Determinação da massa molar

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ 
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS 
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA 
QUÍMICA EXPERIMENTAL - 207 
 
 
 
DETERMINAÇÃO EXPERIMENTAL DA MASSA MOLAR DO SÓDIO E DA SUA 
INTERAÇÃO COM O AR 
 
 
 
 
EQUIPE 2 : ANA FLAVIA BALISKI PEREIRA RA: 100688 
CATARINA BRAGA SILVEIRA RA: 100687 
 GABRIELE TAMPELLIN F. P. RA: 99933 
ISABELA GUIDINI DUTRA RA: 98289 
JESSICA VIEL RA: 91652 
KAROLINA BEATRIZ ALBERTI RA: 99887 
TURMA: 006 
PROFESSOR: RODRIGO PONTES 
 
MARINGÁ, 19 DE ABRIL DE 2017 
2 
 
 
SUMÁRIO 
1. Introdução .................................................................................................................................. 3 
2. Objetivos .................................................................................................................................... 5 
3. Parte experimental ..................................................................................................................... 6 
3.1. Vidrarias ..................................................................................................................................... 6 
3.2. Equipamentos ............................................................................................................................ 6 
3.3. Outros materiais ......................................................................................................................... 6 
3.4. Reagentes e soluções ................................................................................................................. 6 
3.5. Procedimento experimental ...................................................................................................... 6 
4. Resultados .................................................................................................................................. 8 
5. Discussões ................................................................................................................................ 10 
6. Conclusões................................................................................................................................ 11 
7. Referências bibliográficas ........................................................................................................ 12 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 
 
1. Introdução 
Massa Molar é a quantidade de massa que uma substância tem em um mol dessa 
substância, teoricamente é determinada como a razão entre a massa de uma 
substância e a quantidade de matéria da mesma. 
 
 
 
 Equação 1 
Existem alguns métodos para determinar a massa molar experimentalmente de 
um componente, como exemplo podemos citar o espectrômetro de massa que 
caracteriza as moléculas por meio da relação entre a massa e a carga de seus 
íons; a crioscopia que determina a massa molar de um soluto não-eletrolítico 
dissolvido em uma certa quantidade de solvente, conhecendo o valor da 
constante crioscópica; pela pressão osmótica onde a massa molar do soluto é 
calculada pela equação de Van’t Hoff tendo o valor da pressão osmótica e do 
volume da solução e, como foi feito no experimento, por uma reação química 
onde se tem o conhecimento da quantidade de algum componente presente na 
reação. 
Neste experimento utilizou-se como elemento de estudo o Sódio, que é um metal 
alcalino (Família 1A). Este elemento é tem uma alta reatividade e por isso não é 
encontrado na forma livre na natureza. Em contato com o oxigênio do ar o sódio 
oxida rapidamente formando uma camada protetora que muitas vezes impede de 
mostrar o seu brilho metálico. A massa molar do sódio segundo a literatura é 
aproximadamente 23 g/mol. 
 Neste experimento, o metal reage com o álcool etílico para formar o H2 (g), esta 
reação pode ser classificada como uma reação de oxirredução, onde o sódio é 
oxidado e o hidrogênio é reduzido. 
2 Na (s) + 2 C2H5OH (l) → 2 C2H5O
-Na+ (aq) + H2 (g) 
 Para a determinação da massa molar precisamos dos valores das pressões e 
do volume. Para isso foi usado a lei de Amagat, de pressão parcial e dos gases 
ideais. 
 A lei dos gases ideais ou lei de Clapeyron pode ser obtida pela combinação da 
lei de Boyle, onde PV = C, e pela lei de Gay-Lussac, onde: 
4 
 
 
 
 
 
 Combinando essas leis obtemos que: 
PV = NRT Equação 2 
 A lei das pressões parciais ou lei de Dalton considera que uma mistura de 
gases que estão sujeitos a mesma temperatura e volume, terá que a pressão 
parcial de um gás componente da mistura gasosa é a pressão que esse exerceria 
se estivesse sozinho a mesma temperatura e volume. Então: 
 P = P1 + P2 + P3 +... + Pn 
Portanto para o experimento temos que: 
PH2 + Par + Pvapor d’água = Pamb + Pcoluna 
Como a pressão que o ar exerce sobre o sistema é muito pequeno, então 
podemos desconsiderar a pressão do ar, portanto: 
PH2 + Pvapor d’água = Pamb + Pcoluna Equação 3 
 A lei de Amagat ou lei dos volumes parciais considera uma mistura gasosa, 
onde os gases estão sujeitos a mesma temperatura e pressão, então o volume 
parcial de um gás componente da mistura é o volume que esse gás ocuparia se 
estivesse sozinho sujeito as mesmas condições que a mistura. 
 V = V1 + V2 + V3 + ... + Vn 
 
 
 
 
 
 
 
5 
 
2. Objetivos 
- Observar as propriedades físicas e químicas do sódio, bem como as 
reações do elemento metálico. 
- Determinar a massa molar do Sódio 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6 
 
3. Parte experimental 
3.1. Vidrarias 
 Dois tubos longos graduados (buretas adaptadas); 
 Tubo de ensaio com um bulbo lateral na parte superior; 
 Proveta de 10 mL. 
3.2. Equipamentos 
 Termômetro; 
 Barômetro. 
 
3.3. Outros materiais 
 Suporte universal; 
 Mangueira de látex; 
 Rolha de borracha; 
 Pinça; 
 Régua; 
 Pissete. 
3.4. Reagentes e soluções 
 Água; 
 Álcool etílico; 
 Sódio metálico; 
3.5. Procedimento experimental 
Em primeiro momento, estruturou-se o sistema de aparelhagem que seria 
utilizado na realização do experimento, fixando as buretas conectadas por uma 
mangueira ao suporte universal. 
7 
 
 Em seguida, adicionou-se água até que o nível atingisse metade da 
graduação das buretas e, nessa etapa, foi verificado se houve a formação de 
bolhas indesejáveis ao longo da mangueira. Uma das buretas foi mantida aberta e 
à outra foi adaptado, através de uma mangueira e de uma rolha de borracha, um 
tubo de ensaio com um bulbo lateral na parte superior. 
Feito isso, verificou-se o sistema buscando evitar a presença de possíveis 
vazamentos e adicionou-se ao tubo de ensaio aproximadamente 6 mL de álcool 
etílico, tomando o devido cuidado para não molhar o bulbo lateral do tubo. Logo 
após, com uma pinça, foi pego um pedaço de sódio metálico de 0,0201 g que já 
havia sido pesado anteriormente e este foi depositado no bulbo, mantendo o tubo 
de ensaio inclinado para evitar que a reação ocorresse nesse momento. 
Para iniciar efetivamente o experimento, o tubo de ensaio foi fechado com a rolha 
de borracha e colocado na posição vertical para que o sódio caia no álcool e 
ocorra a seguinte reação: 
2Na (s) + 2C2H5OH (l)  2C2H5ONa (aq) + H2(g) 
Esperou-se alguns minutos até que a reação se completasse e mediu-se, com 
uma régua, o volume de gás liberado através da diferença de nível das buretas. 
Além disso,aferiu-se a temperatura e a pressão ambiente com o uso de um 
termômetro e de um barômetro. 
Assim, a partir da massa do sódio metálico utilizado e do volume de hidrogênio 
liberado, foi possível calcular a massa molar do sódio. 
 
 
 
 
 
 
 
8 
 
4. Resultados 
Tabela 1: Resultados aferidos e obtidos experimentalmente. 
Pressão atmosférica (mmHg) 705,3 
Temperatura ambiente (K) 300,15 
Pressão de vapor d’água (mmHg) 26,70 
Volume de gás hidrogênio (L) 7,6x10-3 
Massa do sódio (g) 0,0201 
Altura da água (mm) 87,00 
 
Para encontrar a massa molar do Sódio, através da 
 
 
 Equação 1, precisamos encontrar a quantidade de matéria 
referente a massa já aferida. Para isso vamos partir da PH2 + Pvapor d’água = Pamb + 
Pcoluna Equação 3 PH2 + Pvapor d’água = Pamb + Pcoluna Equação 3e manipular a 
equação até calcular-se a quantidade de matéria do hidrogênio e 
consequentemente da estequiometria da reação de oxirredução do experimento 
encontrar a quantidade de matéria do sódio. 
Então temos que: 
 
 
 
 Equação 4 
Para a pressão do Hidrogênio vamos utilizar a PH2 + Pvapor d’água = Pamb + Pcoluna 
Equação 3, sendo que a Pressão da coluna é a altura de Mercúrio em relação a 
altura da água, onde chegamos na seguinte equação: 
 
 
 
 Equação 5 
Sabendo que as densidades da água e do mercúrio segundo dados da literatura 
são, respectivamente, 1 g/ml e 13,56 g/ml. A 
 
 
 Equação 5 fica: 
 
 
 
 
9 
 
Portanto a altura do mercúrio é 6,42 mmHg, como esse valor representa a 
pressão da coluna podemos substituir todos os valores na PH2 + Pvapor d’água = Pamb 
+ Pcoluna Equação 3 
 
 
 
Tendo a constante e substituindo o restante dos 
valores na 
 
 
 Equação 4 temos: 
 
 
 
 
 
 
Pela estequiometria da reação temos a proporção de ½ mol de hidrogênio: 1 mol 
de sódio, assim basta multiplicarmos o valor obtido de quantidade de matéria de 
hidrogênio por dois para obter o número de mols de sódio do experimento, que 
vai ser de . Substituindo esse valor e o valor da massa na 
 
 
 
 Equação 1 obtemos que a massa molar 
é: 
 
 
 
 
Calculando o Erro percentual, em relação à massa molar do elemento na 
literatura temos: 
 |
 
 
 | 
Comparando o resultado com os valores obtidos pelas outras equipes temos que 
a massa molar média para o sódio foi 
 
 
 e então o erro percentual 
do valor obtido e da média dos valores é de 18,76%. 
 
10 
 
 
 
 
 
 
 
5. Discussões 
Pode-se observar pelo resultado obtido que houve um grande desvio em relação 
ao valor da massa molar do sódio encontrado na literatura. Isso se deve a alguns 
erros que podem ter ocorrido durante o experimento, ou seja, erros grosseiros 
como a medição incorreta do volume de água no tubo adaptado (este 
equipamento não tinha suas medidas niveladas), bem como a variação do volume 
do gás, após a reação. Além disso, erros sistemáticos como a não ocorrência da 
total reação entre o sódio metálico e o etanol, também seriam uma justificativa 
para o desvio obtido. 
Comparando o valor médio dos resultados de cada grupo, observa-se que o 
desvio é ainda maior em relação ao valor teórico. Outro fator que pode ter 
contribuído para essa discrepância, é a oxidação do sódio metálico, uma vez que 
este composto, exposto ao ambiente, se oxida rapidamente, levando a uma 
diminuição do número de mols de sódio metálico. 
 
 
 
 
 
 
 
11 
 
 
 
 
 
 
 
6. Conclusões 
Conclui-se que a Prática realizada possibilitou a observação do comportamento 
do Sódio Metálico, assim como as reações que esse material pode realizar. Por 
meio de dados experimentais, foi possível atribuir o valor experimental da Massa 
Molar do Sódio (Na), que é igual a 36,15 g/mol. A diferença em relação ao valor 
teórico da Massa Molar do Sódio (aproximadamente 23 g/mol) pode ser 
minimizada com a utilização de um novo material e possivelmente não oxidado, o 
total isolamento do sistema de buretas adaptadas e mangueiras e menores 
índices de erros pessoais. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
12 
 
 
 
 
 
 
 
7. Referências bibliográficas 
[1] 
http://www.ufrgs.br/uniprotems/Content/02PrincipiosDeAnalise/espectometria.html 
[2] http://quimicanova.sbq.org.br/imagebank/pdf/Vol25No5_844_21.pdf 
[3] Castellan, G., Fundamentos de Físico-Química, 1977 
[4] Atkins, P., Princípios de química, 5.Ed., 2012 
[5] Levine, I., Físico-Química, 2000 
[6] http://www2.fc.unesp.br/lvq/LVQ_tabela/011_sodio.html