Relatório 4 DETERMINAÇÃO DO EQUILÍBRIO LÍQUIDO LÍQUIDO EM UM SISTEMA BINÁRIO final

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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA
LICENCIATURA EM QUÍMICA
Componente Curricular: Físico-Química Experimental I
Docente: Luíz Elói da Silva
Discentes: Íngrede Ferreira, Thaís Aparecida Menezes, Naiara Patez, Rener Cambuí, Regina Morais
DETERMINAÇÃO DO EQUILÍBRIO LÍQUIDO-LÍQUIDO EM UM SISTEMA BINÁRIO
DETERMINAÇÃO DO EQUILÍBRIO LÍQUIDO-LÍQUIDO EM UM SISTEMA BINÁRIO
Íngrede Ferreira, Naiara Patez, Regina Morais, Rener Cambuí e Thaís Aparecida Menezes
Relatório de aula prática, apresentado por Íngrede Silva, Naiara Patez, Regina Morais, Rener Cambuí e Thaís Aparecida Menezes, para avaliação parcial da II unidade do componente curricular Físico-Química Experimental I, orientado pelo professor Luíz Elói da Silva.
1 Introdução
A fase de uma substância é uma forma da matéria que é homogênea no que se refere à composição química e ao estado físico. Assim, temos as fases sólida, líquida e gasosa de uma substância. Uma transição de fase é a conversão espontânea de uma fase em outra e ocorre numa temperatura característica para uma dada pressão. Nesse sentido, a 1atm, o gelo é a fase estável da água em temperaturas abaixo de 0°C, mas acima de 0°C a água líquida é mais estável. Essa diferença indica que abaixo de 0°C a energia de Gibbs diminui quando o gelo se transforma em água líquida. A temperatura de transição, Ttrs, é a temperatura em que as duas fases estão em equilíbrio e a energia de Gibbs é mínima na pressão prevalecente (ATKINS, 2006).
Alguns pares de líquidos puros, quando misturados em proporções apropriadas a certas temperaturas e pressões, não formam apenas uma fase líquida homogênea, mas duas fases líquidas com diferentes composições. Este fato acontece devido ao estado bifásico ser mais estável que o estado monofásico. Se estas fases estão em equilíbrio, então o fenômeno é chamado equilíbrio líquido-líquido (ELL) (SMITH et al., 2000).
 O estado de equilíbrio termodinâmico é buscado por todos os sistemas. A termodinâmica fornece um critério de estabilidade que deve ser satisfeito, estabelecendo que, a uma temperatura e pressão constantes, um estado estável é aquele que apresenta um mínimo na energia livre de Gibbs.
A equação abaixo mostra que a energia de Gibbs é em função da pressão e da temperatura.
 dG = VdP – SdT (1)
À pressão constante, essa equação torna-se
 dG = – SdT (II)
Ao misturar duas ou mais substâncias, define-se dG como a diferença entre a energia livre de Gibbs da solução e a dos compostos puros. Se dG ≤ 0 , forma-se uma solução monofásica estável, porém, se dG ≥ 0 , a solução homogênea é instável e o sistema é obrigado a se dividir em duas ou mais fases, a fim de minimizar a energia livre de Gibbs. Desta maneira se formam sistemas bifásicos ou até multifásicos (HACKBART, 2007).
A miscibilidade de dois líquidos, assim como a solubilidade de um sólido em um líquido, pode variar com a temperatura, aumentando ou diminuindo, dependendo da característica de cada componente. Em sistemas em que a miscibilidade aumenta com o aumento da temperatura, a temperatura acima da qual os dois líquidos passam a ser completamente miscíveis é chamada temperatura crítica superior (TCS). Em sistemas em que a solubilidade decresce com o aumento de temperatura, a temperatura mínima que permite a total miscibilidade é a temperatura crítica inferior (TCI). Existem ainda os sistemas que apresentam as duas temperaturas e exemplos desses comportamentos estão dados na figura 1 (GUIMARÃES, et al., 2013).
Figura 
1
. Representações esquemáticas de diagramas de fases de líquidos parcialmente miscíveis que possuem a) um valor de TCS, b) TCI e c) ambos.O comportamento dos sistemas pode então ser estudado pela construção de diagramas de fases como os da figura 1 e diagramas de fases binários podem ser interpretados qualitativamente, fazendo-se uso da regra de Gibbs:
p + f = c + 2
Onde p = o número de fases presentes no sistema; f = termo grau de liberdade do sistema, dá o número de variáveis intensivas; c = número de componentes, necessário para definir o sistema (CHANG, 2008).
Objetivos
Determinar a curva de miscibilidade de uma mistura de fenol com água, em funçãoda temperatura.
3 Procedimentos Experimentais
3.1 – Materiais e Reagentes
Vitória da Conquista, Bahia
2017.2
Manta de aquecimento;
Capela com exaustor;
6 tubos de ensaio;
Prendedores para tubos de ensaio;
Béquer de 1L;
Água;
Fenol;
Luvas, óculos, e mascara de segurança;
Balança analítica;
Termômetro.
3.2 – Procedimentos Realizados
a) Adiciona-se 4 g de Fenol á 3 tubos de ensaio e a eles adiciona-se sucessivamente 2, 4 e 6 mL de água. Aquece os três em banho-maria (70-80ºC) até a homogeneização da solução;
b) Os tubos são retirados do banho-maria, e no momento do inicio da turvação a temperatura deve ser medida;
c) Os procedimentos são repetidos para 1 g de Fenol.
4 Resultados e Discussão
Os procedimentos realizados na parte experimental compõem uma analise físico-química da chamada Ebulioscopia que, na qual, consiste testar certas propriedades de compostos em função de temperatura, ou seja, da elevação da temperatura do sistema. Quando colocou-se o fenol junto a água em um tubo de ensaio e aqueceu, no momento em que a mistura tornou-se homogênea, a temperatura foi registrada (Figura 2.a). Após a misturar tornar-se homogênea, esperou esfriar até que a solução ficasse novamente turva e, com isso, a temperatura de turvação fosse anotada (Figura 2.b). A partir das temperaturas de solubilização e turvação, obteve-se uma média somando essas duas e dividindo por 2 para que colocasse no gráfico. A tabela 1 indica, exatamente, a massa de fenol e de água que foram colocadas nossete tubos, o número de mols total e de cada um, além da fração molar de ambos os componentes. Já as tabelas 2 e 3 apresentam atemperatura média, citadas anteriormente, com a composição em (%) do fenol e da água, respectivamente. A partir desses dados plotados, foram construídos os gráficos 1 e que são de temperatura média em função da composição. 
Figura 1. (a) fenol dissolvido em água. (b) fenol turvo após o banho-maria.
Tabela 1 - Componentes inseridos nos tubos de ensaios
	Exp
	m(g)Fenol
	m(g)Água
	n fenol
	n água
	n total
	Xifenol
	Xiágua
	1
	1,01
	9
	0,01073
	0,5
	0,5107
	0,021
	0,9790
	2
	2,2
	8
	0,02337
	0,44
	0,46337
	0,05043
	0,9495
	3
	3,0
	7
	0,03187
	0,38
	0,41187
	0,07737
	0,9226
	4
	4,0
	6
	0,04250
	0,33
	0,3725
	0,1140
	0,8859
	5
	5,08
	5
	0,05399
	0,27
	0,32399
	0,1666
	0,8333
	6
	6,28
	4
	0,06673
	0,22
	0,2873
	0,2322
	0,7657
	7
	7,05
	3
	0,07491
	0,16
	0,23491
	0,3188
	0,6811
Tabela 2 - Temperatura média e composição do fenol
	Temperatura média °C
	Composição (%) Xifenol
	48,5
	2,1
	64
	5,043
	65,5
	7,737
	67,5
	11,4
	70
	16,66
	63,5
	23,22
	51,5
	31,88
Tabela 3 - Temperatura média em função da composição da água
	Temperatura média °C
	Composição (%) Xiágua
	48,5
	97,90
	64
	95,95
	65,5
	92,26
	67,5
	88,59
	70
	83,33
	63,5
	76,57
	51,5
	68,11
Gráfico 1 - Temperatura média (eixo Y) em função da composição % (eixo X) do fenol
Gráfico 2 - Temperatura média (eixo Y) em função da composição % da água (Eixo X)
De acordo o diagrama da miscibilidade do fenol, mostrado na figura 2 a seguir, foi possível observar que o gráfico real construído a partir deste experimento se aproxima com o diagrama real, isto é, cresce e decresce a medida que vai aumentando a composição, se assemelhando com uma parábola. No diagrama teórico, a temperatura crítica é de 65,86 °C, enquanto que no gráfico real,a temperatura foi bem próxima aos 70 °C. Este resultado foi satisfatório devido ao fato de haver erros experimentais durante a prática, além do fenol ser tóxico e ocorrer dificuldades em seu manuseio e, também, a volatilidade da solução é um fator que pode ser considerado.
A partir do gráfico construído nesse experimento, quando são colocados 4 gramas de fenol e 6 gramas de água em um tubo de ensaio, exatamente, na temperatura de 50 ° C, o sistema estará na fase líquida, isto é, a temperatura de 50 ° C não está superior a temperatura de saturação para essa composição com base no gráfico 3. Para essas massas de fenol e de água, a composição (%) do fenol = 11,33. Para esse valor, a temperatura de de saturação é acima dos 60 graus. Logo, há duas fases (líquido + líquido).
Figura 2 - Diagrama real da miscibilidade do fenol
Gráfico 3 - Para a composição de 11,33 %, a temperatura de saturação é acima dos 60 graus
5 Conclusão
A partir da análise de todos os dados, a realização dessa prática, apesar das atividades de manuseio e erros experimentais, ocorreu de forma bastante eficaz, além de proporcionar uma aprendizagem mais consolidada, na prática, dos conteúdos vistos teoricamente em sala de aula. 
6 Referências
ATKINS, P;PAULA, J. Físico-Química Volume 1. São Paulo: LTC, 2003. 
ATKINS, P.; PAULA, J. de. Físico-Química, Vol1. 8ª ed., Editora LTC, Rio de Janeiro, 2006.
CHANG, R. Físico-Química: Para as ciências químicas e biológicas: Vol. 1. 3ª. ed. São Paulo: McGraw-Hill, 2008. Pág. 175 -186.
GUIMARÃES, F. F.; JÚNIOR, F. C.; MARTINS, T. D.; XAVIER, M. L.B; SALGADO, A. M. Manual de Laboratório Físico-Química Experimental II.Instituto de Química. Universidade Federal de Goiás, 2013. Pág. 50. Disponível em:<https://anselmo.quimica.ufg.br/up/56/o/FQExp2_apostila.pdf>. Acesso em 13 de jan. de 2016.
HACKBART, L.M. Equilíbrio Líquido-Líquido De Sistemas Contendo Fenol-Água-solvente: Obtenção E Modelagem Termodinâmica.Dissertação ao programa Pós-graduação. Universidade Federal do Paraná, Curitiba 2007. Disponível em: <http://www.pipe.ufpr.br/portal/defesas/dissertacao/119.pdf>. Acesso em 12 de Jan. de 2016.
SMITH, J.M.; VAN NESS, H.C.; ABBOTT, M.M. Introdução à Termodinâmica da Engenharia Química. 5ª ed. Rio de Janeiro: LTC, 2000.