Experimento 7 Propriedades coligativas%2c concentração de volume e teor de ácool na gasolina

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INTRODUÇÃO 
Propriedades coligativas
As propriedades coligativas são a tonoscopia, a crioscopia, a ebulioscopia e a osmose, todas provocadas pela presença de um soluto. Em soluções diluídas, essas propriedades dependem exclusivamente do número de partículas do soluto presentes e não da natureza das partículas.
Abaixamento Crioscópico é a propriedade coligativa que indica a diminuição de ponto de congelamento de um líquido, provocado pela adição de um soluto não-volátil que diminui a pressão de vapor do líquido. Consequentemente, a temperatura de ebulição desse líquido aumenta e a de fusão diminui. Já a Crioscopia é o nome dado à técnica onde é possível medir a massa molar de um soluto, sabendo-se, a constante crioscópica. As propriedades coligativas dependem do número de partículas de soluto na solução, não da natureza do soluto.
O estudo da crioscopia está fundamentado na seguinte Lei de Raoult: “A diferença entre o ponto de solidificação do solvente puro e a temperatura de início de solidificação do solvente em uma solução ideal (abaixamento crioscópico, Δc) é diretamente proporcional à concentração molar da solução.”
 Contração de Volume
	As moléculas de água e de álcool (etanol) possuem átomos de hidrogênio ligados a átomos de oxigênio. Visto que o oxigênio possui carga parcial negativa e o hidrogênio possui carga parcial positiva, o oxigênio de uma molécula atrai o hidrogênio de outra e assim sucessivamente entre várias moléculas. Desse modo, sabemos que as moléculas de água atraem-se mutualmente por meio de ligações de hidrogênio, que são forças de intensidade alta. Desse modo, formam-se espaços vazios entre as moléculas de água, fazendo com que ela fique mais espaçada.
Quando adicionamos o álcool à água, estabelecem-se ligações de hidrogênio entre as moléculas de ambas as substâncias, sendo que essa forte interação faz com que a distância entre elas diminua. Isso quer dizer que as ligações de hidrogênio entre as moléculas de água foram rompidas para que fossem estabelecidas novas ligações com o etanol, sendo assim, os espaços vazios entre as moléculas de água foram ocupados pelo álcool, diminuindo então o volume total.
 Gasolina e álcool
A gasolina é um combustível constituído basicamente por hidrocarbonetos e, em menor quantidade, por produtos oxigenados. De acordo com a Lei 10.203/01, a gasolina aditivada, assim como a comum, deve receber entre 20% e 24% de álcool etílico anidro combustível. O álcool etílico presente na gasolina, C2H5OH, é uma substância que possui nas moléculas uma parte apolar e uma parte polar. O grupo etila (C2H5) é apolar e interage com as moléculas de gasolina, eminentemente apolares. O grupo hidroxila (OH) do álcool polar faz do álcool uma substância bastante solúvel em água. Porém, como a água não possui moléculas com regiões apolares e a gasolina não possui moléculas com regiões polares, a gasolina e a água são muito pouco miscíveis entre si. O álcool tem maior afinidade pela água do que pela gasolina.
A densidade da água no estado líquido à temperatura ambiente é de cerca de 980 kg/m³. A densidade da gasolina é de cerca de 720 kg/m³. Então, esta é mais leve (menos densa) do que a água e devido a isso a mistura de ambos forma um sistema heterogêneo com a gasolina em cima e a água em baixo. 
OBJETIVOS
Verificar ao fenômeno de crioscopia, avaliar o fenômeno de contração de volume e verificar o teor de álcool contido na gasolina.
MATERIAIS UTILIZADOS
3.1. Crioscopia
3 Tubos de ensaio
Termômetro digital
Béquer de 250 mL
Pipeta
Sal grosso
Gelo
Solução de cloreto de sódio 5%
Solução saturada de cloreto de sódio
3.2. Contração de Volume
Proveta de 10 mL
Etanol comercial
Água destilada
Bastão de Vidro
3.3. Determinação do teor de álcool na gasolina
Solução de cloreto de sódio (10% p/p)
50 mL de gasolina
Proveta de 100 mL
2 Béqueres de 250 mL
Bastão de vidro
PROCEDIMENTOS 
4.1. Crioscopia
Numerou-se os tubos de ensaio de 1 a 3. Ao primeiro tubo de ensaio foi adicionado 3 mL de água destilada, ao segundo adicionou-se 3 mL de solução de cloreto de sódio 5% e ao terceiro 3 mL de solução saturada de cloreto de sódio. Preparou-se um banho de gelo com pedaços de gelo e sal grosso na proporção de 4:1.
	Introduziu-se os três tubos de ensaio nesse banho, de forma que o conteúdo dos tubos ficou submerso. Deixou-se em repouso por cerca de 2 minutos, observou-se, anotou-se e comparou-se os fenômenos que ocorrem em todos os três tubos de ensaio. Repetiu-se a observação a cada 5 minutos até que fosse observada a ordem de congelamento da água nos três tubos.
4.2. Contração de Volume
Adicionou-se 5 mL de etanol comercial a uma proveta de 10 mL e em seguida adicionou-se 5 mL de água destilada. Homogeneizou-se a solução com um bastão de vidro e deixou-se em repouso durante 15 minutos. Depois de decorrido esse período anotou-se o volume obtido.
4.3. Determinação do teor de álcool na gasolina
Adicionou-se 30 mL da solução de cloreto de sódio (10% p/p) a uma proveta de 100 mL. Na mesma proveta adicionou-se 30 mL de gasolina. Agitou-se vigorosamente a mistura aquosa e orgânica com um bastão de vidro. Deixou-se o sistema em repouso até a ocorrência da separação das fases e determinou-se o volume de cada fase.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
5.1. Crioscopia
	A partir do experimento realizado pôde-se observar que o líquido contido no tubo de ensaio 1 foi o primeiro a congelar, depois foi o segundo e em seguida o terceiro. Como no tubo 1 tinha apenas água pura, que tem um ponto de congelamento a 0 ºC na pressão de 1 atm, a mesma congelou primeiro, pois ao tubo 2 e 3 ocorreu o abaixamento crioscópico. Como o abaixamento crioscópico é uma propriedade coligativa, ou seja, depende do número de partículas de soluto presentes na solução e não da natureza do mesmo, então a solução com maior número de partículas de soluto congela em uma menor temperatura como pôde-se observar através da experiência, visto que a solução do tubo 3 é a que possui maior número de partículas de soluto, seguida pela solução do tubo 2, enquanto que no tubo 1 está contido um solvente puro.
5.2. Contração de Volume
	Ao adicionar 5 mL de etanol comercial em 5 mL de água era de se esperar que o volume obtido fosse de 10 mL, mas o valor encontrado foi de 9,9 mL. Houve uma contração de 0,1 mL no volume da mistura. Ao adicionar etanol comercial a água, as moléculas de ambas as substâncias se rearranjaram formando ligações de hidrogênio que estabelece uma interação molecular forte o suficiente para diminuir a distância entre as mesmas, diminuindo assim o volume ocupado por essas substâncias.
5.3. Teor de álcool na gasolina
Ao adicionar gasolina na solução de cloreto de sódio houve a separação da fase aquosa da fase orgânica. A fase aquosa apresentou 37 mL e a orgânica 23 mL, isso ocorreu porque o álcool presente na gasolina foi dissolvido na solução aquosa, uma vez que o álcool tem mais afinidade com a água do que com a gasolina.
Com o objetivo de se determinar o teor de percentual de álcool (T) na amostra de gasolina utilizou-se as seguinte equações:
 (1)
 (2)
Visto que o teor de álcool na gasolina foi 23,3333%, portanto está dentro do limite determinado por lei.
CONCLUSÕES
Através do experimento realizado pôde-se observar uma propriedade coligativa, a crioscopia, no abaixamento crioscópico o ponto de congelamento para soluções com mais partículas de soluto é menor do que as que tem menos partículas o que se verificou através do experimento, visto que a água pura foi a primeira a congelar, seguida pela solução de cloreto de sódio 5% e depois a saturada de cloreto de sódio.
Percebeu-se também que ao misturar etanol comercial com água destilada há uma contração no volume da mistura devido as moléculas de ambas as substâncias interagirem formando pontes de hidrogênio e desse modo há uma diminuição da distância entre as moléculas o que acarreta a redução do volume.
Por meio da experiência verificou-se que oteor percentual álcool na gasolina da amostra analisada, cujo valor corresponde a 23,3333%, se encontra dentro do limite estabelecido por lei que é entre 20% e 24%.
QUESTIONÁRIO
Por que nas regiões polares existem água líquida se a temperatura atmosférica é negativa?
O gelo existente nas regiões polares é formado com água trazida pelas correntes de ar provenientes das regiões quentes e portanto não têm sal. Mas a água do mar contém sal e por isso a mesma tem um ponto de congelamento inferior ao da água doce, sendo preciso temperaturas muito inferiores para congelar uma amostra de água salgada do que aquelas necessárias para congelar uma amostra de água doce.
Por que em países de clima frio a água não congela nos radiadores dos carros?
Porque no radiador é utilizada uma mistura de água e um anticongelante (etilenoglicol). Esta substância em solução com a água diminui a temperatura de congelamento para -37°C. Não se utiliza sal, pois o mesmo poderia reagir com os metais do motor e radiador.
Por que a água pura e a água com sal não solidificam a mesma temperatura?
Porque na água com sal ocorre o abaixamento crioscópico que indica a diminuição do ponto de congelamento da água, provocado pela adição do soluto. Desta forma a água com sal necessita de uma temperatura menor para se solidificar do que a água pura.
Por que não se obtém 10 mL após a mistura entre o álcool e a água destilada?
As moléculas de água interagem-se por pontes de hidrogénio que formam espaços vazios entre as moléculas da água, devido ao fato de se estabelecerem entre o oxigênio e dois hidrogénios. As moléculas de etanol também interagem em menor intensidade através de pontes de hidrogénio. Ao adicionar etanol comercial a água, as moléculas de ambas as substâncias se rearranjam formando ligações de hidrogênio que estabelece uma forte interação que diminuiu a distância entre as mesmas.
Por que o álcool pode ser extraído pela solução aquosa durante a determinação de álcool na gasolina?
A gasolina é uma substância apolar e a água uma substância polar, o álcool tem uma maior afinidade pela água por ser mais polar. Dessa forma o álcool é dissolvido na solução aquosa na mistura entre água e gasolina.
Por que utilizar uma solução aquosa de NaCl e não somente água para determinar o teor de álcool na gasolina?
Porque em uma solução de NaCl a polaridade do solvente é maior do que na água pura, pois na solução de NaCl há a dissociação dos íons Na+ e Cl- o que aumenta a polaridade das moléculas. E a parte polar do álcool formará mais facilmente as pontes de hidrogênio com a água, sendo mais favorável a solução de NaCl do que a água pura.
É possível separar querosene (mistura de hidrocarbonetos, que são substâncias apolares) de uma mistura querosene-gasolina colocando-a em contato com a água ou solução aquosa de NaCl (substância polar)? Por quê?
Não. A mistura entre querosene e gasolina apresenta um sistema homogêneo, pois as duas substâncias tem carácter apolar. Ao adicionar água ou solução aquosa de NaCl, cujo carácter é polar, produzirá um sistema heterogêneo com duas fases, uma aquosa, inferior devido a maior densidade, e outra orgânica, superior composta por querosene e gasolina. Portanto não dá para separar a mistura querosene-gasolina visto que a mesma não se mistura com a água nem com a solução aquosa de NaCl.
REFERÊNCIAS
Crioscopia. Disponível em <http://pt.wikipedia.org/wiki/Crioscopia>, acessado em 28 de novembro de 2014.
SILVA, André Luis da. Crioscopia. Disponível em < http://www.infoescola.com/ quimica/crioscopia/>, acessado em 28 de novembro de 2014.
FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. Por que na mistura de água e álcool o volume diminui?. Disponível em < http://www.alunosonline.com.br/quimica/por-que-na-mistura-agua-alcool-volume-diminui.html>, acessado em 29 de novembro de 2014.
BALLE, Louise. O que acontece quando a água é misturada à gasolina?. Disponível em <http://www.ehow.com.br/acontece-agua-misturada-gasolina-como_73620/>, acessado em 29 de novembro de 2014.
Gasolina. Disponível em < http://pt.wikipedia.org/wiki/Gasolina>, acesso em 29 de novembro de 2014.
Lei rege porcentagem do álcool na gasolina. Disponível em < http://www.senado.gov.br/ noticias/jornal/cidadania/Gasolinaaditivada/not009.htm>, acesso em 29 de novembro de 2014.