Pratica 7 - Diagrama de solubilidade para um sistema ternário de líquidos

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Universidade Federal do Amazonas – UFAM 
Instituto de Ciências Exatas – ICE
Departamento de Química – DQ
7° Relatório de Físico-Química Experimental
Manaus – AM	
 2018		
Universidade Federal do Amazonas – UFAM 
Instituto de Ciências Exatas – ICE
Departamento de Química – DQ
Alunos: Esthefany Guedes Coitim - 21603744
 Evelyn Barreiros Conde de Oliveira - 21553868
 Valéria Luana Silva Costa - 21454742
Data:	07 / 05 /2018
Professor: Dr. Kelson Mota
Diagrama de solubilidade para um sistema ternário de líquidos
Manaus – AM
2018
RESUMO
A curva de solubilidade de um sistema ternário, como é o caso da água, acetato de etila e acetona, foi determinado a partir da titulação da acetona em 12 erlenmeyers com concentrações diferentes da solução composta de acetato de etila e água, com volumes diferentes. Devido a mistura água+acetato de etila ser imiscível, observou-se com a titulação da acetona o sistema torna-se miscível. 
Com esses valores de volumes foi possível calcular a concentração de cada componente do sistema ternário e consequentemente plotar o diagrama de fases do sistema ternário em questão e traçar sua curva de solubilidade.
OBJETIVOS 
Determinar a curva de solubilidade de um sistema ternário constituído de dois líquidos imiscíveis e de um terceiro líquido miscível.
INTRODUÇÃO TEÓRICA 
Sistemas que envolvem três componentes são mais facilmente representados em diagramas ternários, que são representações a duas dimensões de um sistema tridimensional. O modelo proposto por Stokes e Roozebom é interpretado a partir de um prisma de base triangular, sendo a forma mais utilizada, como ilustrado na Figura 1.[1] 
Figura 1. Representação da base de um diagrama ternário de um sistema A-B-C.
Na figura 1, cada aresta do triângulo corresponde a um componente puro, os lados representam sistemas binários formados pelos compostos no qual os vértices são vizinhos (ou seja, formadas por apenas dois dos componentes) e Pontos situados no interior do triângulo representam as composições de sistemas ternários formados por três componentes. A composição dos sistemas ternários é determinada com base na propriedade dos triângulos equiláteros em que a soma dos valores de qualquer reta traçada a partir de um ponto no interior do triângulo perpendicularmente a cada um dos lados, é igual à altura do triângulo no qual ponto P correspondem as frações molares dos componentes presente no sistema [2].
Quando um sistema formado por três componentes em fases líquidas apresenta miscibilidade parcial, forma-se uma lacuna de miscibilidade. A composição das duas fases em equilíbrio varia com a temperatura[3]. Assim, resulta, no diagrama espacial, uma superfície que delimita a região dos sistemas homogêneos e a região dos sistemas heterogêneos, como mostra a figura a seguir:
Figura 2. Representação do diagrama espacial de duas fases em equilíbrio
Agora, os pontos situados no interior da curva representam sistemas heterogêneos (bifásicos) e os pontos situados na parte externa à curva representam sistemas homogêneos (monofásicos). 
Para se calcular a fração molar ou porcentagem relativas de cada fase presente deve-se usar a “Regra da Alavanca” para diagramas ternários. Para encontrar a proporção entre os números de moles de duas fases α e β que estão em equilíbrio é necessário medir a distância entre Iα e Iβ sobre a linha de amarração horizontal, como mostrado na equação abaixo[4].
Onde:
A partir do diagrama ternário baseado em um prisma de base triangular determinar a curva de solubilidade de um sistemas com 3 componentes. 
MATERIAIS E REAGENTES
12 (doze) erlenmeyeres de 125 mL; 
3 (três) buretas de 50,0 mL; 
150 mL água destilada (pisseta);
200 mL de acetato de etila P.A; 
400 mL de cetona P.A.
 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Partindo de diferentes soluções de dois dos componentes completamente miscíveis, adicionou-se um terceiro componente, sob agitação vigorosa, até que o sistema apresentasse uma turvação permanente característica da formação de uma nova fase. Preparou-se doze sistemas binários, em erlenmeyeres, conforme indicado na Tabela 1.
No erlenmeyer 1, colocou-se 3,0 mL de acetato de etila e adicionou-se 22,00 mL de água. Titulou-se com acetona até a mistura torna-se límpida (apresentou-se uma única fase).
Repetiu-se esse procedimento para os demais erlenmeyers, obedecendo-se às quantidades iniciais na Tabela 1.
 RESULTADOS E DISCUSSÕES
Com o preparo das soluções dos líquidos imiscíveis(acetato de etila+água) foi realizada uma titulação com um terceiro líquido miscível(acetona), sendo possívela elaboração da Tabela 1.
Tabela 1. Dados experimentais para determinação da curva de solubilidade em um sistema ternário de líquidos, a 25°C e 1 atm.
Com esses valores foi possível fazer o calculo da concetração % V/V. Utilizou-se a seguinte equação para as substâncias.
A partir das porcentagens das concentrações de cada componente da msitura, foi possível construir um gráfico tricoordenado.
Erlenmeyer 1
Para o primeiro erlenmeyer temos:
O diagrama de solubilidade para o erlenmeyer 1 segue na Figura 3.Figura 3. Diagrama de solubilidade para o sistema ternário de líquidos para o erlenmeyer 1 em % V/V
Erlenmeyer 2
Para o erlenmeyer 2 temos:
O diagrama de solubilidade para o erlenmeyer 2 segue na Figura 4.
Figura 4. Diagrama de solubilidade para o sistema ternário de líquidos para o erlenmeyer 2 em % V/V
Erlenmeyer 3
Para o erlenmeyer 3 temos:
O diagrama de solubilidade para o erlenmeyer 3 segue na Figura 5.
Figura 5. Diagrama de solubilidade para o sistema ternário de líquidos para o erlenmeyer 3 em % V/V
Erlenmeyer 4
Para o erlenmeyer 4 temos:
O diagrama de solubilidade para o erlenmeyer 4 segue na Figura 6.
Figura 6. Diagrama de solubilidade para o sistema ternário de líquidos para o erlenmeyer 4 em % V/V
Erlenmeyer 5
Para o erlenmeyer 5 temos:
O diagrama de solubilidade para o erlenmeyer 5 segue na Figura 7.
Figura 7. Diagrama de solubilidade para o sistema ternário de líquidos para o erlenmeyer 5 em % V/V
Erlenmeyer 6
Para o erlenmeyer 6 temos:
O diagrama de solubilidade para o erlenmeyer 6 segue na Figura 8.
Figura 8. Diagrama de solubilidade para o sistema ternário de líquidos para o erlenmeyer 6 em % V/V
Erlenmeyer 7
Para o erlenmeyer 7 temos:
O diagrama de solubilidade para o erlenmeyer 7 segue na Figura 9.
Figura 9. Diagrama de solubilidade para o sistema ternário de líquidos para o erlenmeyer 7 em % V/V
Erlenmeyer 8
Para o erlenmeyer 8 temos:
O diagrama de solubilidade para o erlenmeyer 8 segue na Figura 10.
Figura 10. Diagrama de solubilidade para o sistema ternário de líquidos para o erlenmeyer 8 em % V/V
Erlenmeyer 9
Para o erlenmeyer 9 temos:
O diagrama de solubilidade para o erlenmeyer 9 segue na Figura 11.
Figura 11. Diagrama de solubilidade para o sistema ternário de líquidos para o erlenmeyer 9 em % V/V
Erlenmeyer 10
Para o erlenmeyer 10 temos:
O diagrama de solubilidade para o erlenmeyer 10 segue na Figura 12.
Figura 12. Diagrama de solubilidade para o sistema ternário de líquidos para o erlenmeyer 10 em % V/V
Erlenmeyer 11
Para o erlenmeyer 11 temos:
O diagrama de solubilidade para o erlenmeyer 11 segue na Figura 13.
Figura 13. Diagrama de solubilidade para o sistema ternário de líquidos para o erlenmeyer 11 em % V/V
Erlenmeyer 12
Para o erlenmeyer 12 temos:
O diagrama de solubilidade para o erlenmeyer 12 segue na Figura 14.
Figura 14. Diagrama de solubilidadepara o sistema ternário de líquidos para o erlenmeyer 12 em % V/V
Na Tabela 2 é possível observar todas as 12 concentrações encontradas.
Tabela 2. Concentrações para determinação da curva de solubilidade de um sistema ternário de líquidos, a 25°C e 1 atm.
Com os valores da tabela acima foi possível plotar o gráfico de solubilidade, conforme a figura 15.
Figura 15. Diagrama de solubilidade para um sistema ternário de líquidos % V/V
A parte do gráfico que se encontra no interior da curva é a região onde se é possível observar duas fases em equilíbrio, uma rica em água, mas que pode conter pequenas quantidades de outros componentes dissolvidos, e uma outra rica em acetato de etila que também contém uma pequena quantidade de outros componentes dissolvidos. Esse comportamento é devido os dois componentes serem parcialmente miscíveis, enquanto que a acetona é completamente miscível em cada um deles. Na região monofásica, acima da linha de solubilidade, é onde os três elementos são completamente miscíveis.
Onde é possível observar uma cruz no gráfico da figura 15 é onde a composição em volume é 20% de acetona e 60% de água.
A variância do sistema é apresentando na Tabela 3.
Tabela 3. Valores estimados para a variância de acordo com as condições do experimento.
Com os valores encontrando experimentalmente também foi possível estimar a massa relativa das fases.(Tabela 4)
Tabela 4. Massa relativa, em grama, das fases presente no sistema, a 25°C e 1 atm.
CONCLUSÃO
Para um sistema ternário de líquidos, à temperatura e pressão constantes, identificou-se a composição do sistema por meio de um diagrama triangular equilátero. A água e acetato de etila são parcialmente miscíveis, quando misturados formam duas fases ao adicionar acetona por meio da técnica de titulação provocou-se uma redistribuição de água e acetato de etila, aumentou a quantidade de uma das fases e a da outra diminuiu, formou-se uma fase homogênea. A partir das concentrações (% V/V) dos componentes da mistura construiu-se um gráfico tricordenado e ligando os pontos obteve-se a curva de solubilidade onde qualquer ponto acima da curva apresenta uma única fase, ou seja, o sistema ternário é completamente miscível e qualquer ponto abaixo da curva apresenta duas fases uma rica em água e a outra em acetato de etila. 
BIBLIOGRAFIA
[1] Gonçalves, M. C. Diagramas de fase ternários. Apostila, 1994.
[2] Reiznautt, Q.B; Girelli, B. FÍSICO-QUÍMICA EXPERIMENTAL: UMA PROPOSTA PARA ABORDAR EQUILÍBRIO DE FASES EM SISTEMAS TERNÁRIOS. Quim. Nova, Vol. 36, No. 9, 1447-1452, 2013. 
[3] ATKINS, P.W., DE PAULA, J. Físico Química: Volume 1. Traduzido por Edilson Clemente da Silva, Márcio José Estillac de Mello Cardoso, Oswaldo Esteves Barcia, 9ª edição. Editora LTC, Rio de Janeiro, 2012, p.177
[4] ATKINS, P.W., JONES, L. Princípios de Química: Questionando a vida moderna e o meio ambiente. Traduzido por Ricardo Bicca de Alencastro. 5ª edição Editora Bookman, 2012, p. 314.