OPUC- BALANÇO DE MASSA COM REAÇÃO QUÍMICA

Prévia do material em texto

INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA
DE ALAGOAS
CAMPUS MACEIÓ
CURSO TÉCNICO EM QUÍMICA
JOÃO VITOR DA SILVA OLIVEIRA
LUAN KEVIN MACENA DOS SANTOS
MARIA ALICE DE SOUZA ALENCAR
OLYVIA LYRA GOMES DA ROCHA
BALANÇO DE MASSA COM REAÇÃO QUÍMICA
MACEIÓ, AL
2022
JOÃO VITOR DA SILVA OLIVEIRA
LUAN KEVIN MACENA DOS SANTOS
MARIA ALICE DE SOUZA ALENCAR
OLYVIA LYRA GOMES DA ROCHA
BALANÇO DE MASSA COM REAÇÃO QUÍMICA
Relatório apresentado, como pré-requisito
parcial para obtenção de nota na disciplina de
Operações Unitárias e Corrosão do curso
técnico em Química Integrado ao ensino
médio.
Orientador: Prof. Me. José Diego Magalhães
Soares.
MACEIÓ, AL
2022
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO 3
2 OBJETIVOS 4
2.1 OBJETIVO GERAL 4
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 4
3 METODOLOGIA 5
3.1 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 5
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO 6
5 CONCLUSÕES 9
REFERÊNCIAS 10
3
1. INTRODUÇÃO
O balanço de massa (BM) foi originado se baseando na Lei de Conservação de Massa
de Antoine Lavoisier, que diz que a massa não pode ser criada e nem destruída. Nesse sentido,
a massa inicial tem que ser igual a massa final, a menos que haja um acúmulo no interior do
equipamento (PROPEQ, 2021).
Em vista disso, a equação base que seguimos para realizar o BM é Acúmulo = Entrada
– Saída + Gerada – Consumida. Assim, conseguimos encontrar informações sobre o processo,
como concentração de compostos, vazão, entre outros (PROPEQ, 2021).
A principal diferença dos balanços nos processos com reação química em relação
àqueles em que não ocorre reação é o aparecimento do termo REAGE, nas equações de
balanço para os componentes envolvidos no processo, relativo à GERAÇÃO ou CONSUMO
de espécies envolvidas em função de transformações químicas. Em virtude da estequiometria
da reação definir relações entre quantidades molares (não mássicas) consumidas de reagentes
e geradas de produtos, nos processos com reação química devemos realizar balanços molares
(não mássicos) para as espécies envolvidas (BADINO JÚNIOR & CRUZ, 2011).
É importante observar sempre se a equação está adequadamente balanceada. A
equação estequiométrica relaciona quantidades reagidas de reagentes e produtos. Logo, se
soubermos a quantidade reagida de uma espécie que participa de uma dada reação, podemos
conhecer as quantidades reagidas das demais espécies a partir da equação estequiométrica
(BADINO JÚNIOR & CRUZ, 2011).
Quando os reagentes não são alimentados na proporção estequiométrica, aquele que
estiver presente em menor quantidade que a estabelecida pela proporção estequiométrica é
denominado reagente limitante. Logo, os demais reagentes encontram-se em excesso
(BADINO JÚNIOR & CRUZ, 2011).
Um parâmetro importante na avaliação dos processos químicos com reação é o grau de
conversão do reagente limitante. É importante, ao final de um processo em batelada ou na
corrente de saída num processo contínuo, que a quantidade de reagente remanescente seja
mínima, maximizando dessa forma, a quantidade do produto de interesse (BADINO JÚNIOR
& CRUZ, 2011).
4
2. OBJETIVOS
2.1. OBJETIVO GERAL
Apresentar resultados obtidos através de reações químicas e balanceamento.
2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
● Equacionar reações químicas e realizar o balanceamento;
● Realizar balanços de massa para determinar quantidades de matéria e de massa de
reagentes e produtos participantes das reações;
● Esquematizar os balanços de massa através de fluxograma.
5
3. METODOLOGIA
A prática foi realizada no laboratório 3 (bromatologia), utilizando os materiais,
equipamentos e reagentes de acordo com a Tabela I.
Tabela I: Materiais, equipamentos e reagentes.
Açúcar Espátula
Água destilada Fermento biológico
Balança analitica Fita adesiva
Balão de festa Paquímetro
Béquer Proveta
Erlenmeyer Termômetro
Fonte: elaboração autoral, 2022.
3.1. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Foram pesados 12 g de açúcar em um béquer devidamente tarado com auxílio de uma
balança analítica. O mesmo procedimento foi realizado novamente com o auxílio de um novo
béquer para obter a mesma quantidade de massa. Com o auxílio de uma proveta foram
medidos 40 mL de água destilada em temperatura ambiente e mais 40 mL de água destilada
aquecida com auxílio em uma chapa de aquecimento, ambas temperaturas foram medidas com
ajuda de um termômetro.
Foram adicionados 7,5 g de fermento biológico em dois erlenmeyer diferentes, sua
massa foi obtida através da pesagem com auxílio de uma balança analítica. Em seguida, foi
adicionada a solução do béquer com água destilada a 40ºC em um erlenmeyer e no outro, a
solução do béquer com água destilada a 25ºC, onde ambos foram fechados com balões de
festa, lacrados com fita adesiva e agitados para acelerar a reação.
Após 20 minutos de reação, foi medido o volume do gás ocupado dentro do balão com
auxílio de um paquímetro e análises foram feitas.
6
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Ao pesar 12 g de açúcar duas vezes em dois béqueres diferentes e devidamente tarados
com auxílio de uma balança analítica, foram adicionados 40 mL de água destilada a 25ºC
(temperatura ambiente) em um béquer e outros 40 mL de água destilada foram aquecidos com
auxílio de uma chapa de aquecimento até atingir a temperatura de 40ºC e, em seguida,
adicionados ao outro béquer (ambas temperaturas foram medidas com ajuda de um
termômetro).
Foram pesados 7,5 g de fermento biológico duas vezes em dois erlenmeyer diferentes
e devidamente tarados com auxílio de uma balança analítica. No Erlenmeyer 1 foi adicionada
a solução do béquer com água destilada a 40ºC e no erlenmeyer 2 foi adicionada a solução do
béquer com água destilada a 25ºC, onde ambos foram fechados com balões de festa, lacrados
com fita adesiva, agitados para homogeneizar a solução e acelerar a reação.
Após 20 minutos de reação, foi medido o volume do gás ocupado dentro do balão com
auxílio de um paquímetro. Ao anotar a reação observada e valores obtidos, o raio (sabendo
que r (cm) = d/2) e o volume dos balões (sabendo que V(L) = 4 . π . r3 / 3 . 1000) foram
calculados e os resultados obtidos foram colocados na Tabela II:
Tabela II: Composição das soluções e diâmetro, raio e volume dos balões.
Composição
Diâmetro do
Balão Raio do balão Volume do balão
Erlenmeyer 1 Açúcar + Água destilada (40ºC)
+ Fermento biológico 6,2 cm 3,1 cm 0,0654 L
Erlenmeyer 2 Açúcar + Água destilada (25ºC)
+ Fermento biológico 5,0 cm 2,5 cm 0,1247 L
Fonte: elaboração autoral, 2022.
A reação acontecida no procedimento experimental foi: C6H12O6 (Glicose) → 2CO2
(Gás Carbônico) + 2C2H5OH (Etanol). Considera-se, então, que a partir da fermentação da
glicose todo gás ocupado no balão é de CO2 (glicose) e houve formação de 2C2H5OH (etanol),
que ficou contido no erlenmeyer.
Foi visualmente e estequiometricamente possível observar que a reação acontecida no
erlenmeyer 1 foi maior do que no erlenmeyer 2. Isso aconteceu devido à temperatura da água
que foi maior no erlenmeyer 1 (40ºC): o aumento na temperatura aumenta a energia cinética
das partículas dos reagentes, aumentando a quantidade de choques fazendo com que a reação
fosse mais efetiva do que no erlenmeyer 2 (25ºC).
7
Através da equação de Clapeyron: P . V= n . R . T (considerando que P = 1 atm; V1
(Erlenmeyer 1) = 0,0654 L e V2 (Erlenmeyer 2) = 0,0654 L; R = 0,082; T1 (Erlenmeyer 1) =
313,15 K e T2 (Erlenmeyer 2) = 298,15 K), foi possível calcular o número de mols e o
consumo de glicose nos erlenmeyer 1 e 2 conforme a Tabela III.
Tabela III: Número de mols presentes nos Erlenmeyer 1 e 2.
Número de mols Consumo de Glicose
Erlenmeyer 1 0,0048 mols 0,0024 mols
Erlenmeyer 2 0,0026 mols 0,0013 mols
Fonte: elaboração autoral, 2022.
Após a obtenção dos números de mols, foram realizados cálculos para determinar as
quantidades em gramas de gás carbônico, etanol e glicose consumidos nos erlenmeyer 1 e 2
durante a reação. Os valores apresentados na Tabela IV e Tabela V correspondem ao
Erlenmeyer 1 e Erlenmeyer 2 respectivamente.
Tabela IV: Massa molar e massaconsumida dos compostos no Erlenmeyer 1.
MASSA MOLAR MASSA CONSUMIDA
GLICOSE 180 g 0,43 g
GÁS CARBÔNICO 44 g 0,21 g
ETANOL 46 g 0,22 g
Fonte: elaboração autoral, 2022.
Tabela V: Massa molar e massa consumida dos compostos no Erlenmeyer 2.
MASSA MOLAR MASSA CONSUMIDA
GLICOSE 180 g 0,234 g
GÁS CARBÔNICO 44 g 0,114 g
ETANOL 46 g 0,119 g
Fonte: elaboração autoral, 2022.
8
FLUXOGRAMA I: ERLENMEYER 1.
Fonte: elaboração autoral, 2022.
FLUXOGRAMA II: ERLENMEYER 2
Fonte: elaboração autoral, 2022.
9
5. CONCLUSÃO
De acordo com os objetivos propostos, determinaram-se as reações químicas e foi
realizado o balanceamento da reação: C6H12O6 → 2CO2 + 2C2H5OH. Conclui-se que em
ambos os erlenmeyer houve reação de glicose que obteve gás carbônico e etanol como
produto. No erlenmeyer 1, a massa de glicose foi igual a 0,43 g, a massa de gás carbônico foi
igual a 0,21 g e a massa de etanol foi igual a 0,22 g. Já no Erlenmeyer 2, a massa de glicose
foi igual a 0,234 g, a massa de gás carbônico foi igual a 0,114 g e a massa de etanol foi igual a
0,119 g. Pode-se concluir que devido à temperatura mais elevada, a quantidade de matéria no
Erlenmeyer 1 foi maior que a do Erlenmeyer 2. Os Fluxogramas I e II esquematizam o
balanço de massa sucessivo de cada erlenmeyer.
10
REFERÊNCIAS
CRUZ, Antonio José Gonçalves da; JÚNIOR , Alberto Colli Badino . Balanços de massa e
energia na análise de processos químicos. 1 ed. São Paulo. Universidade Federal de São
Carlos. 2011.
PROPEQ. Você sabe o que é balanço de massa e energia?. 2021. Disponível em:
<https://propeq.com/balanco-de-massa-e-energia/> Acesso em: 9 de setembro de 2022.