relatorio fisqui 1 (1)

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<p>GABRIEL DE SOUSA MARTINS</p><p>VANESSA</p><p>LUCAS FILGUEIRAS RODRIGUES</p><p>Diagrama de Fases Ternário</p><p>Relatório 1</p><p>MACAÉ</p><p>05 de Setembro de 2023</p><p>1. INTRODUÇÃO</p><p>Um diagrama de fases é uma forma de exibição das mudanças de estado físico de uma substância através de um gráfico tridimensional de superfície P-V-T. Entretanto normalmente os diagramas são projeções bidimensionais dessa superfície no plano P-T (pressão em função da temperatura p(T) que são duas variáveis termodinâmicas intensivas, ou seja, independem da quantidade de massa) e esse gráfico mapeia cada fase mais estável da substância. Uma fase é uma forma da matéria onde todas as moléculas da substância estão homogêneas em composição química e estado físico, para ocorrer uma transição de fase haverá uma temperatura característica em uma dada pressão. Em um diagrama de fases temos curvas de equilíbrio que separam as regiões em suas diferentes fases e apresentam valores de p e T nas quais as fases coexistem (Fig 1)[1,3,4].</p><p>Fig 1: Diagrama de Fases genérico, elaborado pelo autor.</p><p>Vale ressaltar que por se tratar de um diagrama termodinâmico deve-se avaliar critérios para a espontaneidade como a minimização da energia e a maximização da entropia, de certa forma as misturas em um diagrama de fases podem ser relacionadas com a lei de Raoult para solventes (eq 1)[2]:</p><p>Onde representa a fração molar daquele solvente. Em soluções reais o potencial químico que está diretamente relacionado com a fase do diagrama pode ser descrito por (eq 2)[2]:</p><p>Onde f é a fulgacidade e depende do coeficiente de fugacidade dado por (eq 3)[2]:</p><p>E Z é o fator de compressibilidade (eq 4)[2]:</p><p>No caso de uma mistura ternária a ideia é manter a concentração como um dos componentes constantes, o que permite traçar um eixo com a outra concentração restante e sendo capaz de determinar a terceira concentração. Existem diversas formas de se fazer isso e a mais comum é colocando as concentrações dos 3 componentes no plano em um triângulo equilátero onde cada vértice representa uma das substâncias puras (Fig 2)[1]. Fig 2: Composição de sistemas de três componentes num diagrama triangular equilátero. A escala de concentração do componente C é mostrada no diagrama da esquerda. As setas ao longo da altitude do triângulo indicam a direção das concentrações crescentes. Uma mistura contendo 20% de A, 50% de B e 30% de C é mostrada como um ponto na intersecção das linhas de escala no diagrama da direita. Adaptada de: Chemical Thermodynamics Springer 2012[1].</p><p>Dessa forma para avaliar a quantidade de uma certa substância na mistura basta apenas colocar as devidas concentrações no gráfico e tirar informações como se a mistura é binária (caso o ponto esteja em um dos lados do triângulo), analisar a linha de imiscibilidade (uma linha de equilíbrio que representa a separação da zona bifásica em zona monofásica) que varia de acordo com a pressão e a temperatura[1-4]. Diagramas de fase ternário são comumente utilizados em metalurgia e química dos materiais como por exemplo em cerâmicas que podem apresentar propriedades de supercondutores[2]. Caso dois compostos sejam totalmente mísciveis entretanto um deles seja parcialmente miscível com o terceiro composto temos que: os dois compostos miscíveis formam uma região monofásica e os pares parcialmente miscíveis formam uma região bifásica (fig 3).</p><p>Fig 3:A interpretação de um diagrama de fases triangular. A região dentro da linha curva consiste em duas fases, e as composições das duas fases em equilíbrio são dadas pelos pontos nas extremidades das linhas de ligação (as linhas de ligação são determinadas experimentalmente). Adaptado de: Physical Chemistry 11th Edition; Peter Atkins, 2018[2].</p><p>Sob essa óptica o objetivo do trabalho é determinar o diagrama de fases ternário para o polietileno glicol (PEG) com citrato de sódio e água em temperatura e pressão ambiente.</p><p>2. METODOLOGIA</p><p>2.1. Materiais</p><p>2.1.1. Vidrarias</p><p>- 1 Bureta de 25 mL</p><p>- 6 Erlenmeyers de 100 mL</p><p>- 2 Béqueres de 50 mL</p><p>2.1.2. Reagentes</p><p>- Politetileno glicol (PEG) 400</p><p>- Citrato de Sódio P.A.</p><p>- Água Destilada</p><p>2.2. Experimental</p><p>Com o auxílio de um termômetro em um béquer com água, realizou-se a aferição da temperatura em cerca de 20 a 20 minuto, de modo a termos um dado de temperatura média a ser utilizado ao se fazer o diagrama. Enquanto as medições eram feitas, se deu início aos preparativos para uma titulação de soluções aquosas de citrato sódio prepadas em diferentes proporções.</p><p>Primeiramente, a bureta foi própriamente lavada com uma pequena quantidade de PEG, de modo a realizar o processo de ambientação (ou rinsagem) da mesma e em seguida, após o descarte do PEG da ambientação, foram adicionados cerca de 20 mL de PEG para ser utilizado como titulante.</p><p>Paralelamente, em erlenmeyers de capacidade apropriada, preparavam-se seis soluções de citrato de sódio nas proporções a serem listadas na tabela abaixo.</p><p>Solução</p><p>Massa de Água (g)</p><p>Massa de Citrato (g)</p><p>1</p><p>9,057</p><p>4,420</p><p>2</p><p>8,899</p><p>3,437</p><p>3</p><p>8,897</p><p>2,329</p><p>4</p><p>8,616</p><p>2,329</p><p>5</p><p>9,245</p><p>2,943</p><p>6</p><p>9,072</p><p>2,974</p><p>Tabela 1: Proporções de soluções aquosas de citrato de sódio preparadas.</p><p>As seis soluções foram então tituladas com PEG de modo que chegassem até o seu ponto de névoa ou ficassem turvas, uma vez que atingiram esses pontos, as misturas foram então levadas à balança analítica para terem sua massa medida. Com os dados obtidos no experimento, foram realizados os devidos cálculos de concentração percentual para cada substância na mistura e com isso, o diagrama de fases ternários pode ser devidamente preparado.</p><p>3. RESULTADOS E DISCUSSÃO</p><p>Tabela 2: Massas de água destilada e citrato de sódio P.A para determinação da curva da concentração de massa no ponto de névoa de um sistema ternário líquido.</p><p>Erlenmeyer</p><p>Massa g/L</p><p>g/L</p><p>Citrato de sódio P.A</p><p>Água</p><p>Sistema</p><p>1 - 52,693 g</p><p>4,420</p><p>9,027</p><p>14,915</p><p>2 - 48,631 g</p><p>3,437</p><p>8,899</p><p>14,279</p><p>3 - 54,518 g</p><p>2,329</p><p>8,897</p><p>14,935</p><p>4 - 52,941 g</p><p>2,208</p><p>8,616</p><p>14,420</p><p>5 - 56,622 g</p><p>2,943</p><p>9,245</p><p>14,964</p><p>6 - 51,441 g</p><p>2,974</p><p>9,072</p><p>14,803</p><p>No Erlenmeyer 1, colocou- se 4,420 gramas de citrato de sódio P.A e adicionou-se 9,027 gramas de água. Titulou-se com o polietileno glicol (PEG) 400 até o ponto de névoa. Repetiu-se esse procedimento para os demais Erlenmeyer, obedecendo as quantidades iniciais na tabela 2.</p><p>Os resultados das massas necessárias de PEG em cada uma das 6 titulações estão contidas na tabela 3 abaixo:</p><p>Tabela 3: Dados experimentais para a determinação da curva de ponto de névoa em um sistema ternário, a pressão e temperatura constantes.</p><p>Erlenmeyer</p><p>Massa g/L</p><p>g/L</p><p>Citrato de sódio P.A</p><p>Água</p><p>PEG</p><p>1 - 52,693 g</p><p>4,420</p><p>9,027</p><p>1,468</p><p>2 - 48,631 g</p><p>3,437</p><p>8,899</p><p>1,943</p><p>3 - 54,518 g</p><p>2,329</p><p>8,897</p><p>3,709</p><p>4 - 52,941 g</p><p>2,208</p><p>8,616</p><p>3,596</p><p>5 - 56,622 g</p><p>2,943</p><p>9,245</p><p>2,776</p><p>6 - 51,441 g</p><p>2,974</p><p>9,072</p><p>2,757</p><p>Para cálculo da concentração em % (M/M), utilizou-se a seguinte equação para as substâncias:</p><p>CCitrato de sódio = (Mcitrato de sódio / Msistema) x 100%</p><p>Cágua = (Mágua / Msistema) x 100%</p><p>CPEG = (MPEG / Msistema) x 100%</p><p>Logo, para a primeira mistura temos:</p><p>Ccitrato de sódio = (Mcitrato de sódio / Msistema) x 100% = (4,420 / 14,915) x 100% = 29,63%</p><p>Cágua = (Mágua / Msistema) x 100% = (9,027 / 14,915) x 100% = 60,52%</p><p>CPEG = (MPEG / Msistema) x 100% = (1,468 / 14,915) x 100% = 9,84%</p><p>O mesmo cálculo foi feito para as demais misturas. Os valores obtidos estão na tabela abaixo:</p><p>Tabela 4: Dados experimentais para a determinação da curva do ponto de névoa em um sistema ternário.</p><p>Erlenmeyer Concentração / % M/M</p><p>g/L</p><p>Citrato de sódio P.A</p><p>Água</p><p>PEG</p><p>1</p><p>29,63%</p><p>60,52%</p><p>9,84%</p><p>2</p><p>24,07%</p><p>62,32%</p><p>13,61%</p><p>3</p><p>15,59%</p><p>59,57%</p><p>24,83%</p><p>4</p><p>15,31%</p><p>59,75%</p><p>24,94%</p><p>5</p><p>19,67%</p><p>61,78%</p><p>18,55%</p><p>6</p><p>20,09%</p><p>61,28%</p><p>18,62%</p><p>A partir das porcentagens em massas dos componentes da mistura no momento de névoa do PEG, foi construído o diagrama ternário em %(M/M) abaixo:</p><p>No gráfico a região inferior dos pontos é correspondente</p><p>as duas fases em equilíbrio, uma rica em citrato de sódio P.A que contém pequenas quantidades dos outros componentes e outra rica em água que também contém quantidades dissolvidas dos outros compostos. Acima da linha de solubilidade, é a região monofásica, onde os três componentes se encontram no ponto de névoa.</p><p>4. CONCLUSÃO</p><p>Através desse experimento foi possível analisar e aprender a utilização do diagrama de fases ternário, podemos observar que os dados experimentais estão em acordo com os teóricos e dessa forma foi possível construir o nosso próprio diagrama e avaliar a mistura de fases das 3 substâncias em temperatura e pressão constantes.</p><p>5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS</p><p>[1] Ernó Keszei, Chemical Thermodynamics an Introduction, Springer, 2012. DOI 10.1007/978-3-642-19864-9</p><p>[2] Peter Atkins, Julio de Paula, James Keeler, Physical Chemistry, Oxford, 11th edition,2009.</p><p>[3] Borges B.; Faria V.; Terceiro V.; et al.; Ternary phase diagram with phase envelope, Universidade de São Paulo, Instituto de Química.</p><p>[4] Fábio Luiz Seribeli, Tese de mestrado: Caracterização das Interações Moleculares em Blendas ternárias Etanol/Biodiesel/Óleo de soja na região de miscibilidade por Espectroscopia de Impedância e Infravermelho, Unesp, 2013.</p><p>image4.png</p><p>image5.jpg</p><p>image2.png</p><p>image3.png</p><p>image1.png</p>