Solubilidade Relatório 2

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO TRIÂNGULO MINEIRO
INSTITUTO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS E EXATAS
CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA
LABORATÓRIO DE OPERAÇÕES UNITÁRIAS B
Ana Carla Argeri
Bruno Camargo
Caroline Santos
Karen Santos
Luíza Provasi
Maria Eduarda Speretta
Solubilidade do ácido benzoico e entalpia de fusão
Uberaba – MG
Abril de 2017
	
	UNIVERSIDADE FEDERAL DO TRIÂNGULO MINEIRO
INSTITUTO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS E EXATAS
CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA
LABORATÓRIO DE OPERAÇÕES UNITÁRIAS B
Ana Carla Argeri
Bruno Camargo
Caroline Santos
Karen Santos
Luíza Provasi
Maria Eduarda Speretta
Solubilidade do ácido benzoico e entalpia de fusão
Relatório apresentado como requisito parcial de avaliação da disciplina Laboratório de operações unitárias B, ministrada pela prof. Dra. KássiaGraciele dos Santos.
Uberaba – MG
Abril de 2017
Introdução
Segundo (Martins R.C,Lopes A. W. e Andrade J.B) “O processo de solubilização de uma substância química resulta da interação entre a espécie que se deseja solubilizar (soluto) e a substância que a dissolve (solvente), e pode ser definida como a quantidade de soluto que dissolve em uma determinada quantidade de solvente, em condições de equilíbrio. Solubilidade é, portanto, um termo quantitativo. É uma propriedade física (molecular) importante que desempenha um papel fundamental no comportamento das substâncias químicas, especialmente dos compostos orgânicos. A solubilidade é de interesse em diversas áreas, por exemplo: materiais, farmacêutica e ambiental. Em particular, na concepção de fármacos, é essencial considerar a solubilidade aquosa, a qual influencia fortemente as propriedades farmacocinéticas, tais como absorção, distribuição, metabolismo e excreção. Além disso, o conhecimento da solubilidade é necessário para a previsão do destino ambiental de contaminantes e poluentes, processos de adsorção no solo e fatores de bioconcentração de agrotóxicos”
A dissolução de um sólido ou de um líquido em outro líquido necessita de energia para romper as atrações existentes entre as moléculas que constituem o soluto, bem como vencer as forças existentes entre as próprias moléculas do solvente. Ou seja, as forças de atração entre as moléculas do soluto e do solvente devem ser intensas o suficiente para compensar o rompimento das forças de atração entre as moléculas do soluto e entre as moléculas do solvente³.
Temos classificações para as soluções em relação à sua solubilidade, sendo: insaturadas, saturadas e supersaturadas.
Através da figura 1, temos como essas classificações se enquadram na curva de solubilidade. 
Figura 1 Curva de solubilidade x temperatura
1.1 Fatores que afetam a solubilidade
Íon comum 
Temperatura
Formação de complexos
pH do meio
Interações moleculares: Geralmente, os compostos apolares ou fracamente polares são solúveis em solventes apolares ou de baixa polaridade, enquanto que compostos de alta polaridade são solúveis em solventes também polares, o que está de acordo com a regra empírica de grande utilidade: “polar dissolve polar, apolar dissolve apolar” ou “o semelhante dissolve o semelhante”.
Temperatura
O efeito a ser analisado neste relatório foi o da temperatura. Geralmente espera-se que a solubilidade da maioria dos solutos sólidos ou líquidos em água varie de forma crescente com o aumento da temperatura, ocorrendo o contrário para gases.
Para a construção das curvas encontrada na Figura 1 temos a seguinte equação para o cálculo do fator de solubilidade: 
Kps = [X+a] . [Y-b] (1)
O Kps está relacionado com os íons liberados pelo eletrólito, sendo importante saber que a molaridade do cátion e do ânion.
Entalpia de fusão
Segundo Bronw, entalpia de fusão é a quantidade de energia necessária para que um mol de uma substância ou de um elemento químico () seja fundido.
O valor da entalpia pode ser calculado através da Equação 2.
 (2)
Onde é o coeficiente de atividade, que indica a proporção no qual as interações entre as moléculas em uma solução desviam da idealidade, sendo α a atividade e x a fração molar. 
(3)
1.3 Ácido benzoico
O ácido benzoico, C6H5COOH, é um composto aromático com estrutura orgânica de ácido carboxílico. Sua produção em larga escala e realizada pela oxidação do tolueno e oxigênio, catalisado por naftalenos de cobalto ou manganês. Como as matérias primas são baratas o processo possui alto rendimento e é considerado ambientalmente correto.
Figura 2 Estrutura química e molecular do ácido benzoico
Na natureza é encontrado em bálsamos e resinas vegetais, como a de benjoeiro, na goma de benjoim, no bálsamo de tolu e no bálsamo do Peru¹.
“Os ácidos carboxílicos, de fórmula R-CO2H, devido à formação das ligações de hidrogênio também quando misturados à água, as solubilidades dos ácidos de cadeia curta em água são altas. Ácidos com até quatro átomos de carbono são miscíveis com a água em qualquer proporção, enquanto que, para os ácidos de cadeia maior, a solubilidade decresce devido ao fato da cadeia carbônica se tornar a parte mais significativa da molécula.”³ Sendo sua reação em água demonstrada abaixo:
C6H5COOH + H2O = H3O + C6H5COO
Observando que a proporção de ácido benzoico e NaOH é de 1:1.
Objetivo
Esta atividade teve por objetivo avaliar a solubilidade do ácido benzoico em diferentes temperaturas e estimar o calor de fusão ().
Metodologia
3.1 Materiais e reagentes
	
Os materiais e reagentes utilizados para esta prática estão listados abaixo:
	Agitador 
Água destilada
	Ácido benzoico
Fenolftaleína
	
Balança analítica
	Hidróxido de sódio 0,1M
	
Banho termostático
	
	
Béquer (30 ml, 200 ml)
	
	
Bureta (25 ml)
	
	
Funil de separação encamisado
	
	
Pêra de sucção
	
	
Proveta (200 ml)
	
	
Pipeta volumétrica 
	
	
Suporte Universal
	
3.2 Procedimento
Primeiramente foram pesadas 2,0 gramas de ácido benzoico na balança analítica com o auxílio da espátula e do béquer e, em seguida, realizou-se o acréscimo de 200 ml de água destilada e asolução foi levada para o funil de separação. No banho magnético foi controlada a temperatura para 40,5 °C e a agitaçãofoi constantedurante 10 minutos.
A solução ficou 10 minutos em repouso e em seguida, foi coletada a primeira amostra de 5ml com a pipeta para que fosse posteriormente titulada. A titulação foi feita com uma solução 0,1 mol/LNaOH e fenolftaleína como indicador do ponto de virada da neutralização do pH; realizadas em triplicata.
Os processos de controle da temperatura, agitação, repouso e coleta da amostra foram refeitos para 45°, 50° e 55° C, sendo as quantidades necessárias de NaOH foram anotadas.
Resultados e discussões
Os dados foram tratados e compilados na Tabela 1 mostrada abaixo.
Tabela 1 Quantidade de NaOH utilizada para a titulação em diferentes temperaturas.
	
	40,5°C
	45°C
	50°C
	55 °C
	
	2,9
	3,6
	3,6
	4,3
	NaOH (ml)
	2,9
	3,5
	3,8
	4,3
	
	3,0
	3,5
	3,8
	4,4
	Média
	2,933
	3,533
	3,733
	4,333
Uma média do volume das triplicadas foi feita para as três temperaturas e anotadas. Sabe-se que a estequiometria da reação é de 1:1; então a partir do volume médio de NaOH gasto pode-se calcular a massa de ácido presente. Assim, foi feito o cálculo da solubilidade do ácido benzoico para todas as temperaturas e compilado abaixo.
Tabela 2 Solubilidade do ácido benzoico nas temperaturas de referência.
	
	40,5°C
	45°C
	50°C
	55 °C
	Solubilidade
	0,720
	0,869
	0,918
	1,0673
Figura 3 – Solubilidade do ácido benzóico
Com os dados referidos na Tabela 1 e na figura 3, podemos analisar que a quantidade de solução de NaOH gasta para titular na temperatura de 40,5ºC foi inferior a quantidade requerida na temperatura de 45ºC, ou seja, a quantidade de ácido benzoico solubilizada era menorna temperatura de 40,5ºC do que na de 45ºC.
Esse fato também acontece com as demais temperaturas, nas quais demandam uma quantidade maior de solução de NaOH para serem tituladas, ou seja, a quantidade de solução de NaOH demonstra claramente que com o aumento de temperatura houve também um aumento na solubilidade do acido benzoico, chegando ao ponto de temperatura de 55ºC na qual foram obtidos os maiores valores para o experimento.
Tabela 3 Fração molar do ácido benzoico nas temperaturas de referência.
	
	40,5°C
	45°C
	50°C
	55 °C
	Fração molar (x)
	0,000235
	0,000259
	0,000284
	0,000309
	Para calcular a entalpia de fusão, foi necessário, primeiramente, calcular as frações molares, encontradas na tabela 3, do ácido em cada solução a partir dos valores encontrados na tabela 2 e, consequentemente, a atividade α em cada temperatura utilizando a equação 3. Utilizando esses valores, foi possível plotar o gráfico, figura 4, onde o coeficiente angular da reta obtida corresponde a , assim foi encontrado .
Figura 4 – Linearização para encontrar o valor da entalpia de fusão
Para o cálculos para obtenção da entalpia de fusão foram considerados os seguintes dados do ácido benzoico: g = 480, d= 1,27g/mL , PM = 122g/mol , Tf= 122,1°C.
Conclusão
Através do experimento realizado, juntamente com os conceitos estudados, foi possível entender a influência da temperatura na solubilidade. Este fato pôde ser notado ao visualizar que com o aumento da quantidade de NaOH, com o acréscimo da temperatura entre 40 e 55 °C, ocorre também um aumento na solubilidade do ácido benzoico. 
Para a realização da estimativa do calor de fusão, foi necessário determinar a fração molar do ácido benzoico para cada temperatura analisada, a fim de se ter o coeficiente de atividade. A partir de algumas considerações e do gráfico linearizado, o valor encontrado para a entalpia de fusão foi de 41072,175 J/mol. Desta forma, pode-se perceber pelo valor da entalpia que essa reação trata-se de uma reação endotérmica (ΔH >0), resultando com a realidade, já que à medida que aumenta a temperatura, a solubilidade do ácido benzoico em NaOH aumenta.
REFERÊNCIAS
[1]Ácidobenzóico,disponívelem:https://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_benzoico. Acessado em 10 de abril de 2017.
[2]Calor de Fusão, disponível em:https://pt.wikipedia.org/wiki/Calor_de_fus%C3%A3o Acessado em 10 de abril de 2017.
[3] Martins, R.C., Lopes A. W. e Andrade J.B. SOLUBILIDADE DAS SUBSTÂNCIAS ORGÂNICAS, Instituto de Química, Universidade Federal da Bahia, Campus Universitário de Ondina, 40170-115 Salvador – BA, Brasil, Disponível em: http://www.scielo.br/pdf/qn/v36n8/v36n8a26.pdf.Acessado em 10 de abril de 2017.
[4] BROWN, Lawrence S.; HOLME, Thomas. Química geral aplicada à engenharia. São Paulo: Cengage Learning
[5] Solubilidade compostos iônicos em água. Disponível em:http://www.ufjf.br/baccan/files/2011/07/Aula-5-PG-_-Volumetria-de-Precipita%C3%A7%C3%A3o-2S-2011-vers%C3%A3o-alunos.pdf. Acessado em 10 de abril de 2017.