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Laboratório de Termodinâmica Química Prática 8 – Equilíbrio Químico em Solução Alunos: Bárbara Baptista Faconi Giovana de Almeida Pimentel Isabel de Araujo Porto Oliveira Kléber Souza Raíssa Bosich Antunes Jambo Universidade Federal de Juiz de Fora Juiz de Fora 2 / 2016 1 - Introdução: O equilíbrio químico ocorre quando a proporção entre as quantidades de reagentes e produtos, em uma reação química, se mantém constante ao longo do tempo. Em vez de continuar até que os reagentes acabem e a reação cesse, determinadas reações químicas são reversíveis, ou seja, ocorrem em dois sentidos simultâneos, em que os reagentes são transformados em produtos e os produtos são transformados em reagentes ao mesmo tempo. O conceito de equilíbrio químico, praticamente se restringe às reações reversíveis. aA + bB cC+dD A razão entre as concentrações dos reagentes e produtos, no equilíbrio, é igual a uma constante Q, dada pela seguinte relação: A expressão do quociente da reação, Q, será igual à expressão da constante de equilíbrio - para pressões parciais ou concentrações dos reagentes e produtos - quando o sistema estiver fora do equilíbrio. Se Q < K a reação está ocorrendo em direção à formação dos produtos. Porém, se Q > K a reação está ocorrendo no sentido inverso, em direção à formação dos reagentes. E se Q = K a reação está próxima do equilíbrio e, por isso, utiliza-se a constante K no lugar de Q. Outra forma de estudar o equilíbrio químico é através ada energia livre de Gibbs. A energia livre de Gibbs pode ser definida como ΔG= ΔH -TΔS, sendo ΔH a variação de entalpia, T a temperatura e ΔS a variação de entropia. A energia livre de Gibbs indica a espontaneidade da reação, pois quando ΔG < 0 a reação é espontânea no sentido direto, quando ΔG > 0 a reação não é espontânea no sentido direto, e quando ΔG = 0 a reação está em equilíbrio. É importante lembrar que o potencial químico é definido como: Para uma reação, temos: Sendo niº, para cada componente, a quantidade inicial na reação e ξ o avanço da reação, temos: Reescrevendo a energia livre de Gibbs, obtemos: A energia livre de Gibbs da reação é dada por: ΔGr= ΔGºr + RT ln Q No equilíbrio, ΔGr =0 e utilizamos a constante K, logo: ΔGºr = -RT ln K Como a concentração de uma amostra pode ser dada como o produto do número de mols pelo volume, temos: 2- Objetivo: Determinar a constante de equilíbrio e a variação da energia livre de Gibbs padrão para a reação de hidrólise ácida de um éster em solução. 3 – Parte Experimental: 3.1 – Materiais: erlenmeyers; buretas; pipetas volumétricas; 8 soluções contendo Acetato de Etila, Água, Etanol, Ácido Acético e Ácido Clorídrico em diferentes proporções como indicado na Tabela 1; solução de NaOH mol/L; solução de fenolftaleína. 3.2 - Procedimento: Pipetar uma alíquota de 2,00mL de cada uma das 8 soluções, transferindo-as para diferentes erlenmeyers. Adicionar uma gota de fenolftaleína e titular com a solução de NaOH. A titulação deve ser realizada em triplicata para cada uma das soluções. Tabela 1: Volumes iniciais dos componentes da reação. Frascos Acetato de Etila Água Etanol Ácido Acético Ácido Clorídrico 3mol/L 1 0 5 0 0 5 2 5 0 0 0 5 3 4 1 0 0 5 4 4 0 1 0 5 5 4 0 0 1 5 6 3 2 0 0 5 7 3 0 0 2 5 8 3 1 1 0 5 d /g.cm³ 0,9003 0,9982 0,7893 1,0492 1,0640 MM /g.mol-1 88 18 46 60 36,5 4 – Resultados e discussão: A partir do procedimento realizado foi obtido o volume de NaOH necessário para atingir o ponto de equivalência em cada titulação. Os dados do volume do titulante estão relacionados na Tabela 2. Tabela 2: Volumes gastos de NaOH nas titulações Frasco V1 /mL V2 /mL V3 /mL Vmédio /mL Vmédio – Vmédio (frasco 1) /mL 1 5,8 5,8 5,9 5,8 0 2 18,6 18,8 19,0 18,8 13,0 3 17,3 17,2 17,4 17,3 11,5 4 15,4 15,3 15,4 15,4 9,6 5 22,2 22,2 22,2 22,2 16,4 6 15,4 15,4 15,5 15,4 9,6 7 25,4 25,6 26,0 25,7 19,9 8 13,8 13,9 13,7 13,8 8,0 A reação química envolvida é: CH3COOC2H5(l) + H2O(l) → CH3COOH(aq) + CH3CH2OH(l) O número de mol inicial para cada componente foi obtido utilizando as seguintes equações: Portanto: Além disso tem-se que o número de mols do ácido acético é igual ao número de mols do hidróxido de sódio utilizado na titulação, logo: nHAc = CNaOH . VnaOH O volume que será utilizado é o volume médio do frasco menos o volume médio do frasco 1. Frasco 1: O número de mols de água foi calculado , pois a água se comporta como reagente na reação que foi realizada nos frascos. Todos os frascos estarão com esse número de mols de água, pois em todos foi adicionado o mesmo volume de ácido clorídrico, e este foi utilizado como catalizador para acelerar a velocidade da reação. Frasco 2: Analisando a tabela 1 tem-se inicialmente no frasco 2, acetato de etila e ácido clorídrico. O número inicial de mols de água, devido a presença de ácido clorídrico, é: Para o acetato de etila o número de mols inicial é: Número de mols final do ácido acético para a alíquota de 2mL: nHAc = 0,5mol/L . 0,013 L = 0,0065 mol Então o número de mols referente a 10mL é: nHAc = 0,0325 mol Tem-se a seguinte relação entre o número de mols inicial e final na reação: Tabela 3: Número de mols inicial e no equilíbrio C2COOC2H5 + H2O CH3COOH C2H5OH Inicial 0,0511 0,2651 0 0 Variação - ξ - ξ + ξ + ξ Final 0,0511-ξ 0,2651-ξ 0,0325 + ξ Pela relação acima, ξ= 0,0325 e os números de mols finais são: nAcEt = 0,0511 – 0,0325 = 0,0186 mol nágua= 0,2651 – 0,0325 = 0,2326 mol nHAc= 0,0325 mol nEt= 0,0325 mol Frasco 3: Analisando a tabela 1 tem-se inicialmente no frasco 3, acetato de etila, água e ácido clorídrico. O número de mols inicial da água é o somatório do número de mols de água devido a presença do ácido clorídrico com o número de mols de água acrescentada na reação: Para o acetato de etila o número de mols inicial é: Número de mols final do ácido acético para a alíquota de 2mL: nHAc = 0,5mol/L . 0,0115L = 0,00575 mol Então o número de mols referente a 10mL é: nHAc = 0,0287 mol Tem-se a seguinte relação entre o número de mols inicial e final na reação: Tabela 4: Número de mols inicial e no equilíbrio C2COOC2H5 + H2O CH3COOH C2H5OH Inicial 0,0409 0,3205 0 0 Variação - ξ - ξ + ξ + ξ Final 0,0409-ξ 0,3205-ξ 0,0287 + ξ Pela relação acima, ξ= 0,0287 e os números de mols finais são: nAcEt = 0,0409 – 0,0287 = 0,0122 mol nágua= 0,3205 - 0,0287 = 0,2918 mol nHAc= 0,0287 mol nEt= 0,0287 mol Frasco 4: Analisando a tabela 1 tem-se inicialmente no frasco 4, acetato de etila, etanol e ácido clorídrico. O número inicial de mols de água, devido a presença de ácido clorídrico, é: Para o acetato de etila o número de mols inicial é: Para o etanol o número de mols inicial é: Número de mols final do ácido acético para a alíquota de 2mL: nHAc = 0,5mol/L . 0,0096L = 0,0048 mol Então o número de mols referente a 10mL é: nHAc = 0,0240 mol Tem-se a seguinte relação entre o número de mols inicial e final na reação: Tabela 5: Número de mols inicial e no equilíbrio C2COOC2H5 + H2O CH3COOH C2H5OH Inicial 0,0409 0,2651 0 0,0172 Variação - ξ - ξ + ξ + ξ Final 0,0409-ξ 0,2651-ξ 0,0240 0,0172+ξ Pela relação acima, ξ= 0,0240 e os números de mols finais são: nAcEt = 0,0409 – 0,0240 = 0,0169 mol nágua= 0,2651 – 0,0240 = 0,2411 mol nHAc= 0,0240 mol nEt= 0,0172 + 0,0240 = 0,0412 mol Frasco 5: Analisando a tabela 1 tem-se inicialmente no frasco 5, acetato de etila, ácido acético e ácido clorídrico. O número inicial de mols de água, devido a presença de ácido clorídrico, é: Para o acetato de etila o número de mols inicial é: Para o ácido acético o número de mols inicial é: Número de mols final do ácido acético para a alíquota de 2mL: nHAc = 0,5mol/L . 0,0164L = 0,0082 mol Então o número de mols referente a 10mL é: nHAc = 0,0410 mol Tem-se a seguinte relação entre o número de mols inicial e final na reação: Tabela 6: Número de mols inicial e no equilíbrio C2COOC2H5 + H2O CH3COOH C2H5OH Inicial 0,0409 0,2651 0,0175 0 Variação - ξ - ξ + ξ + ξ Final 0,0409-ξ 0,2651-ξ 0,0410 +ξ Pela relação acima, ξ= 0,0235 e os números de mols finais são: nAcEt = 0,0409 – 0,0235 = 0,0174mol nágua= 0,2651 – 0,0235 = 0,2416 mol nHAc= 0,0410 mol nEt= 0,0235 mol Frasco 6: Analisando a tabela 1 tem-se inicialmente no frasco 6, acetato de etila, água e ácido clorídrico. O número de mols inicial da água é o somatório do número de mols de água devido a presença do ácido clorídrico com o número de mols de água acrescentada na reação: Para o acetato de etila o número de mols inicial é: Número de mols final do ácido acético para a alíquota de 2mL: nHAc = 0,5mol/L . 0,0096L = 0,0048 mol Então o número de mols referente a 10mL é: nHAc = 0,0240 mol Tem-se a seguinte relação entre o número de mols inicial e final na reação: Tabela 7: Número de mols inicial e no equilíbrio C2COOC2H5 + H2O CH3COOH C2H5OH Inicial 0,0307 0,3760 0 0 Variação - ξ - ξ + ξ + ξ Final 0,0307-ξ 0,3760-ξ 0,0240 + ξ Pela relação acima, ξ= 0,0240 e os números de mols finais são: nAcEt = 0,0307 – 0,0240 = 0,0067 mol nágua= 0,3760 – 0,0240 = 0,3520 mol nHAc= 0,0240 mol nEt= 0,0240 mol Frasco 7: Analisando a tabela 1 tem-se inicialmente no frasco 7, acetato de etila, ácido acético e ácido clorídrico. O número inicial de mols de água, devido a presença de ácido clorídrico, é: Para o acetato de etila o número de mols inicial é: Para o ácido acético o número de mols inicial é: Número de mols final do ácido acético para a alíquota de 2mL: nHAc = 0,5mol/L . 0,0199L = 0,00995 mol Então o número de mols referente a 10mL é: nHAc = 0,0497 mol Tem-se a seguinte relação entre o número de mols inicial e final na reação: Tabela 8: Número de mols inicial e no equilíbrio C2COOC2H5 + H2O CH3COOH C2H5OH Inicial 0,0307 0,2651 0,0350 0 Variação - ξ - ξ + ξ + ξ Final 0,0307-ξ 0,2651-ξ 0,0497 +ξ Pela relação acima, ξ= 0,0147 e os números de mols finais são: nAcEt = 0,0307 – 0,0147 = 0,0160 mol nágua= 0,2651 - 0,0147 = 0,2504 mol nHAc= 0,0497 mol nEt= 0,0147 mol Frasco 8: Analisando a tabela 1 tem-se inicialmente no frasco 8, acetato de etila, água, etanol e ácido clorídrico. O número de mols inicial da água é o somatório do número de mols de água devido a presença do ácido clorídrico com o número de mols de água acrescentada na reação: Para o acetato de etila o número de mols inicial é: Para o etanol o número de mols inicial é: Número de mols final do ácido acético para a alíquota de 2mL: nHAc = 0,5mol/L . 0,0080L = 0,0040 mol Então o número de mols referente a 10mL é: nHAc = 0,0200 mol Tem-se a seguinte relação entre o número de mols inicial e final na reação: Tabela 9: Número de mols inicial e no equilíbrio C2COOC2H5 + H2O CH3COOH C2H5OH Inicial 0,0307 0,3205 0 0,0172 Variação - ξ - ξ + ξ + ξ Final 0,0307-ξ 0,3205-ξ 0,0200 0,0172+ξ Pela relação acima, ξ= 0,0200 e os números de mols finais são: nAcEt = 0,0307 – 0,0200 = 0,0107 mol nágua= 0,3205 – 0,0200 = 0,3005 mol nHAc= 0,0200 mol nEt= 0,0172 + 0,0200 = 0,0372 mol Tabela 10: Número de mols inicial e final de cada substância em cada frasco Acetato de Etila Água Ácido Acético Etanol Frascos Inicial Final Inicial Final Inicial Final Inicial Final 2 0,0511 0,0186 0,2651 0,2326 0 0,0325 0 0,0325 3 0,0409 0,0122 0,3205 0,2918 0 0,0287 0 0,0287 4 0,0409 0,0169 0,2651 0,2411 0 0,0240 0,0172 0,0412 5 0,0409 0,0174 0,2651 0,2416 0,0175 0,0410 0 0,0235 6 0,0307 0,0067 0,3760 0,3520 0 0,0240 0 0,0240 7 0,0307 0,0160 0,2651 0,2504 0,0350 0,0497 0 0,0147 8 0,0307 0,0107 0,3205 0,3005 0 0,0200 0,0172 0,0372 Com esses dados foram calculadas as constantes de equilíbrio, K, para a reação química utilizando a seguinte equação: Tabela 10: Valores da constante de equilíbrio para cada frasco Frasco K 2 0,244 3 0,231 4 0,243 5 0,229 6 0,244 7 0,182 8 0,231 O valor médio da constante de equilíbrio encontrado foi de: Kmédio = 0,23 ± 0,02 Conhecendo o valor da constante de equilíbrio é possível calcular a energia livre de Gibbs através da equação: Na literatura encontra-se que: Logo, o ΔGº da reação é: 5 – Conclusão: Através do experimento realizado provou-se a relação existente entre o equilíbrio dos produtos obtidos com seus respectivos materiais de partida. 6 - Referências Bibliográficas: Apostila de Laboratório de Termodinâmica Química. CASTELLAN, Gilbert. Fundamentos de físico-química. São Paulo: LTC, 1986. _2147483647.unknown _2147483646.unknown _2147483645.unknown _2147483644.unknown _2147483643.unknown _2147483642.unknown _2147483641.unknown _2147483640.unknown _2147483639.unknown _2147483638.unknown _2147483637.unknown _2147483636.unknown _2147483635.unknown _2147483634.unknown _2147483633.unknown _2147483632.unknown _2147483631.unknown _2147483630.unknown _2147483629.unknown _2147483628.unknown _2147483627.unknown _2147483626.unknown _2147483625.unknown _2147483624.unknown _2147483623.unknown _2147483622.unknown _2147483621.unknown _2147483620.unknown _2147483619.unknown _2147483618.unknown _2147483617.unknown _2147483616.unknown _2147483615.unknown _2147483614.unknown _2147483613.unknown _2147483612.unknown _2147483611.unknown _2147483610.unknown _2147483609.unknown _2147483608.unknown _2147483607.unknown _2147483606.unknown _2147483605.unknown _2147483604.unknown _2147483603.unknown _2147483602.unknown _2147483601.unknown _2147483600.unknown _2147483599.unknown _2147483598.unknown _2147483597.unknown _2147483596.unknown _2147483595.unknown _2147483594.unknown _2147483593.unknown _2147483592.unknown _2147483591.unknown _2147483590.unknown _2147483589.unknown _2147483588.unknown _2147483587.unknown _2147483586.unknown
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