Sistema ternário relatório VFH final imprimir (1)

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UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO 
INSTITUTO DE QUÍMICA 
DEPARTAMENTO DE FÍSICO-QUÍMICA 
 
LABORATÓRIO DE FÍSICO-QUÍMICA EXPERIMENTAL 
 
 
 
Diagrama de fases 
Sistema ternário 
 
 
 
PROFESSOR: EVANDRO 
DATA DE REALIZAÇÃO DA PRÁTICA: 11/09/2017 
DATA DE ENTREGA DO RELATÓRIO: 
 
 
 
COMPONENTES DO GRUPO: 
FERNANDA SOARES 
HUDSON SANTOS 
VERONICA LUIZA 
1. INTRODUÇÃO: 
 
O diagrama de fases ternário ilustra o equilíbrio entre várias fases de 
substâncias constituintes de um sistema. 
A composição de um sistema ternário fica definida quando temos a fração 
molar (fração mássica) dos componentes. Xa + Xb + Xc = 1 
No diagrama de fases ternário as composições, á pressão e temperatura 
constante, podem ser representadas por coordenadas triangulares, como pode 
ser observado na figura 1. Os vértices correspondem a um componente puro, 
ou seja, na figura o vértice C é composto unicamente pelo componente C puro. 
Um ponto sobre a linha A-B é composto pelos componentes A e B, e não 
contém C. A distância relativa de um ponto qualquer a cada um dos vértices 
pode ser expresso em percentagem de mistura ternária dos componentes A, B, 
e C. 
 
Figura 1: Representação esquemática de um diagrama de fases ternário 
(coordenadas triangulares). 
 
 A curva do diagrama de fase ternário pode ser traçada 
experimentalmente preparando-se misturas conhecidas de dois líquidos pouco 
miscíveis, com posterior adição de volumes conhecidos de um terceiro líquido, 
até que a turbidez desapareça. Através do cálculo das frações molares (ou 
porcentagem em massa) de cada componente no momento em que a turbidez 
desaparece, determinam-se os pontos no diagrama que permitem o traçado da 
curva de solubilidade. 
 O diagrama ternário apresenta duas regiões, uma monofásica e outra 
bifásica. Já os pontos localizados exatamente sobre a curva, indicam o limite 
entre os aspectos monofásico e o bifásico e são definidos como pontos críticos 
do sistema. A linha que une as composições diferentes de um sistema de duas 
fases é chamada de linha de amarração. Em geral, as linhas não são paralelas, 
pois a solubilidade do componente, miscível nos outros dois líquidos, não é a 
mesma nas camadas e assim, devem ser determinadas experimentalmente. 
Próximo à base do triângulo, as duas fases possuem composição 
bastante diferente: uma delas rica no componente B e pobre em C, e a outra 
rica em C e pobre em B. À medida que nos afastamos da base, as duas fases 
apresentam composições cada vez mais próximas, tendendo a formarem uma 
única fase. Isto ocorre porque, ao nos afastarmos da base, estamos 
aumentando a quantidade de A adicionada ao sistema, o que provoca não só o 
aumento da porcentagem de A, mas o aumento da solubilidade mútua de B e 
C, de acordo com a figura abaixo: 
 
Figura 2: Representação esquemática de um diagrama de fases ternário 
(coordenadas triangulares). 
Calculando-se as frações molares de cada componente, 
experimentalmente, no momento em que a turbidez desaparece, determinam-
se pontos no diagrama que permitem o traçado do diagrama para o sistema em 
questão. 
 
2. OBJETIVO: 
Obter o diagrama de solubilidade de dois líquidos parcialmente miscíveis 
entre si, com um terceiro completamente miscível nos outros dois. 
 
3. MATERIAIS E RAGENTES: 
 2 béqueres; 
 Água destilada; 
 Cicloexano 
 Bureta graduada de 25 mL; 
 2 Erlenmeyer seco de 125 mL; 
 Etanol 
 Frasco para resíduos; 
 Garra para bureta 
 Pipeta volumétrica de 1 mL; 
 Pipeta volumétrica de 10 mL; 
 Pêra; 
 Suporte Universal 
 
 
 
 
 
 
 
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
Erlenmeyer 1 – Variação do Volume de Água 
Transferiu-se, com auxílio de uma pipeta graduada, para um erlenmeyer 
seco 0,7 mL de água, 15 mL de cicloexano e com auxílio de uma bureta 5,0 mL 
de etanol. 
O etanol posteriormente foi adicionado gota a gota na mistura, com 
vigorosa agitação, até obter uma solução clara completa miscibilidade dos três 
líquidos. Anotou-se o volume gasto etanol. 
Após anotar o volume adicionou-se, então, à mistura resultante, mais 1,3 
mL de água e depois mais etanol, gota a gota, até novamente obter uma 
solução homogênea. 
Adicionou-se mais 1,7mL de água e continuou a adição de etanol até 
obtenção de uma solução homogênea. O volume gasto de etanol foi anotado. 
 
Erlenmeyer 2 – Variação do Volume do Cicloexano 
Transferiu-se, com auxílio de uma pipeta graduada, para um erlenmeyer 
seco 4,0 mL de água, 0,3 mL de cicloexano e com auxílio uma bureta 5,0 mL 
de etanol. 
O etanol posteriormente foi adicionado gota a gota na mistura, com 
vigorosa agitação, até obter uma solução clara completa miscibilidade dos 3 
líquidos. Anotou-se o volume gasto etanol. 
Após anotar o volume adicionou-se, então, à mistura resultante, mais 0,7 
mL de cicloexano e depois mais etanol, gota a gota, até novamente obter uma 
solução homogênea. Anotamos o volume. 
Adicionou-se mais 2,5 mL de água e continuou a adição de etanol até 
obtenção de uma solução homogênea. O volume gasto de etanol foi anotado. 
 
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
 
A partir dos volumes obtidos, como pode ser observado nas duas 
primeiras tabelas abaixo e com os dados dos reagentes utilizados podemos 
calcular as frações molares de cicloexano, álcool etílico e água. 
Tabela 1: Volumes gastos de Etanol no Erlenmeyer 1 
Erlenmeyer 
1 
Água Cicloexano Etanol 
Ponto 
Experimental 
Volume 
Total (mL) 
Volume 
Total (mL) 
Volume 
Inicial (mL) 
Volume 
Titulado 
(mL) 
Volume 
Total 
(mL) 
1 0,7 15 5,0 19,6 24,6 
2 2,0 15 24,6 14,2 38,8 
3 3,7 15 38,8 13,5 52,3 
 
Tabela 2: Volumes gastos de Etanol no Erlenmeyer 2 
Erlenmeyer 
2 
Água Cicloexano Etanol 
Ponto 
Experimental 
Volume 
Total (mL) 
Volume 
Total (mL) 
Volume 
Inicial (mL) 
Volume 
Titulado 
(mL) 
Volume 
Total 
(mL) 
1 4,0 0,3 5,0 3,0 8,0 
2 4,0 1,0 8,0 5,4 13,4 
3 4,0 3,5 13,4 11,0 24,2 
 
 Cálculo das frações molares para o Erlenmeyer 1: 
Dados: 
Densidade da água = 0,99 g.mL-1 
Massa molar da água = 18 g.mol-1 
 
Densidade do cicloexano = 0,78 g.mL-1 
Massa molar do cicloexano= 84 g.mol-1 
 
Densidade do etanol = 0,78 g.mL-1 
Massa molar do etanol= 46 g.mol-1 
 
 
Cálculo da massa das substâncias: 
Massa de água: 
Massa de água = Volume de água x Densidade da água 
 Primeira adição: Massa de água = 0,70mL x 0,99 g.mL-1 = 0,69g de água 
 Segunda adição: Massa de água = 2,00mL x 0,99 g.mL-1 = 1,98g de 
água 
 Terceira adição: Massa de água = 3,70mL x 0,99 g.mL-1 = 3,66g de água 
 
Massa de Etanol: 
Massa de etanol = Volume de etanol x Densidade do etanol 
 Primeira adição: Massa de etanol = 24,60mL x 0,78 g.mL-1 = 19,19g de 
etanol 
 Segunda adição: Massa de etanol = 38,80mL x 0,78 g.mL-1 = 30,26g de 
etanol 
 Terceira adição: Massa de etanol = 52,30mL x 0,78 g.mL-1 = 40,79g de 
etanol 
 
Massa de cicloexano: 
A massa de cicloexano se manteve constante, a cada adição de água e etanol. 
Massa de cicloexano = Volume de cicloexano x Densidade do cicloexano 
 Única adição: Massa de cicloexano =15,00 mL x 0,78 g.mL-1 =11,70 g de 
cicloexano 
 
 
 
Cálculo do número de mols das substâncias: 
Número de mols de água: 
Número de mols de água = 
 Primeira adição: Número de mols de água = = 0,04 mol de 
água 
 Segunda adição: Número de mols de água = = 0,11 mol de 
água 
 Terceira adição: Número de mols de água = = 0,20 mol de 
água 
 
Número de mols de etanol: 
Número de mols de etanol = 
 Primeira adição:Número de mols de etanol = = 0,42 mol de 
etanol 
 Segunda adição: Número de mols de etanol = = 0,66 mol 
de etanol 
 Terceira adição: Número de mols de etanol = = 0,89 mol de 
etanol 
 
 
Número de mols de cicloexano: 
O número de mols do cicloexano se manteve constante, a cada adição de água 
e etanol. 
Número de mols de cicloexano = 
 Única adição: Número de mols de cicloexano = = 0,14 mol 
de cicloexano. 
 
Cálculo da fração molar das substâncias: 
Número de mols total: 
Número de mols total = número de mols de água + número de mols de etanol + 
número de mols do cicloexano 
 Primeira adição: Número de mols total = 0,04 mols de água + 0,14 mol 
de cicloexano + 0,42 mol de etanol = 0,59 mol totais. 
 Segunda adição: Número de mols total = 0,11 mols de água + 0,14 mol 
de cicloexano +0,66 mol de etanol = 0,91 mol totais. 
 Terceira adição: Número de mols total = 0,20 mol de água + 0,14 mol de 
cicloexano +0,89 mol de etanol = 1,23 mol totais. 
 
Fração molar da água: 
Fração molar da água = 
 Primeira adição: Fração molar da água = = 0,06 
 Segunda adição: Fração molar da água = = 0,12 
 Terceira adição: Fração molar da água = = 0,17 
 
Fração molar do etanol: 
Fração molar do etanol = 
 Primeira adição: Fração molar do etanol = = 0,70 
 Segunda adição: Fração molar do etanol = = 0,73 
 Terceira adição: Fração molar do etanol = = 0,72 
 
 
Fração molar do cicloexano: 
Fração molar de cicloexano: 
 Primeira adição: Fração molar do cicloexano = = 
0,23 
 Segunda adição: Fração molar do cicloexano = = 
0,15 
 Terceira adição: Fração molar do cicloexano = = 
0,72 
 Cálculo das frações molares para o Erlenmeyer 2: 
 
Cálculo da massa das substâncias: 
Massa de água: 
A massa de água se manteve constante, a cada adição de cicloexano e etanol. 
Massa de água = Volume de água x Densidade da água 
 Única adição: Massa de água = 4,00 mL x 0,99 g.mL-1 = 3,96 g de água 
 
Massa de Etanol: 
Massa de etanol = Volume de etanol x Densidade do etanol 
 Primeira adição: Massa de etanol = 8,00 mL x 0,78 g.mL-1 = 6,24g de 
etanol 
 Segunda adição: Massa de etanol = 13,40mL x 0,78 g.mL-1 = 10,45g de 
etanol 
 Terceira adição: Massa de etanol = 24,40 mL x 0,78 g.mL-1 = 23,40g de 
etanol 
 
Massa de cicloexano: 
Massa de cicloexano = Volume de cicloexano x Densidade do cicloexano 
 Primeira adição: Massa de cicloexano = 0,30 mL x 0,78 g.mL-1 = 0,23g 
de cicloexano 
 Segunda adição: Massa de cicloexano = 1,00 mL x 0,78 g.mL-1 = 0,78g 
de cicloexano 
 Terceira adição: Massa de cicloexano = 3,50 mL x 0,78 g.mL-1 = 2,73g 
de cicloexano 
Cálculo do número de mol das substâncias: 
Número de mols de água: 
Número de mols de água = 
 Única adição: Número de mol de água = = 0,22 mol de 
água 
 
 
Número de mol de etanol: 
Número de mols de etanol = 
 
 Primeira adição: Número de mol de etanol = = 0,14 mol de 
etanol 
 Segunda adição: Número de mol de etanol = = 0,23 mol 
de etanol 
 Terceira adição: Número de mol de etanol = = 0,41 mol 
de etanol 
 
 
 
 
 
Número de mol de cicloexano: 
Número de mols de cicloexano = 
 Primeira adição: Número de mols de cicloexano = = 
0,003 mol de cicloexano 
 Segunda adição: Número de mol de cicloexano = = 
0,01 mol de cicloexano 
 Terceira adição: Número de mol de cicloexano = = 
0,03 mol de cicloexano 
 
 
Cálculo da fração molar das substâncias: 
Número de mol total: 
Número de mols total = número de mols de água + número de mols de etanol + 
número de mols do cicloexano 
 Primeira adição: Número de mols total = 0,22mol de água +0,003 mol de 
cicloexano + 0,14 mol de etanol = 0,36 mol totais. 
 Segunda adição: Número de mols total = 0,22 mol de água + 0,01 mol 
de cicloexano + 0,14 mol de etanol = 0,47 mol totais. 
 Terceira adição: 0,22 mol de água 0,03 mol de cicloexano + 0,41mol de 
etanol = 0,67mol totais. 
 
 
 
Fração molar da água: 
Fração molar da água = 
 Primeira adição: Fração molar da água = = 0,61 
 Segunda adição: Fração molar da água = = 0,48 
 Terceira adição: Fração molar da água = = 0,33 
 
 
 
Fração molar do etanol: 
Fração molar do etanol = 
 Primeira adição: Fração molar do etanol = = 0,38 
 Segunda adição: Fração molar do etanol = = 0,50 
 Terceira adição: Fração molar do etanol = = 0,62 
 
 
 
 
 
Fração molar do cicloexano: 
Fração molar de cicloexano: 
 Primeira adição: Fração molar do cicloexano = 
= 0,01 
 Segunda adição: Fração molar do cicloexano = = 
0,02 
 Terceira adição: Fração molar do cicloexano = = 
0,05 
 
Tabela 3: Dados de frações molares do Erlenmeyer 1 
Experimento 
erlenmeyer 1 
Fração 
Molar de 
Água 
Fração Molar 
Cicloexano 
Fração Molar de 
Etanol 
Primeira 
Adição 
0,06 0,23 0,70 
Segunda 
Adição 
0,12 0,15 0,73 
Terceira 
Adição 
0,17 0,11 0,72 
 
Tabela 4: Dados de frações molares do Erlenmeyer 2 
Experimento 
erlenmeyer2 
Fração 
Molar de 
Água 
Fração Molar 
Cicloexano 
Fração Molar de 
Etanol 
Primeira 
Adição 
0,61 0,01 0,38 
Segunda 
Adição 
0,48 0,02 0,50 
Terceira 
Adição 
0,33 0,05 0,62 
 
Com os dados obtidos foi possível construir o diagrama de fases ternário abaixo: 
 
Figura 3: Diagrama de fases de três componentes: etanol, cicloexano e água. 
 
O diagrama apresenta o comportamento da mistura das três substâncias 
quando variamos suas frações molares. Inicialmente todas as situações 
apresentam duas fases distintas, porém a adição de etanol, solúvel em ambos, 
faz com que o comportamento do sistema se altere. Isso se porque o etanol 
possui parte polar e uma pequena parte apolar, como a água é uma substância 
polar, as interações se dão na parte polar do etanol, através das ligações de 
hidrogênio. A parte apolar do etanol interage com o cicloexano que é apolar. 
Essa interação é conhecida como forças de London. Assim é possível 
observar, com a adição de etanol as substâncias adquirem composições cada 
vez mais próximas e tendem assim a formar uma única fase. A parte inferior 
aos pontos do diagrama corresponde a um sistema de duas fases e a parte 
acima corresponde a uma fase. 
 
5 – Conclusão 
Foi possível observar que a construção de um diagrama ternário de fases a uma 
dada temperatura (T = 23° C) está intimamente ligada à solubilidade dos líquidos em 
questão, neste caso, a adição de etanol, a pressão e temperatura constante, faz com 
que ocorra um aumento da solubilidade entre água e cicloexano. 
 
6 - Bibliografia 
 
1. LIDE, D. R. CRC Handbook of Chemistry and Physics, volume 1. CRC Press, 
69 edition, 1988-89.