Relatório 7 - Determinação de Volumes Parciais Molares

Prévia do material em texto

Universidade Federal de Uberlândia
Instituto de Química
Físico Química Experimental
PRÁTICA 7:
Determinação de Volumes Parciais Molares
Uberlândia - MG
Novembro - 2022
1. Sumário
1. Sumário.................................................................................................................2
2. Introdução..............................................................................................................3
3. Materiais e métodos..............................................................................................3
4. Resultados e discussões ......................................................................................5
5. Conclusão……………………………………………….................................……….7
6. Referências Bibliográficas.....................................................................................7
2
2. Introdução
As quantidades parciais molares definem como uma determinada propriedade
extensiva de uma solução varia com a composição molar da mistura. Dentre as
propriedades parciais, o volume parcial molar é a quantidade mais fácil de ser
visualizada, sendo esta definida como a contribuição volumétrica que um componente
tem para o volume total da solução. Sendo assim, o volume parcial molar de uma
substância A em um mistura, é a variação de volume total da mistura provocada pela
adição de um mol de A (S.F. VASCONCELOS. F. J. F. CHAVES, C. V. FERNANDES, N.
SILVA, H. BISPO, 2014).
Tal modificação resulta em uma variação das forças intermoleculares que agem entre
as moléculas, sendo esta a responsável pela variação das propriedades extensivas de
uma solução (ATKINS, 1999).
De maneira geral, podemos dizer que uma grandeza parcial molar é a contribuição (por
mol) que uma substância faz a uma propriedade total da mistura. A grandeza parcial
molar que melhor ilustra esse conceito é a o volume parcial molar de uma
substância.
Temos que ter em mente que apesar de 1 mol de uma substância, quando pura, ter o
seu volume característico, 1 mol dessa mesma substância quando parte de uma
mistura com outra substância pode contribuir diferentemente para o volume total da
mistura. A princípio isso pode parecer estranho; pois como pode uma substância que
ocupa um dado volume quando misturada a outra pode resultar numa contribuição
diferente ao volume total da mistura? Temos que levar em conta que a moléculas
interagem de modo distinto quando estão na sua forma pura e nas misturas.
Volumes parciais molares são grandezas muito apropriadas para tratamento de
misturas reais, incluindo soluções, o qual os volumes dos componentes iniciais
não se comportam de maneira linear a contribuição ao volume final. Para um sistema
binário composto por componentes A e B, o volume parcial molar do componente A é
dado por:
(Eq.1)𝑉
𝐴
= ∂ν
∂η
4
( ) 𝑇,𝑃,𝑛𝑏
 
Sendo V o volume total,nA o número de mols de A. O volume parcial de A é então a
variação do volume por mol de A adicionado quando uma quantidade infinitesimal de
A é adicionado a solução a pressão e temperatura constantes. O volume total de
solução binária é determinado pela adição de quantidades de cada componente:
(Eq. 2)𝑉 = η
𝐴
𝑉
𝐴
+ η
𝐵
𝑉
𝐵
3
Sendo VA e VB os volumes parciais molares de A e B, respectivamente. O volume
total de uma solução molar (nT=1) pode ser expressa da seguinte maneira:
(Eq. 3)𝑉 = 𝑋
𝐴
𝑉
𝐴
+ 𝑋
𝐵
𝑉
𝐵
Onde xA e xB são as frações molares dos componentes A e B. É possível então
determinar o volume parcial molar de componentes de uma mistura e então determinar
o volume total molar da solução (Eq.2) ou qualquer quantidade presente na solução
(Eq.3).
3. Materiais e Métodos
Materiais:
- Álcool etílico absoluto PA
- Água destilada
- 2 pipetas graduadas de 10 mL
- 2 béqueres de 250 mL
- 9 frascos de vidro com tampa cap. 100 mL
- 01 picnômetro de 10 mL
- Pêra de borracha
- Papel higiênico
- 01 termômetro de vidro escala -10/110 °C
- Termostato
Métodos:
Inicialmente fez-se a calibração do picnômetro, pesando a massa de sua
capacidade volumétrica de água, com densidade conhecida. Em seguida,os frascos
âmbar foram tarados e com uma pipeta foi adicionado água gota a gota, seguindo as
massas dadas na tabela.Após isso o frasco com água foi novamente tarado e
adicionou-se a quantidade de álcool faltante. Ao atingir o peso desejado, o frasco foi
rapidamente tampado. Depois de completar todos os frascos, o picnômetro foi
preenchido com cada uma das misturas conhecidas e em seguida pesado com o
cuidado de verificar o volume e secando exteriormente quando necessário.
4
4. Resultados e Discussões
Realizada a calibração do picnômetro, obteve-se:
● massa do picnômetro vazio e seco ⇒ 𝑚
𝑝𝑖𝑐
= 13, 4745
● massa do picnômetro com água ⇒ 23, 8804
Os dados obtidos no procedimento experimental para as massas de água ( ) e de𝑚
𝐻
2
𝑂
etanol ( ) e respectivos cálculos estão contidos na Tabela 1.𝑚
𝐸𝑡𝑂𝐻
 
Para , e , utilizou-se como valores de volumes molares dos líquidos puros𝑉
𝑖𝑑
𝑉
𝐻
2
𝑂
𝑉
𝐸𝑡𝑂𝐻
à 20ºC: para a água e para o etanol.18, 073 𝑚𝐿. 𝑚𝑜𝑙−1 58, 277 𝑚𝐿. 𝑚𝑜𝑙−1
Para e utilizou-se como valores de massa molar: para a água𝑛
𝐻
2
𝑂
𝑛
𝐸𝑡𝑂𝐻
18, 02 𝑔. 𝑚𝑜𝑙−1
e para o etanol.46, 08 𝑔. 𝑚𝑜𝑙−1
Tabela 1. Dados e cálculos.
𝑓𝑟𝑎𝑠𝑐𝑜 𝑚
𝐻
2
𝑂
(𝑔)
𝑛
𝐻
2
𝑂
𝑚
𝐸𝑡𝑂𝐻
 
(𝑔)
𝑛
𝐸𝑡𝑂𝐻
𝑛
𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
𝑋
𝐻
2
𝑂
𝑋
𝐸𝑡𝑂𝐻
𝑚
𝑝𝑖𝑐
 
(𝑔)
𝑚
𝑠𝑓
 
(𝑔)
1 1,348 0,074 30,600 0,664 0,738 0,101 0,900 21,843 40,317
2 2,879 0,159 29,358 0,637 0,796 0,199 0,800 21,965 40,728
3 4,708 0,261 27,895 0,605 0,866 0,301 0,699 22,127 41,256
4 6,849 0,380 26,207 0,569 0,949 0,400 0,600 22,355 41,937
5 9,442 0,523 24,144 0,524 1,047 0,499 0,500 22,592 42,706
6 12,643 0,701 21,847 0,474 1,175 0,596 0,403 22,716 43,732
7 16,767 0,930 18,357 0,398 1,328 0,700 0,300 22,738 44,388
8 22,095 1,226 14,143 0,307 1,533 0,799 0,200 23,810 46,574
9 29,494 1,636 8,349 0,181 1,817 0,900 0,100 23,253 47,622
5
𝑓𝑟𝑎𝑠𝑐𝑜 ρ
𝑠𝑓
(𝑔. 𝑚𝐿−3)
𝑉
𝑟
 (𝑚𝐿) 𝑉
𝑟
𝑉
𝑖𝑑
∆𝑚𝑉 𝑑(∆𝑚𝑉)
𝑑(𝑋
𝐻
2
𝑂
)
𝑉
𝐻
2
𝑂
𝑉
𝐸𝑡𝑂𝐻
1 3,874 8,247 54,275
2 3,914 8,236 50,218
3 3,965 8,223 46,176
4 4,030 8,202 42,195
5 4,104 8,184 38,156
6 4,203 8,206 34,257
7 4,266 8,233 30,134
8 4,476 8,096 26,096
9 4,576 8,270 22,093
Utilizando como e como , realizou-se regressão polinomial (Equação 1), e𝑋
𝐻
2
𝑂
𝑥 ∆𝑚𝑉 𝑦
os pontos obtidos foram plotados no Gráfico 1.
(Equação 1)𝑦 = 𝑎 + 𝑏𝑥 + 𝑐𝑥2
Gráfico 1. em função de .𝑋
𝐻
2
𝑂
∆𝑚𝑉
O gráfico possibilitou observar que a curva está XXXXXXXX
Tendo e , calculou-se através da Equação 2, obtendo:𝑉
𝐻
2
𝑂
𝑉
𝐸𝑡𝑂𝐻
𝒱
𝑟
𝒱
𝑟
= 𝑥𝑥𝑥
(Equação 2)𝒱
𝑟
= 𝑉
𝐻
2
𝑂
. 𝑋
𝐻
2
𝑂
+ 𝑉
𝐸𝑡𝑂𝐻
.𝑋
𝐸𝑡𝑂𝐻
Comparando e (experimental), observou-se que XXXXXXXXX𝒱
𝑟
𝑉
𝑟
6
Por fim, os valores de e foram calculados através das Equações 3.1 e 3.2𝑉
𝐻
2
𝑂
𝑉
𝐸𝑡𝑂𝐻
(respectivamente), obtidas através da Equação 3 – que é uma derivação da Equação
2.
(Equação 3)𝑑(∆𝑚𝑉)
𝑑(𝑋
𝐻
2
𝑂
) = 𝑏 + 2𝑐. 𝑋
𝐻
2
𝑂
(Equação 3.1)𝑉
𝐻
2
𝑂
= ∆𝑚𝑉 − ( 𝑑(∆𝑚𝑉)
𝑑(𝑋
𝐻
2
𝑂
) )𝑋
𝐸𝑡𝑂𝐻
+ 𝘝
𝐻
2
𝑂
(Equação 3.2)𝑉
𝐸𝑡𝑂𝐻
= ∆𝑚𝑉 − ( 𝑑(∆𝑚𝑉)
𝑑(𝑋
𝐻
2
𝑂
) )𝑋
𝐻
2
𝑂
+ 𝘝
𝐸𝑡𝑂𝐻
Com isso, obteve-se:
𝑉
𝐻
2
𝑂
= 𝑥𝑥𝑥𝑥
𝑉
𝐸𝑡𝑂𝐻
= 𝑥𝑥𝑥𝑥𝑥
Plotando estes dados no eixo de um gráfico, tendo como , obteve-se a reta𝑦 𝑋
𝐻
2
𝑂
𝑥
secante à curva, observado no Gráfico 2.
Gráfico 2. e em função de .𝑉
𝐻
2
𝑂
𝑉
𝐸𝑡𝑂𝐻
𝑋
𝐻
2
𝑂
5. Conclusão
6. Referências Bibliográficas
1. BROWN, T. L, LEMAY, BURSTERn Química: A ciência central, 9ª ed., 2005
2. ATKINS, Peter; PAULA, Julio de. Físico-Química. Vol. 1. Local: LTC, 2008,
3. http://engenhariaquimica.webnode.com.pt/galeria-de-fotos/
7
4. www.demec.ufmg.br/disciplinas/ema890/aula11.pdf
5. CHANG, Raymond. Físico Química para as ciências químicas e biológicas. 3ªed.São
Paulo: McGraw-Hill, v. 1. p. 232-235, 2008.
6. QF431- Físico-Química, Prof. Dr. Ricardo Aparício. Acesso ao link:
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/5570120/mod_resource/content/1/Notas%20de
%20Aula%20-%20UNICAMP%20-%20QF431_1s2010.pdf.
7. Aula 09, Univap. Acesso ao link:
https://www1.univap.br/spilling/FQE2/FQE2_EXP7_Eletrolitos.pdf.
[8] An undergraduate experiment in physical chemistry: adsorption and bulk properties of
alcohol-water mixtures based on surface tension measurements
Michelly C. dos Santos; Aline P. Moraes; Maykon A. Lemes; Emília C. D. Lima; Anselmo E. de
Oliveira. Instituto de Química, Universidade Federal de Goiás.
8
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/5570120/mod_resource/content/1/Notas%20de%20Aula%20-%20UNICAMP%20-%20QF431_1s2010.pdf
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/5570120/mod_resource/content/1/Notas%20de%20Aula%20-%20UNICAMP%20-%20QF431_1s2010.pdf
https://www1.univap.br/spilling/FQE2/FQE2_EXP7_Eletrolitos.pdf