solido liquido

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Universidade Federal 
do Rio Grande do Norte
Sistemas Binários Estudo do Equilíbrio Sólido - Líquido
Natal / 2012
Sistemas Binários Estudo do Equilíbrio Sólido - Líquido
Engenharia Química.
Termodinâmica Experimental I.
Docente:
Dr. Carlson Pereira de Souza
Discentes:
							
Natal / 2012
Introdução
 De maneira simples, solubilidade pode ser definida como a capacidade de uma substancia dissolver-se em outra.O exemplo mais comum de solubilidade é a de um sólido (soluto) em um líquido (solvente),como por exemplo, sal de cozinha em um copo com água.
A solubilidade de um soluto em um solvente,a dada temperatura apresenta um valor limite, que é o valor máximo da substancia que pode ser dissolvida em um determinado solvente.Este valor é conhecido como Coeficiente de Solubilidade (CS) e varia de acordo com a temperatura.
Podemos encontrar três relações entre soluto e solvente
Insaturadas: quando a quantidade de soluto na solução é inferior ao coeficiente de solubilidade.
Saturadas: se a quantidade de soluto na solução for igual ao Coeficiente de Solubilidade.
Super-saturadas:se a quantidade de soluto na solução for superior ao Coeficiente de Solubilidade. Esse caso só é possível com o fornecimento de calor a sistema,que inicialmente apresenta-se bifásico.
Objetivo
Determinar a solubilidade do sal de Cloreto de Potássio (KCl) em três diferentes temperatura através de um procedimento experimental, seguindo-se da análise dos resultados do experimento através do Microsoft Excel. 
Fundamentação Teórica
Quando se adiciona soluto em determinado solvente com o tempo a solução atingirá uma concentração limite tal que será impossível a dissolução de qualquer quantidade de soluto. Esta concentração e denominada Solubilidade e a solução e dita saturada. Qualquer quantidade de sal adicionada, a partir daquele, ponto se depositara, sendo assim, haverá o aparecimento de outra fase, o sistema passará a ser heterogêneo. Tratando uma mistura heterogênea e salina como sistema, pode-se dizer que o sistema está em estado estacionário. 
Designa-se por dissolução o processo de dispersão de um soluto num solvente que conduz à formação de uma solução. Este processo pode implicar na quebra de ligações intermoleculares e, também, de ligações intermoleculares. O estabelecimento destas interações entre o solvente e o soluto denomina-se solvatação e conduz à estabilização do sistema soluto-solvente.
A diluição de uma solução consiste na adição de solvente a solução, diminuindo a concentração do soluto.  A massa inicial e final do soluto na diluição permanece constante, apenas o volume aumenta, portanto a concentração final é menor do que a inicial.
Para o estudo da dissolução e a diluição da solução salina usa-se da termometria quasi-isotérmica que consiste em analisar os efeitos térmicos feitos por um sistema mediante o surgimento ou não de uma fase. Sendo assim, a composição global da mistura varia com a adição contínua de outro componente (solvente). A solubilidade pode ser expressa em termos de fração molar. Para eletrólitos ou sais a fração molar é calculada em relação à base ionizada, em virtude dos compostos utilizados serem agregados iônicos, apresentando-se em solução em forma de íons. Dessa forma, a fração molar de um sal é definida como a soma das frações molares de suas espécies constituintes.
Procedimento experimental 
Em todos os procedimentos experimentais realizados, para ambos os sais e para uma massa de 8 gramas, colocou-se o reator dentro de um becker e ambos foram colocados em uma balança. Mediu-se a quantidade de sal que seria adicionado no reator (2,8 gramas) como também a quantidade de água destilada que seria adicionada em seguida (5,2 gramas de água destilada). Todos os experimentos foram realizados a 25, 30 e 35 ºC e com uma taxa de vazão do solvente de 0,8 mL/min. Em todos os experimentos também adicionou-se também 5 mL de água normal a camisa do reator, com o objetivo de auxiliar a transferência de calor.
Procedimento Experimental 
	
A 25 ºC:
Pesamos 2,887 gramas de KCl e em seguida adicionamos água destilada até atingir o valor de 8,090 gramas. Montamos o sistema para reação encaixando o tubo de alimentação da bureta e o sensor de temperatura no interior do reator, com o cuidado de que ambos não tocassem no fundo nem nas paredes do reator. Esperou-se dois minutos até que a temperatura fosse estabilizada em 25 ºC, fato que pode ser verificado através do sensor de temperatura. Com isso, acionamos o controle de fluxo de adição de solvente para que o mesmo começasse a lançar o solvente (água destilada) no reator. A cada dez segundos, anotou-se o valor da temperatura, até que ela atingisse um mínimo e retornasse ao valor inicial ou o mais próximo do mesmo. Como sabemos o valor da vazão de sovente, pode-se calcular o volume de solvente lançado no fim do tempo.
A 30 ºC e 35 ºC:
O procedimento é basicamente o mesmo que para a temperatura anterior, alterando-se apenas os valores de massa do sal e da solução.A 30 ºC a massa do sal pesada foi de 2,8537 gramas, enquanto que a massa da solução foi de 8,1195 gramas . Já para 35 ºC a massa de sal e da solução foram respectivamente 2,8348 e 8,0417 gramas.Após isso, todo o roteiro do procedimento experimental a 25 ºC é seguido.
Resultados e Discussões
Solução aquosa de Cloreto de Potássio com temperatura inicial de 25 °C
Nessa parte do experimento, utilizou-se 2,887g de KCl e uma massa inicial de água de 5,203 g de H2O e uma vazão de 0,8 mL/min de solvente, a partir dos dados obtidos experimentalmente foram obtidas as figuras 1 onde temos as curvas de dissolução do sal e de diluição da solução, respectivamente.
Fig. 1 – Curva de Dissolução do Cloreto de Potássio com temperatura inicial de 25 °C.
Através da utilização do Software Excel® foram obtidas as equações 1 e 2 que relacionam temperatura e tempo em cada uma das linhas de tendências, essas duas equações se igualam no instante no qual o último cristal do sal é dissolvido, utilizando-se dessa informação é torna possível calcular esse tempo transcorrido e munido da vazão de água determinarmos quanto de solvente foi utilizado para solubilizar totalmente aquele solvente, e, portanto, sua solubilidade.
Equação 1 – Equação de dissolução do KCl, com temperatura inicial de 25 °C, sendo θ, a temperatura,uma função de t , tempo em segundos.
Equação 2 – Equação de diluição da solução de KCl, com temperatura inicial de 25 °C, sendo θ, a temperatura,uma função de t , tempo em segundos.
Ao igualarmos as equações, obtemos o tempo de 191,68 segundos, ou 3,19 minutos. Com esse valor, utilizamos a vazão (Volume de água por unidade de tempo) para encontramos o volume de água utilizado que foi de 2,552 mililitros. 
O volume de água inicial pode ser obtido através da definição de densidade, que a 25 °C é de 1,0000 g/mL, temos uma massa inicial de 5,203 g de água, logo, o massa final (massa inicial mais amassa adicionada) será 7,755 g de água para dissolver completamente a quantidade inicial do sal. Podemos então calcular a solubilidade do sal nessa temperatura através da divisão da massa do sal pela soma da massa de água inicial com a massa de água adicionada, temos como resultado 0,3722 ou 37,22%.
Solução aquosa de Cloreto de Potássio com temperatura inicial de 30 °C
Para essa temperatura, utilizou-se 2,8537 g de KCl e uma massa inicial de água de 5,2658 g de H2O e uma vazão de 0,8 mL/min de solvente, a partir dos dados obtidos experimentalmente foram obtidas as figuras 2 onde temos as curvas de dissolução do sal e de diluição da solução, respectivamente.
Fig. 2 – Curva de Dissolução do Cloreto de Potássio com temperatura inicial de 30 °C.
As equações obtidas foram a 4, para dissolução, e a 5, para diluição.
Equação 4 – Equação de dissolução do KCl, com temperatura inicial de 30°C, sendo θ, a temperatura, uma função de t , tempo em segundos.
Equação5 – Equação de diluição da solução de KCl, com temperatura inicial de 30 °C, sendo θ, a temperatura,uma função de t , tempo em segundos.
Utilizando o mesmo princípio utilizado no experimento anterior, obtemos um tempo de 152,54 segundos ou 2,53 minutos, usando a informação da vazão houve um acréscimo de 2,024 ml de água, aproximadamente 2,024 gramas. Sendo assim, a massa final de água será 7,2898 gramas. Usando o mesmo calculo feito para 25°C temos que a solubilidade será de 0,3914 ou 39,14%.
Solução aquosa de Cloreto de Potássio com temperatura inicial de 35 °C
Para essa temperatura, utilizou-se 2,8348 g de KCl e uma massa inicial de água de 5,2069 g de H2O e uma vazão de 0,8 mL/min de solvente, a partir dos dados obtidos experimentalmente foram obtidas as figuras 3 onde temos as curvas de dissolução do sal e de diluição da solução, respectivamente.
Fig. 3 – Curva de Dissolução do Cloreto de Potássio com temperatura inicial de 35 °C.
As equações obtidas foram as equações 6 e 7:
Equação 6 – Equação de dissolução do KCl, com temperatura inicial de 35 °C, sendo θ, a temperatura, uma função de t , tempo em segundos.
Equação 7 – Equação de diluição da solução de KCl, com temperatura inicial de 35 °C, sendo θ, a temperatura,uma função de t , tempo em segundos.
Fazendo uso mais uma vez do principio usado anteriormente, obtemos 152,22 segundos ou 2,537 minutos, sendo, assim, 2,029 mL de Água, aproximadamente 2,029 gramas. A massa final de água será 7,2359 gramas. Usando o mesmo calculo feito para 30°C temos que a solubilidade será de 0,3917 ou 39,17%.
	T (°C)
	Cexp
	25
	37,22
	30
	39,14
	35
	39,17
Fig. 4 – Tabela com Cexp – coeficientes de solubilidade experimentais, Ctab - coeficientes de solubilidade tabelados e com ΔC – desvio relativo e ΔC% - desvio relativo percentual., calculados conforme as equações 8 e 9.
Equação 8 – Desvio Relativo
Equação 9 – Desvio Relativo Percentual
Como visto os desvios relativos percentuais dos coeficientes de solubilidade para as temperaturas de 30 e 25 °C foram dentro do aceitável, porém para 35 °C, o desvio relativo foi bem elevado, atribuímos tal fato ao não retorno do valor de temperatura ao valor inicial, nessa temperatura o equipamento estabilizou a 34,5 °C, o que ocasionou uma medida com muitos erros agregados gerando tal desvio.
Conclusão 
Através do procedimento experimental, conseguimos determinar com boa exatidão os coeficientes de solubilidade para solução salina de Cloreto de Potássio à 25 e à 30 ºC, ou seja, o método da termometria quasi-isotérmica foi adequado para realizarmos tal medida. No experimento no qual a temperatura era de 35 ºC houve um erro na maquina. Com isso a temperatura nao volto aos 35 ºC,então fizemos uma suposição para chegar aos 35 ºC.