Relatório 1 Determinação Volume Molar de um Gás

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DO OESTE DO PARANÁ
CAMPUS TOLEDO
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA E CIÊNCIAS EXATAS
CURSO DE QUIMICA BACHARELADO
 
PRÁTICA 1 – DETERMINAÇÃO VOLUME MOLAR DE UM GÁS
Relatório entregue como parte da avaliação da disciplina Físico-Química Experimental I, do curso Química Bacharelado, ministrado pelo Professor Doutor Douglas Cardoso Dragunski.
Alunas: Bruna Grassi
 Camila Dias de Oliveira
 Gabriela Lauer
 Giulia S. Fukase dos Santos.
TOLEDO – PR – Brasil
Março de 2018
Introdução 
O estado mais simples da matéria é um gás, forma da matéria que preenchem qualquer recipiente que a contenha. É conveniente imaginar que um gás como um conjunto de moléculas (átomos) em movimento permanente e aleatório, com velocidades que aumentam quando a temperatura se eleva. Os elementos que se encontram no estado gasoso dependem do volume do recipiente que o contém, pois estes não possuem volume próprio. Esse volume depende diretamente das condições de temperatura e pressão em que o gás se encontra. [1]
O volume molar de um gás é definido pelo volume ocupado por um mol desse gás (ou um mol de átomos se a molécula for monoatômica), a uma determinada pressão e temperatura. De acordo com a hipótese do Avogadro, volumes iguais de gases diferentes, nas mesmas condições de temperatura e pressão contém o mesmo número de moléculas. Numa dada condição de temperatura e pressão, portanto, os volumes ocupados por diferentes amostras de gases são diretamente proporcionais às quantidades de matéria dos gases contidos nas amostras, ou seja, o volume é diretamente proporcional ao número de mols de um gás. Assim se dobrarmos o número de mols (n) de um gás, seu volume consequentemente dobrará também e vice-versa. [2]
Por meio das Condições Normais de Temperatura e Pressão (CNTP), um volume molar foi determinado experimentalmente, para se realizar uma comparação entre as quantidades dos gases diretamente por meio de seus volumes. Desta forma, convencionaram-se determinados valores de pressão e temperatura. Essas condições até 1982, a pressão padrão era tomada como 1 atmosfera (1atm ou 101305Pa) e a temperatura como 0°C (273,15K) e, portanto, o volume molar de um gás da CNTP era de 22,4 L/mol. [4]
Todavia em 1982 a IUPAC (União Internacional de Química Pura e Aplicada) alterou o valor da pressão padrão que era 1 atm ou 101325Pa e estabeleceu o valor de 100 000 Pa de pressão, o que equivale um 1Bar, mantendo o valor da temperatura padrão de (0°C ou 273K). Como houve uma redução na pressão de 101 325 Pa para 100 000 Pa, havendo um aumento no número molar, ou seja, o volume ocupado por qualquer gás ou vapor é de aproximadamente 22,71 L/mol sendo este valor recomendado pela IUPAC atualmente. [4]
Objetivo 
Determinar por meio da reação entre um metal (Mg) e um ácido (HCl) o volume molar do gás hidrogênio liberado durante a reação.
Materiais e reagentes
Bureta;
Béquer;
Gaze;
Fio de cobre;
Raspas de Magnésio;
HCL 8,0 mol/L.
Procedimento
Utilizando uma bureta de 50 mL foi determinado o volume correspondente à porção não graduada. Pesou-se raspas de magnésio, colocando em uma gaiola feita de gaze que foi fechada utilizando fio de cobre. Em um béquer de 600mL foi adicionado 2/3 de água destilada. Adicionou-se 7mL de solução de HCL 8,0 mol/L na bureta, encheu-se a bureta completamente com água destilada, colocando a gaiola na ponta da bureta tomando o devido cuidado dobrando a ponta do fio de cobre para servir de cabo. Tampou-se a boca da bureta e rapidamente foi inserida invertida no béquer com água, fixando-a no suporte. Aguardou-se o final da reação e mais uns 10 minutos para o sistema atingir a temperatura ambiente, anotando a pressão atmosférica e a temperatura ambiente.
Resultados e discussão 
Para determinar o volume da porção não graduada da bureta, a mesma foi preenchida com água, entre a torneira e o ultimo traço, escoou-se a água em um béquer com massa já definida pesando novamente para então encontrar a massa da água. A massa da água foi de 3,2849g. Usou-se a equação 1 para encontrar o volume da mesma.
 Eq. 1 
Sendo d= 1 g/mL e m= 3,28g. O volume encontrado foi de 3,28 mL. 
A massa do magnésio utilizada foi de 0,0305 g, após o preparo da bureta, a gaiola foi introduzida na mesma, sendo está inserida no béquer e fixada ao suporte, aguardou-se então o início da reação.
Notou-se que, como a densidade do ácido clorídrico é maior que da água, o mesmo desloca-se para a ponta da bureta onde se encontra o magnésio, ocorrendo a seguinte reação:
Reação 1: Mgo + 2HCl Mg2+ + 2Cl- + H2(g)
Portanto, quando o HCl reage com o Mg, observa-se a liberação de H2, este começa a ocupar o lugar da água na bureta. Deixou-se reagir até desaparecer a formação de bolhas (H2). O volume deslocado da água na bureta foi de 29 mL. 
Para encontrar o volume do gás resultante da reação entre HCl com Mg, utilizou-se a equação 2:
 Vgás = Vbureta – V água deslocada + V não graduado Eq.2
Sendo Vbureta = 50 mL, V água deslocada = 29 mL e V não graduado = 3,28 mL. Então, o volume ocupado do gás foi de 24,28 mL.
Em seguida, calculou-se a pressão do H2 com a equação 3:
 Patm = PH2O + PH2 Eq. 3
Como há uma variação da pressão conforme a temperatura, e no momento a temperatura da água era de 28o, então a PH2O era de 28,4 mmHg. E a Patm é de 709,01mmHg. Realizando os cálculos, encontrou-se PH2 = 680,7mmHg.
O volume de hidrogênio seco é obtido pela equação 4:
 Eq. 4
Onde PH2 = 680,7mmHg, V é o volume de hidrogênio obtido, ou seja, 24,28 mL e P é a pressão total, 709,1mmHg. Encontrando-se então o volume do hidrogênio seco igual a 23,31 mL.
O volume molar do hidrogênio é obtido pela equação 5:
 Eq. 5
Onde é a quantidade de matéria do hidrogênio, que é igual à de Mg, devido à equação abaixo na qual a relação entre Mg e H2 é de 1:1.
Mgo + 2HCl Mg2+ + 2Cl- + H2
Utilizando a equação 6, calcula-se 
 = Eq. 6 
= 0,0305g , = 24,3 g.mol-1. Portanto, = 1,255 x 10 -3.
Voltando a Eq. 5, o volume molar encontrado foi de . 
Para descobrir o volume molar teórico, foi utilizada a Eq. 7, sendo os valores na CNTD para P1, V1 e T1.
 Eq. 7
Utilizando os valor de P1 = 760 mmHg, V1= 22,4L, T1= 273,1K, P2 = 709,1 e T2 = 301,1K, encontrou-se o valor de V2, ou seja, o volume molar teórico, que foi de 26,46L.
Para encontrar o rendimento da reação, fez uma regra de três:
26,46 L – 100%
18,57L – x %
O valor de x encontrado foi de 70% de rendimento da reação.
Como o volume molar experimental encontrado não ficou próximo do teórico, considerou-se que o resultado não foi tão favorável quanto o esperado. 
Por meio do método interativo para a equação polinomial de várias raízes Newton-Raphsan (Eq. 8) e Redlich-Kwong (Eq.9) obteve-se o volume molar do hidrogênio, sendo este de 18,12 L mol-1e 15 L mol-1 respectivamente. 
Eq. 8
Eq. 9
A equação de Newton-Raphsan (Eq. 8) mostrou-se mais eficaz, pois o resultado se assemelha com o obtido experimentalmente, deste modo pode ser utilizada para calcular o volume molar de um gás real. 
Conclusão 
A partir da prática realizada conseguiu-se determinar o volume molar de hidrogênio (H2) a partir da decomposição do magnésio com ácido clorídrico. Com base nos resultados obtidos foram realizados os cálculos que ao serem analisados mostraram que o resultado não foi tão favorável, pois o volume molar experimental foi discrepante em relação ao teórico.Referências 
[1] ATKINS, P.W. & DE PAULA, J. Físico-Química, v. 1 e 2. 8. ed. Rio de Janeiro: LTC Editora, 2008
[2] CASTELLAN, Gilberto. Fundamentos de Físico-Química. 8 ed. Rio de Janeiro: LTC, 1972.
[3] MOORE, W.J. Físico-Química. 4. ed. São Paulo: Edgard Blücher, 2000.
[4] Temperatura, pressão e volume molar. R da SILVA Química Nova na Escola 2, 12, 1995.