Físico quimica EXperimental CRIOSCOPIA

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
BACHARELADO EM QUÍMICA
DISCIPLINA: FÍSICO-QUÍMICA EXPERIMENTAL I
DOCENTE: PROF. DR. AILTON JOSÉ TEREZO
PARTE III–EQUILÍBRIO:
DETERMINAÇÃO EXPERIMENTAL DA MASSA MOLAR VIA CRIOSCOPIA
DISCENTES: CAUANE OLIVO
JOTSON CARVALHO DE CAMPOS
MÁRCIA CRISTINA DOS SANTOS
TAIRINE FERNANDA DA SILVA MAGALHÃES
CUIABÁ - MT
 06 DE SETEMBRO DE 2018
INTRODUÇÃO
A presença do soluto numa solução contribui para o aumento entropia do líquido, mesmo numa solução ideal. Com o aumento da entropia da solução (com adição do soluto), a tendência à formação do gás é reduzida dessa forma, sua presença contribui para a diminuição da pressão de vapor, aumento na temperatura de ebulição e a menor temperatura de congelamento.
Em Algumas soluções sabemos que a presença do soluto pode afetar a propriedade física do solvente. As propriedades coligativas ou efeitos coligativos explicam as alterações que acontecem quando um liquido puro a partir do momento que é acrescentado um soluto que não é volátil. As alterações dependem da quantidade de soluto e não da sua natureza. Existem quatro tipos de efeitos coligativos:
Abaixamento da pressão de vapor
Aumento do ponto de ebulição
Abaixamento do ponto de congelamento
Osmose
Abaixamento da pressão de vapor ou efeito Tonoscopio:
	Quando se dissolve um soluto não volátil em liquido a pressão de vapor diminui, isto ocorre devido a redução da habilidade das moléculas da superfície do solvente escaparem que ocorre devido ao acréscimo do soluto. 
 Gráfico 1: efeito tonoscópio
Aumento do ponto de ebulição ou efeito Ebulioscopico
	Este efeito coligativo quando se dissolve o soluto não volátil, observa-se um aumento na temperatura de ebulição, isso implica que a curva do ponto triplo crítico é reduzido, esse é um fato consequência do abaixamento da pressão máxima do vapor.
Gráfico 2: efeito ebulioscópio
Osmose ou osmometria
 As leis de osmometria é determinada experimentalmente por Van´tHoff. Ele comprovou que soluções diluídas de soluções não iônicas a pressão osmótica independe do soluto e obedecem duas leis, primeira em temperatura constante a pressão osmótica e diretamente proporcional a molaridade, segunda em molaridade constante a pressão osmótica é diretamente proporcional a temperatura absoluta da solução.
Abaixamento do ponto de congelamento ou efeito criscometrico
O abaixamento crioscópico ocorre adição de um soluto não volátil em um solvente puro, provocando assim uma diminuição do ponto de congelamento da solução em relação a temperatura do solvente, sendo interligada com o ponto de solidificação das substâncias.
Este efeito pode ser fundamentado pela Lei de Raoullt “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.”, adicionando um soluto não volátil a um solvente as partículas deste soluto irão dificultar a cristalização do solvente, dando origem a propriedade descrita.
Equação1 Potencial químico
O lado esquerdo da equação 1 representa o potencial químico do solvente (A) na solução enquanto que o lado direito representa o potencial químico do sólido puro. O asterisco e aA indicam as espécies puras e a atividade do solvente na solução, respectivamente.A diferença de potenciais químicos que aparece nessa equação (entre o líquido e o sólido), como se refere às espécies puras, identifica-se com a energia de Gibbs de fusão do solvente.
Equação2 Determinação experimental da massa molar do soluto
Sendo que MB é a massa molar do soluto, mB é quantidade de soluto não-eletrolítico em certa quantidade de solvente (mA), ΔTf é o abaixamento crioscópico e o Kc é a constante crioscópica, obtida apartir da equação 3[3].
Equação 3Determinação da constante crioscópica
Os termos da equação 3 é referente ao solvente puro: temperatura de fusão, massa molar e calor de fusão na temperatura de fusão e à constante universal dos gases.
Neste relatório é realizada a determinação da massa molar de substâncias através da queda do ponto de fusão de um solvente, por adição de um soluto, ou seja, analisaremos o abaixamento crioscópico.
Gráfico 3: efeito crioscópico
As quatro propriedades coligativas têm em comum a diminuição do potencial químico do solvente no estado líquido em presença de um soluto, onde o equilíbrio com a fase vapor (para solutos não-voláteis) ou com a fase sólida seja estabelecido em temperaturas diferentes, a uma dada pressão, ou a pressões diferentes a uma dada temperatura
Equação 4 Variação da temperatura de congelamento
Onde 𝛥Tf é a variação da diminuição do ponto de congelamento, Kc é a constante crioscópica. Ao se saber o valor da constante crioscopica, o abaixamento crioscópico pode ser utilizado para medir a massa molar do soluto através da técnica chamada crioscopia
Objetivos
Determinar a massa molar de solutos por crioscopia utilizando como solvente álcool terc-butílico.
PARTE EXPERIMENTAL
Materiais e Reagentes
12
Agitador (fio de cobre).
Béquer 500 mL;
Tubos de ensaio;
Estante para tubos de ensaio;
Água destilada;
Cubos de gelo;
Termômetro;
Pipetas volumétrica de 5 mL 
Pipeta graduada de 0,2 mL
Álcool terc-butílico;
Soluções desconhecidas.
Bico de Bunsen
Procedimento experimental
Primeiramente, adicionou-se água de torneira em um béquer e gelo conforme a figura 1 e montou-se o sistema em seguida. Adicionou-se 5 ml do solvente terc-butílico em quatros tubos de ensaio (1,2,3 e 4). Em seguida, mergulhou-se o tubo 1 com o termômetro no banho de gelo e com o auxílio de um fio de cobre, agitou-se a solução no decorrer do experimento, até observar o início do congelamento do álcool. Ao atingir o ponto de fusão, verificou-se a temperatura com auxílio de um termômetro fez-se o registro. Em seguida retirou o tubo e aquece-o no banho quente levemente para descongelar o solvente. O procedimento foi repetido até que se obteve um valor confiável de temperatura de fusão do solvente puro.
Depois de feito isso, acrescentou-se ao tubo contendo 5 ml de álcool terc-butílico, 0,200 mL do soluto 1, e repetiu-se o procedimento descrito anteriormente para fazer a determinação da nova temperatura de fusão da solução. O tubo, o fio de cobre e o termômetro foram lavados e secados com cautela. Posteriormente efetuou-se o mesmo procedimento para o soluto 2, 3 por fim o 4. Utilizou-se o mesmo termômetro para aferir a temperatura do solvente puro e do solvente com soluto.
Através dos valores obtidos das temperaturas de congelamento pode-se realizar os cálculos da massa molar experimental dos solutos, e as fórmulas mínima e molecular, bem como o erro da massa molar experimental calculada.
Figura 1 Sistema utilizado na determinação do ponto de congelamento.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Algumas das vantagens do terc-butanol (álcool terc-butílico ou 2-metil-2-propanol) como solvente em medidas de crioscopia são: (i) facilidade de purificação; (ii) facilidade de acesso; (iii) relativamente barat; (iv) temperatura de fusão de 298,3 K (25,1°C) ou seja, basta o calor da mão para fundi-lo e banho de água fria para congelá-lo; (v) baixa massa molar (74,12 g/mol); (vi) constante crioscópica (8,3 K.kg/mol) quatro vezes maior que a da água; (vii) baixa toxicidade e; (viii) solubilidade com uma grande variedade de compostos[]. A densidade do terc-butanol é de 0,7809 g/cm3.[2: ]
	Na tabela 1, são apresentadas as temperaturas de congelamento observadas para a o terc-butanol puro e quando adicionados os solutos desconhecidos de 1 a 4.
Tabela 1 Temperaturas de congelamento observadas para a o terc-butanol puro e quando adicionados os solutos desconhecidos de 1 a 4.
	Solutos
	Tc,butanol/ °C
	Tc, butanol+soluto/ °C
	∆Tc (K)
	1
	24
	20
	4
	2
	24
	14
	10
	3
	24
	18
	6
	4
	24
	20
	4
Na tabela 2 são fornecidas informações dos solutos para utilização nos cálculos. A partir das porcentagens de cada soluto é possível calcular a fórmula mínima dividindo-se a porcentagem pela massa atômica do devido elemento e fazendo os arranjos matemáticos necessários para se obter o menor número inteiro possível.
Tabela 2 Dados de análise elementar (percentual) e densidade de solutos a 20,0°C
	Solutos
	%C
	%H
	%O
	%Cl
	(g/cm3)
	Fórmula Mínima
	Massa Molar (g/mol)
	1
	7,81
	-
	-
	92,19
	1,594
	CCl4
	153,81
	2
	52,13
	13,15
	34,72
	-
	0,789
	C2H6O
	46,07
	3
	10,06
	0,85
	-
	89,09
	1,483
	HCCl3
	119,37
	4
	91,23
	8,77
	-
	-
	0,867
	C7H8
	92,15
Com a fórmula mínima e os dados de densidade, os solutos de 1 a 4 são: tetracloreto de carbono, etanol, clorofórmio e tolueno, respectivamente. Cujas fórmulas estruturais são mostradas na figura 2. 
Figura 2 Fórmula estrutural dos solutos 1-4
Utilizando-se a equação 2 e os dados das tabelas 1 e 2, pode-se determinar a massa molar experimental de cada soluto, cujos resultados são apresentados na tabela 3.
	Para soluto 1,
Fez-se o mesmo cálculo para os solutos 2,3 e 4.
Tabela 3 Resultados de massa molar obtidos por crioscopia e erro experimental
	Solutos
	Massa molar Experimental (g/mol)
	Massa molar teórica
(g/mol)
	Erro massa molar (%)
	1
	169,42
	153,81
	9,21
	2
	33,54
	46,07
	-27,19
	3
	105,08
	119,37
	-11,97
	4
	92,15
	92,15
	0
% erro = 
Equação 5 Determinação do erro percentual
Com base nos dados da tabela 3, pode-se citar como fonte de erro primeiramente o fato das soluções não terem sido purificadas antes do uso, logo o grau de contaminação destas por água deve ser considerado, principalmente na solução de terc-butanol, onde a presença de água interfere na constante crioscópica, e como o Kc da solução não foi determinado, essa pode ser a maior fonte dos erros. 
	Outro fato a ser considerado também é que para analisar a o fenômeno de crioscopia devem ser adicionados solutos não voláteis, porém, os solutos utilizados apresentam certa volatilidade, sendo assim essa também pode ser uma das fontes dos erros. 
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Concluiu-se que a determinação da massa molar das substâncias através da crioscopia é um procedimento relativamente simples. Os erros encontrados foram bem altos quando comparados aos dados citados no artigo indicado, no entanto é compreensível tais valores uma vez que pode ter ocorrido o aquecimento dos tubos através da temperatura das mãos dos discentes. 
Foi possível calcular a massa molecular de um soluto através do abaixamento da temperatura de fusão de um solvente com a adição de um soluto e então, foi possível calcular a massa molecular dos solutos analisados.
Apesar dos erros apresentados, os resultados podem ser considerados satisfatórios, pois foi possível determinar os solutos em questão. Mesmo utilizando um método simples, que demanda pouco tempo e materiais, a determinação da massa molar do soluto via crioscopia ainda se mostra eficaz.
REFERÊNCIAS
ATKINS, P; DE PAULA, J; Físico-Química, vol. 1, 8°, ed. LTC, Rio de Janeiro, 2008.
BROWN, Theodore; LEMAY, H. Eugene; BURSTEN, Bruce E. Química: a ciência central. 9 ed. Prentice-Hall, 2005.
SANTOS, A. R. et al. Determinação da massa molar por crioscopia: Terc-butanol, um solvente extremamente adequado. Química Nova, v. 25, n. 5, p. 844-848, 2002.