando na
formação de gás hidrogênio:
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Cu + 2HCl→CuCl2 + H2
2. OBJETIVOS
Determinar o número de transporte do HCl.
3. PARTE EXPERIMENTAL
3.1 MATERIAIS
- Suporte universal
- Garra
- Célula de interface móvel
- Fonte de corrente contínua
- Cronômetro
3.2 REAGENTES
- HCl 0,1 mol/L
- Alaranjado de metila
3.3 PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS
A célula de interface móvel foi montada previamente pelo técnico de
laboratório. A célula consta de um capilar graduado contendo a solução de HCl que
tem como objetivo estabelecer a comunicação entre o anodo de cobre e um catodo de
cobre. O catodo foi introduzido em uma pequena "vasilha eletrolítica" unida ao
capilar de modo que a solução mais densa que se forma em torno do eletrodo superior
de cobre não se difunde ao capilar.
Em determinações mais precisas, pode submergir-se em água o tubo graduado
para eliminar o calor gerado durante a eletrólise e, assim, reduzir as variações
térmicas.
A uma porção de ácido 0,1 mol/L, adicionou-se uma quantidade suficiente de
alaranjado de metila para que sua cor seja intensa o bastante para permitir observação
clara no capilar. Esta solução foi então colocada em contato com o anodo do cobre. O
tubo foi enchido com a solução de HCl, com certificação de que nem na superfície
anódica nem nas paredes do capilar ficaram aderidas bolhas de ar. A vasilha contendo
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o eletrodo de Cu foi unida com o extremo superior do tubo graduado e mais ácido foi
juntado até completá-la. Por último, colocou-se o eletrodo de Cu.
Na sequência, foi aplicado um potencial de 6 mA à célula. A observação da
interface foi possível pela diferença de cor entre as duas soluções, no qual acarretou
na dissolução do anodo e, como consequência da migração de cátions, obteve-se uma
ascensão da superfície limite entre as soluções de cloreto cúprico.
Foram feitas medidas de tempo do minuto 2 ao 5 minuto para ela percorrer
0,1 mL, com as quais estabeleceu-se uma média. Como a resistência do eletrólito
aumenta durante a experiência, foi preciso elevar o potencial aplicado para manter
constante a intensidade de corrente.
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Ao medir-se o tempo necessário para o deslocamento de 0,1 mL da interface
obteve-se os seguintes resultados:
● 5 mL -> 4 mL: 232 segundos
● 4 mL -> 3 mL: 232 segundos
● 3 mL -> 2 mL: 237 segundos
● Tempo médio: 233 segundos
Ressalta-se que em todos os casos a corrente foi de 6 mA.
Para o cálculo do número de H+ transportados utilizou-se a seguinte fórmula:
Figura 1: Fómula utilizada para cálculo do número de H+ transportados.
Sabendo-se que:
● c = 1 x 10-4 mol/mL
● V = 0,1 mL (distância percorrida por uma medição de tempo)
● F = 96485 sA/mol
● I = 0,006 A (corrente)
● T = 233 segundos (tempo médio)
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Realizando-se esta conta obtém-se como resultado o valor de 0,6901 para o número
de transporte de H+
Baseando-se no livro de Moore, no primeiro volume de seu livro de Físico Química
(2015), o valor comum para o transporte de HCl, com valor de concentração de 0,1 mol/L, e à
uma temperatura de 298 K é de 0,8314.
Para calcular o número de transporte de ânions, se faz a conta de 1 menos o valor
obtido para o número de transporte de cátions. Obtendo-se um resultado de 0,3099.
Calculando-se o erro percentual através da fórmula:
Figura 2: Fórmula do erro percentual
Obteve-se um erro de 1,41 %
5. CONCLUSÃO
O experimento teve um erro percentual extremamente baixo (1,41%)
demonstrando que o experimento foi bem sucedido, apresentando resultado próximo
ao teórico. Pode-se dizer que os fatores de erro atrelados ao experimento podem ter
sido humanos, como erro ao cronometrar o tempo, ou até mesmo erro na leitura da
medida percorrida pelo líquido.
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. SKOOG, Douglas A. [et al.]. Fundamentos de Química Analítica. 9 ed. São Paulo:
Cengage Learning, 2017
2. Departamento de Físico-Química da Universidade do Estado do Rio de Janeiro.
Práticas de Físico-Química Experimental II (Apostila de Laboratório), 2022..
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3. Walter John Moore, Físico-química, volume 1, 14ª reimpressão, 2015.
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