INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA NO EQUILÍBRIO DE SOLUBILIDADE

Prévia do material em texto

Universidade Federal de São João Del Rei
Curso de Bacharelado e Licenciatura em Química
EXPERIMENTO - 5 INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA NO EQUILÍBRIO DE SOLUBILIDADE
Data: 29/09/2023
Grupo
Alexia Fernanda Félix
Julia Luiza Takenaka
Lorena Resende Rodrigues
Matheus Martins Guedes
Raphael Resende Bretz
1 – Dados Experimentais obtidos na Aula
Entalpia de fusão do eutético: ∆𝐻
𝑇
º = 15, 7 𝑘𝐽/𝑚𝑜𝑙
Tabela 1. Relação das massas dos compostos a serem utilizadas no tubo de ensaio para medida de
Temperatura.
Amostra Massa de Naftaleno (g) Massa de Difenilamina (g)
1 2,509 0
2 2,001 0,503
3 1,505 1,005
4 1,003 1,506
5 0,75 1,75
6 0,505 2,001
7 0 2,5
Tabela 2. Fração Molar da Naftaleno e da Difenilamina.
Amostra Fração molar do
Naftaleno (g)
Log X1
(Naftaleno)
Fração molar da
Difenilamina (g)
Log X2
(Difenilamina)
1 1 0 0 —
2 0,84 -0,0757 0,16 -0,796
3 0,66 -0,180 0,34 -0,468
4 0,47 -0,328 0,53 -0,276
5 0,36 -0,444 0,64 -0,194
6 0,25 -0,602 0,75 -0,125
7 0 — 1 0
Lorena
Retângulo
Tabela 3. Temperatura de congelamento das misturas.
Amostra Temperatura de
congelamento (K)
Fração Molar
Naftaleno
T-1 1
𝑇2 −
1
𝑇1( )
1 351,65 1 0,002768933 0
2 362,15 0,84 0,002761287 -8,3x10-6
3 360,15 0,66 0,002776621 -6,7x10-5
4 313,15 0,47 0,003193358 3,5x10-4
5 302,15 0,36 0,003309614 4,7x10-4
6 304,15 0,25 0,003287851 4,5x10-4
7 324,15 0 0,003084992 2,4x10-4
1.2 - Resultados e Discussão
Foram medidas 7 amostras diferentes onde foram variadas as proporções de massa
de naftaleno e difenilamina, na Tabela 1 são apresentadas as relações entre as massas
de cada sistema. Essa tabela foi utilizada para a construção da Tabela 2, onde foram
inseridas as frações molares do naftaleno e da difenilamina em cada sistema, somando
os dois constituintes para dar o valor 1,0. Já a Tabela 3 é baseada na temperatura de
congelamento de cada componente do sistema depois da exposição ao aquecimento.
A temperatura de aquecimento para cada sistema depende do momento em que a
difenilamina e o naftaleno se fundem, após esta fundição era contabilizada a temperatura
de 30 em 30 segundos até que ambos retornassem ao seu estado sólido, neste momento
a temperatura foi anotada e está na Tabela 3.
Utilizando da teoria de Le Chatelier, que diz que quando um sistema em equilíbrio
sofre alguma perturbação o mesmo tende a buscar um novo estado que seja capaz de
anular esta perturbação, restabelecendo o equilíbrio, sendo assim, neste experimento é
possível notar que quando o sistema recebe calor o equilíbrio tende para a formação de
um produto na fase líquida.
Com isso é viável deduzir que será formado naftaleno dissolvido (produto)
acontecendo uma reação endotérmica. Quando o calor é perdido exotermicamente o
sistema volta para o naftaleno sólido (reagentes), por isso o calor está do lado direito do
equilíbrio:
Reagentes(s) → Produtos(I) (Calor)
É notado que a temperatura em equilíbrios de solubilidade tem muita importância,
neste experimento onde é fornecido calor a um sistema montado até que se funda ambos
os compostos, esse era deixado esfriar lentamente onde o calor era perdido para o meio e
o sólido se formasse. Esse resfriamento, medido de 30 em 30 segundos possibilita a
visualização dos pontos de congelamento em cada um dos 7 sistemas montados que
continham diferentes proporções do naftaleno e da difenilamina.
Logo as tabelas e gráficos a seguir de temperatura versus tempo foram construídos
individualmente buscando representar cada sistema amostral, tendo como objetivo obter
uma curva de solidificação de uma substância pura ou de uma mistura. Os dados em
negrito apresentados nas tabelas representam o tempo e temperatura do primeiro
encurvamento de cada sistema, sendo assim, os resultados estão apresentados abaixo:
Tabela 4. Temperatura x Tempo para o sistema 1.
t(s) T(ºC)
0 94
30 85
60 80
88 78.5
90 79
120 80
150 80
180 79
210 79
240 78
270 71
300 62
330 54
Gráfico 1. Temperatura em função do tempo para o sistema 1.
Tabela 5. Temperatura x Tempo para o sistema 2.
t(s) T(ºC)
0 90
12 89
30 84
60 77
90 72
120 68
150 68
180 66
210 67
240 64
270 60
300 55
330 50
Gráfico 2. Temperatura em função do tempo para o sistema 2.
Tabela 6. Temperatura x Tempo para o sistema 3.
t(s) T(ºC)
0 90
25 87
30 85
60 80
90 75
120 66
150 61
180 57
210 57
240 57
270 56
300 55
330 55
360 53
390 50
Gráfico 3. Temperatura em função do tempo para o sistema 3.
Tabela 7. Temperatura x Tempo para o sistema 4.
t(s) T(ºC)
0 90
30 80
60 73
90 65
120 61
150 57
180 53
210 49
240 46
270 44
300 42
325.2 40
330 40
360 39
390 38
420 37
450 36
480 36
510 36
540 38
570 37
600 36
630 36
660 35
690 34
720 34
750 33
780 33
Gráfico 4. Temperatura em função do tempo para o sistema 4.
Tabela 8. Temperatura x Tempo para o sistema 5.
t(s) T(ºC)
0 90
30 81
60 74
90 66
120 62
150 57
180 53
210 51
240 48
270 44
300 42
330 40
360 37
390 36
420 35
450 34
480 33
510 32
540 31
570 31
600 30
630 30
660 29
690 29
720 28
750 28
780 28
810 28
840 26
870 26
900 29
930 32
960 32
990 32
1020 32
Gráfico 5. Temperatura em função do tempo para o sistema 5.
Tabela 9. Temperatura x Tempo para o sistema 6.
t(s) T(ºC)
0 78
30 77
60 59
90 53
120 43
150 33
180 31
210 31
240 34
270 35
300 35
330 34
360 34
390 32
420 33
450 33
480 32
510 32
540 32
Gráfico 6. Temperatura em função do tempo para o sistema 6.
Tabela 10. Temperatura x Tempo para o sistema 7.
t(s) T(ºC)
0 78
30 65
60 57
90 47
120 43
127.2 42
150 51
180 52
210 52
240 52
270 52
300 52
330 52
Gráfico 7. Temperatura em função do tempo para o sistema 7.
Por meio das temperaturas de fusão coletadas durante o experimento e as frações
molares de ambos os componentes da mistura se torna possível a construção do
diagrama de fases do sistema, onde é observável o ponto eutético onde as curvas se
interceptam e geram um ponto que nesse caso tem temperatura 302,15 K que é a
temperatura eutética, ou seja, é a temperatura de fusão mais baixa do que a temperatura
de fusão dos compostos isolados. Sendo assim, pelo Gráfico 8 abaixo é possível ver o
diagrama e o ponto citados anteriormente:
Gráfico 8. Diagrama de fases para o sistema de Difenilamina e Naftaleno.
No ponto eutético, as substâncias agem como se fossem puras durante a fusão ou
solidificação. Para compreender melhor o comportamento do gráfico, movendo-se de
qualquer extremidade do diagrama em direção ao centro, um dos componentes passa
para uma fase diferente enquanto o outro se concentra mais no líquido remanescente.
Nas extremidades do diagrama, encontram-se também as substâncias puras. A solução
com composição eutética está em equilíbrio com ambos os sólidos puros, naftaleno e
difenilamina.
Para o cálculo da entalpia de dissolução do naftaleno pelo método gráfico utilizou-se
a Equação 1 para a construção do gráfico, onde , onde se calcula o log da𝑦 = 𝑙𝑜𝑔 𝑋
1
fração molar de naftaleno para cada sistema e , onde T1 é a𝑥 = 
1
𝑇
2
 − 1𝑇
1
( )
temperatura do naftaleno puro e T2 é a temperatura de congelamento para cada fração
molar de naftaleno.
(Equação 1)𝐿𝑜𝑔 
𝑋
2
𝑋
1
=−
∆𝐻
𝑇
º
2,3 𝑅
1
𝑇
2
 − 1𝑇
1
( )
Tabela 11. Dados para a construção do gráfico 9.
Log X1
(Naftaleno) 
1
𝑇
2
 − 1𝑇
1
( )
0 0
-0,0757 -8,3x10-6
-0,180 -6,7x10-5
-0,328 3,5x10-4
-0,444 4,7x10-4
-0,602 4,5x10-4
Gráfico 9. Gráfico para a determinação da entalpia de dissolução do Naftaleno.
Pela construção do gráfico acima e a comparação da equação 1 e da equação da
reta (y=a+bx) pode-se obter o valor da entalpia de dissolução do naftaleno, onde:
𝑏 = − ∆𝐻º2,3𝑅
∆𝐻º = − −822,819272,3𝑅
∆𝐻º = 43 𝑘𝐽/𝑚𝑜𝑙
Visto que o cálculo da entalpia pelo método gráfico apresentou um resultado muito
distante do teórico, de 19,7 kJ, decidiu-se calcular usando as informações do ponto
eutético da maneira descrita a seguir. Na equação 1, T1 é a temperatura inicial de
transição da fase dasubstância na composição X1 (fração molar do naftaleno puro) e
equivale a 351,65 K e T2 é a temperatura final que representa X2 (fração molar do
naftaleno a 302,15 K, temperatura do eutético). Com estes dados obtém-se:
𝐿𝑜𝑔 0,361 =−
∆𝐻
𝑇
º
2,3 𝑅
1
302,15 − 
1
351,65( )
∆𝐻º = 18, 21 𝑘𝐽/𝑚𝑜𝑙
O valor de encontrado calculado pelo ponto eutético apresentou um valor bem∆𝐻º
próximo ao valor teórico, a diferença entre os valores pode ser atribuída a algum erro de
observação de temperatura/tempo. Quanto à discrepância do valor de encontrado∆𝐻º
pelo método gráfico pode ser atribuída à lei de solubilidade ideal que funciona muito bem
para solventes, mas apresenta variação para solutos. Neste caso, o Naftaleno é o
solvente, mas quando se varia sua fração molar, até ela ser menor que a fração molar de
Difenilamina e ao final do experimento ela chegar a zero, o Naftaleno deixa de ser
solvente e se torna soluto, então, pode-se observar no gráfico construído, gráfico 9, que
essa relação linear não é mantida, portanto, não se consegue um valor confiável de .∆𝐻º
2 – Conclusão
Neste experimento, o valor padrão da entalpia de transição de fase pode ser
determinado através de cálculos usando a equação fornecida acima. Se analisarmos o
valor de entalpia determinado, veremos que é um valor positivo porque ocorre a fusão e a
transição do sólido para o líquido, ou seja, ocorre uma reação endotérmica. Ou seja, o
sistema absorve calor até mudar de fase.
Seguindo um diagrama de fases construído usando pontos de fusão obtidos
experimentalmente, podemos identificar um sistema que derrete à medida que a
temperatura aumenta para formar um único líquido. Quando a temperatura do sistema
começa a diminuir, as moléculas do composto se unem, suas interações aumentam e um
sólido é formado novamente em um processo exotérmico.
Os diagramas de fases construídos para várias proporções de naftaleno e
difenilamina também fornecem informações sobre o efeito da concentração dentro do
sistema. Como a proporção de massa dos dois componentes é diferente, a temperatura
de solidificação é diferente. Conclui-se, portanto, que o experimento proposto fornece
informações básicas sobre o equilíbrio químico e as transições de fase e como o sistema
é afetado por mudanças na temperatura e nas concentrações dos componentes.
3 - Referências Bibliográficas
[1]- ATKINS, P. W.; PAULA, J. Físico-Química, 9ª ed. vol. 1, LTC: Rio de Janeiro, 2012.
[2]- Miranda-Pinto, C. O. B.; Souza, E. Manual de Trabalhos práticos de Físico-Química.
Editora UFMG: Belo Horizonte, 2006.
[3]- Rangel, R. N. Práticas de Físico-Química. 3ª ed. Edgard Blucher: São Paulo, 2011.
[4]- ATKINS, P. W.; PAULA, J. Físico-Química, 9ª ed. vol. 2, LTC: Rio de Janeiro, 2012.