relatório 2 Difusão de gases

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Universidade Estadual da Paraíba- UEPB
Centro de Ciências Biológicas e da Saúde-CCBS
Departamento de Farmácia
Curso: Farmácia
Físico-química Experimental
RELATÓRIO 02: DIFUSÃO DE GASES
Campina Grande - PB
Março de 2018
Universidade Estadual da Paraíba - UEPB
Centro de Ciências Biológicas e da Saúde - CCBS
Departamento de Farmácia
Turma: Quarta-feira 
Laboratório de: Físico-química Experimental
Docente: Dauci Pinheiro Rodrigues
Curso: Farmácia
Título e Número referente: Experimento 02- Difusão de gases.
Data do Experimento: 07 de março de 2018
Recebimento em: _____________ Por professor (a): _________________
CORREÇÃO
Preparação: _____________
Relatório: _______________
Nota Global: _____________
Rubricada por professor (a): ___________________
INTRODUÇÃO
O gás se espalha pelo volume disponível, pois as forças intermoleculares existentes são incapazes de segurar suas moléculas, evitando que elas se espalhem. Esse fenômeno, que permite que o gás preencha uniformemente todo o espaço disponível, é uma das mais importantes propriedades físicas de um gás e é chamado de difusão gasosa.
Nos sólidos, o processo de difusão é muito lento, tanto que são necessários métodos especiais para detectar e medir a velocidade de difusão; nos líquidos, a difusão ocorre mais rapidamente. Já para os gases, a difusão é muito rápida, e, além disso, é frequentemente auxiliada pelas correntes de convecção no ar, que faz com que seja ainda mais veloz. A efusão é o processo pelo qual um gás passa através de um orifício, e obedece as mesmas propriedades da difusão, no que diz respeito à velocidade dos gases.
Tal propriedade segue a Lei de Graham, que foi formulada em 1829 por Thomas Graham estabelecendo que a velocidade de efusão e difusão de dois gases, nas mesmas condições de temperatura e pressão, é inversamente proporcional a raiz quadrada de suas densidades, expressa na fórmula abaixo: 
Esta relação entre dois gases, submetidos à difusão, nas mesmas condições de temperatura e pressão, além de determinar a velocidade de difusão do gás, serve também para determinar sua densidade ou sua massa molecular.
Esta teoria é utilizada no método de efusão separação de isótopos, que é caracterizado pela passagem de partículas gasosas através de pequenos orifícios (poros) afim de isolar os isótopos de acordo com o eu tamanho. A obtenção de Urânio enriquecido (U235) é um exemplo de separação de isótopos, onde o hexafluoreto de urânio é submetido ao processo de efusão contra uma parede cheia de poros microscópicos. 
O U-235 que é menor, passa pelos poros facilmente, enquanto o U-238 fica retido. A passagem pela "peneira" é repetida até a concentração de U-235 chegar ao nível desejado. O urânio enriquecido é usado na geração de energia nuclear (2% a 3% de U-235) e para a fabricação de bombas atômicas (90% de U-235 aproximadamente).
OBJETIVOS
Comprovar a Lei de Graham, calculando experimentalmente a velocidade de difusão de gases HCl e NH3 a partir da reação de neutralização entre eles, utilizando como referência o anel formado na reação.
MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 MATERIAIS E SUBSTÂNCIAS
Amônio (NH3);
Bancada de madeira;
Capela;
Cloreto de hidrogênio (HCl);
Cronômetro;
Óculos de segurança;
Parede porosa de algodão;
Pipetas graduadas;
Régua graduada de 1m;
Termômetro;
Tubo de vidro de aproximadamente 75 cm de comprimento por 2,0 cm de diâmetro.
 
3.2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
A princípio, mediu-se a temperatura ambiente, que registrou 30ºC.
 Montou-se a estrutura para que o experimento fosse realizado: dois suportes alinhados sustentando um tubo de vidro seco vedado por duas rolhas, uma de cada lado.
As rolhas foram retiradas para que nelas fossem colocados dois chumaços de algodão servindo como parede porosa.
Então, 1 mL de cada reagente (HCl e NH4OH) foi pipetado no algodão contido nas rolhas, dentro da capela de fluxo laminar.
Com o tubo vedado, iniciou-se a cronometragem do tempo até o aparecimento de um anel branco. 
Após a visualização do anel, com uma régua mediu-se a distância percorrida pelos gases NH3 e HCl, e anotou-se o comprimento.
Por fim, mediu-se a temperatura ambiente novamente, que registrou, ainda, 30ºC.
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Temperatura Inicial: 30ºC.
Temperatura final: 30ºC.
Temperatura média: 30ºC.
	Tempo para a formação do anel
	T1 = 224,5 s
T2 = 208 s
	Tempo médio = 216,25 s
	Distância percorrida pelo gás NH3
	D1 = 43,5 cm
D2= 42 cm
	Dmédia NH3= 42,75 cm
	Distância percorrida pelo gás HCl
	D1 = 22 cm
D2 = 24,5 cm
	Dmédia HCl = 23,25 cm
Quadro 1 – Valores anotados durante a prática experimental.
	Gases
	Velocidade de difusão (cm/100s)
	Massa molar (g/mol)
	Log (MM)
	Log (Velocidade)
	H2
	31
	2,0158
	0,3044
	1,4913
	He
	22
	4,0026
	0,6023
	1,3424
	N2
	8,3
	28,0134
	1,4471
	0,9190
	Cl2
	5,2
	70,9
	1,8506
	0,7160
	NH3
	19,76
	17,031
	1,2304
	1,2957
	HCl
	10,75
	36,45
	1,5616
	1,0314
Tabela 1 – Velocidade de difusão dos gases.
APLICAÇÃO DOS RESULTADOS EXPERIMENTAIS
4.1 Calcule a velocidade de difusão dos gases NH3 e HCl.
R: A velocidade de difusão dos gases é dada pela fórmula:
Sendo Xm= distância média percorrida e Tmédio = tempo médio para a formação do anel.
De acordo com os valores anotados durante o experimento:
 = 0, 1075 cm/s.
cm/s.
Para a Tabela 1, os valores de difusão estão dados em cm/100s. Então, temos que:
V HCl= 0,1075 x 100= 10,75cm/100s
V NH3= 0,1976 x100= 19,76 cm/100s.
4.2 Conhecendo-se as velocidades de difusão dos gases do item anterior e as velocidades de difusão da Tabela 2.1, construa os gráficos.
Gráfico 1 – Velocidade x massa molar dos gases dados.
Gráfico 2 – log (velocidade) x log (massa molar) dos gases dados.
4.3 Escreva a reação da experiência. De que é formado o anel branco que se formou e o que significa o seu aparecimento.
R: A reação do experimento: NH3(g) + HCl(g) = NH4Cl ↓ + H2O. Quando os gases liberados pelo NH4OH e HCl entram em contato, ocorre a precipitação do composto NH4Cl, que é responsável pela formação do anel branco dentro do tubo de vidro, que pode ser observado durante a prática experimental.
4.4 Compare os dados obtidos pela lei de Graham com os teóricos.
R: Valor teórico: 
 Valor experimental: 
Desse modo, é possível calcular o percentual de erro da prática:
	
Erro% = 24%
4.5 Justificar os gráficos.
R: Conforme o observado no Gráfico 1, a velocidade de difusão de um gás é inversamente proporcional às medidas de suas massas molares, uma vez que não houve compensação entre as massas molares. Quando o logaritmo foi aplicado, houve esta compensação, ou seja, as massas passam a ser dadas de forma equiparada, causando a linearização do gráfico. 
4.6. O experimento comprova a lei de Graham? Por quê? 
R: Sim, porque através da prática pode-se confirmar pela experiência que o elemento de maior massa molar possui menor velocidade. Observando os gases estudados, temos:
	
	Massa molar (g/mol)
	Velocidade de difusão (cm/100s)
	HCl
	36,5
	10,75
	NH3
	17
	19,76
4.7. Um balão, de material permeável às variedades alotrópicas do oxigênio é cheio com ozônio e colocado em um ambiente de oxigênio à mesma pressão e igual temperatura do balão. Responda, justificando sumariamente: o balão se expandirá ou se contrairá?
Dado: (MM) O =16 g/mol.
R: Segundo a Lei de Graham, quanto maior a densidade e consequentemente a massa molar, menor a velocidade de efusão e difusão. Dessa forma, pode-se observar que a velocidade de difusão do ozônio (O3) é menor que a velocidade de efusão do oxigênio (O2), já que O3 é mais denso que O2. Conclui-se então que o balão se expandirá.
4.8. Numa sala fechada, foram abertos ao mesmo tempo três frascos que continham, respectivamente, NH3(g), SO2(g) e H2S(g). Uma pessoa que estava na sala, a igual distância dos três frascos, sentirá o odor destesgases em que ordem? Dadas às massas molares em g/mol: NH3 = 17; H2S = 34; SO2 = 64. 
R: Segundo a Lei de Graham, a massa molar é inversamente proporcional à velocidade de difusão gasosa. Por isso, pode-se concluir que a pessoa que estava na sala sentirá primeiro o odor do NH3, já que este possui a menor massa molar, portanto, a maior velocidade. Os próximos odores a serem sentidos são, respectivamente, o do H2S e o do SO2.
4.9. Discuta o experimento de uma forma crítica, ou seja, observe os pontos fracos do experimento e a partir daí dê sugestões para corrigi-los.
R: Pelo fato do experimento ser realizado com gases, é necessária bastante cautela durante seu manuseio, para evitar perdas no experimento. No experimento realizado, houve fatores que influenciaram no resultado, causando o grande percentual de erro. Alguns deles foram: os cronômetros não agiram simultaneamente, o procedimento de montagem do experimento foi artesanal e a quantidade de substância empregada talvez não tenha sido adequada. Para corrigir o experimento, o ideal seria que a bancada fosse mais próxima da bancada, de modo a diminuir o percurso com as rolhas e a utilização de substâncias que não ultrapassem o prazo de validade.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
 O experimento comprovou a Lei de Graham ao se observar a formação do anel branco, quando ocorreu o encontro dos gases no interior do tubo de vidro. A difusão ocorreu em diferentes velocidades devido à diferença de massa molar das substâncias utilizadas. Confirmou-se que quanto maior o valor de massa molar, menor a velocidade de difusão dos gases, tal qual a fórmula proposta por Graham.
 Apesar da comprovação da Lei, o percentual de erro do experimento foi de 24%, muito acima do permitido. No entanto, houve condições não favoráveis para maior exatidão no experimento. Dentre elas: utilizou-se reagente com prazo de validade expirado, a montagem do suporte para o tubo de vidro foi artesanal, os cronômetros iniciaram e pararam de modo não simultâneo, a quantidade de substância utilizada pode não ter sido adequada. Ademais, é importante lembrar que a fórmula de Graham descreve o comportamento de gases ideais, logo sempre haverá erros, já que o experimento trata de gases reais.
REFERÊNCIAS
ATKINS, P. W., PAULA, J., Físico-Química.Vol. 2. LTC: São Paulo, 2004.
BALL, D.W., Físico-Química, 1a. ed., Vol. 1 e 2, Thomson Learning, 2005.
CEUNES – UFES – FÍSICO-QUÍMICA EXPERIMENTAL. Difusão de gases. Disponível em: <http://www.ceunes.ufes.br/downloads/2/gilmenebianco-Exp1_Densidade.pdf>.
RANGEL, R.N., Práticas de Físico-Química, 3a. ed., Edgard Blucher, 2006.