Pratica 8 - Miscibilidade parcial

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Universidade Federal do Amazonas – UFAM 
Instituto de Ciências Exatas – ICE
Departamento de Química – DQ
8° 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
 Thiago da Silva e Damasceno - 21457308
 	 Valéria Luana Silva Costa - 21454742
Data:	14 / 05 /2018
Professor: Dr. Kelson Mota
Miscibilidade parcial
Manaus – AM
2018
RESUMO
Preparando-se soluções de Fenol P.A e água, mediu-se a temperatura de miscibilidade de cada mistura. Com os valores obtidos elaborou-se um gráfico temperatura x composição para o sistema fenol-água usando os valores determinados experimentalmente, encontrando-se o comportamento da miscibilidade. Foi possível determinar a temperatura consoluta ou temperatura crítica de solubilidade de acordo com o valor fornecido pela literatura.
OBJETIVOS 
Traças o diagrama de equilíbrio para o sistema binário constituído por duas substâncias parcialmente miscíveis e determinar a temperatura consoluta.
INTRODUÇÃO TEÓRICA 
A mistura de substâncias possibilita a formação de sistemas que podem ser classificados em homogêneos e heterogêneos, os quais dependem diretamente das interações entre as moléculas. Além disso, a composição das substâncias, a pressão do ambiente e a temperatura do meio reacional afetam as características da reação assim como a solubilidade de dois líquidos, de forma parcial ou total.[1]
Dá-se o nome de solubilidade à capacidade que uma substância tem de se dissolver em outra em determinada condição térmica, assim como quantidade de solvente empregada. Para os líquidos, aplica-se o termo miscibilidade, a qual consiste na capacidade que um líquido tem de se misturar, formando então um sistema homogêneo. Devido a essas características, pode se considerar a miscibilidade como uma propriedade que se refere a ambos os líquidos componentes do sistema. [2]
As soluções consideradas reais possuem propriedades e características diferentes, pois ocorrem variações de entalpia, de volume na mistura dos líquidos, assim como alterações nos valores da entropia das moléculas, uma vez que essas tem tendência a se aglomerarem e posteriormente se dispersarem de forma aleatória. A separação entre os líquidos é considerada espontânea se a variação de entalpia do sistema for positiva, assim como se a variação da entropia, relacionada a reorganização das moléculas, for desfavorável. Dessa forma, a energia de Gibbs do sistema é considerada positiva, e com isso, os líquidos considerados parcialmente miscíveis, ou seja, são solúveis entre si para uma determinada faixa de composições. [2]
Um sistema de líquidos binários bifásico possui uma baixa solubilidade a temperatura ambiente, porém, ao serem submetidos ao aquecimento, até alcançarem a temperatura crítica, ou temperatura consoluta, a qual é caracterizada pela composição das substâncias, podendo ser solubilizada a uma temperatura acima ou abaixo da consoluta. Com isso verifica-se a relação entre a temperatura e a composição das moléculas.
As substâncias possuem características que as tornam parcialmente solúveis ou insolúveis em determinados solventes. Há casos em que pode se verificar grandes desvios em relação à Lei de Raoult, as quais conduzem à miscibilidade incompleta de um liquido em outro. Nesses casos, tais líquidos não se solubilizam em todas as proporções utilizadas, porém, há alterações no meio reacional que favorece a formação de um sistema totalmente solúvel. Dessa forma, a adição de um determinado líquido a uma temperatura, em outro, pode ter a sua solubilidade afetada, tornando um sistema, inicialmente bifásico, em apenas uma fase. Porém, caso haja um excesso da adição de um dos componentes, o sistema torna-se novamente bifásico, necessitando então novamente de alterações na temperatura, para transformar o sistema saturado e bifásico em monofásico. Caso a máxima proporção entre dois líquidos seja atingida, não necessitaria de um aumento da temperatura, uma vez que a utilização do solvente seria suficiente para a completa dissolução. [3]
A figura seguinte representa a curva de equilíbrio para um sistema fenol + água, considerando a composição molar de um sistema composto por esses dois líquidos parcialmente miscíveis, apresentando a temperatura consoluta (65,85°C).
Fonte: CASTELLAN, G.W. Fundamentos de Físico-Química. Rio de Janeiro, RJ. Editora LTC, 1986, p. 343
Figura 1. Curva de equilíbrio para líquidos parcialmente miscíveis, demonstrando o número de fases e a miscibilidade do sistema em função da temperatura e da composição.
MATERIAIS E REAGENTES
Agitador magnético;
Equipamento de banho-maria;
Garra;
Pisseta;
Suporte universal;
Termômetro; 
Fenol P.A;
Água destilada.
 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Partindo de misturas bifásicas, de composição conhecida, aqueceu-se as mesmas para determinar a temperatura em que o sistema se torna monofásico.
Preparou-se uma mistura de 10 g de fenol e 6 mL de água no tubo de vidro interno do equipamento, acrescentou-se o fenol e somente depois a água, lavando a parede do frasco;
Colocou-se junto um agitador magnético;
Aqueceu-se o sistema em banho-maria, sob agitação, observando-se a temperatura em que a solução se torna monofásica;
Retirou-se o conjunto do banho-maria quente e deixou-se esfriar, sob agitação, anotou-se a temperatura em que o sistema tornou-se bifásico;
Fez-se determinações análogas adicionando-se 3,5,6,7,8,12,15 e 18 mL de água ao sistema, sem abri-lo. 
 RESULTADOS E DISCUSSÕES
Partindo-se de um sistema bifásico constituído por uma mistura de líquidos parcialmente miscíveis de fenol e água, determinou-se a temperatura no qual esta mistura bifásica tornava-se monofásica em diversas promoções a medida que aumentava-se a quantidade de água no sistema. Dessa forma, com os dados experimentais e com o auxílio das formulas a seguir, permitiu-se calcular o número de mols, assim como determinar a fração molar de cada componente no sistema.
Número de mols
Número de moles total 
Fração molar 
Onde: 
n= número de mols				m= massa 
MM= massa molecular			nt= número de moles total
na= n° de moles do componente A	nb= n° de moles do componente B
x= fração molar
Como descrito no procedimento experimental, utilizou-se cerca de 10 gramas de fenol, sendo então uma quantidade fixa para todas as adições. Dessa forma, pode-se calcular o número de mols de fenol existente em solução da seguinte forma:
Ao sistema adicionou-se por 9 vezes diferentes quantidades de água, para verificar o potencial de solubilidade do sistema fenol + água, permitindo-se calcular para cada caso a fração molar de ambos os componentes encontrado no sistema, assim como a sua temperatura de solubilidade, a qual foi observada tanto na reação de ida, quanto na de volta. Observa-se que se considerou como a densidade da água equivalente a 1g/cm³
1ª adição: + 6mL
Na primeira adição de água ao sistema, foi-se adicionado uma quantidade de 6 mL de água ao sistema que continha apenas fenol, permitindo-se obter os seguintes valores, além da verificação da temperatura para a completa dissolução 
 
2ª adição: + 3mL
Com a adição de 3 mL de água a solução inicial, temos ainda a mesma quantidade de fenol em solução, aumentando assim a proporção de água, contabilizando 9 mL de água existente no sistema. Dessa forma, temos que
 
3ª adição: + 5mL
Ao adicionarmos ainda 5mL de água ao sistema binário em questão, teremos um aumento na proporção de água, totalizando assim os 14 mL (ou gramas) de água. Sabe-se que a quantidade de fenol inicialmente permanece inalterada, logo, temos que:4ª adição: + 6mL
A adição de mais 6 mL de água ao sistema binário em questão, eleva para 20mL (ou 20 g) a quantidade de água total no sistema, permitindo a obtenção e determinação dos seguintes valores: 
 
5ª adição: + 7mL
A adição de mais 7 mL de água ao sistema em questão, eleva para 27mL (ou 27 g) a quantidade de água total, permitindo a obtenção e determinação dos seguintes valores: 
 
6ª adição: + 8mL
A adição de mais 8 mL de água ao sistema em questão, eleva para 35mL (ou 35 g) a quantidade de água total, permitindo a obtenção e determinação dos seguintes valores: 
 
7ª adição: + 12mL
A adição de mais 12 mL de água ao sistema em questão, eleva para 47mL (ou 47 g) a quantidade de água total, permitindo a obtenção e determinação dos seguintes valores: 
 
8ª adição: + 15mL
A adição de mais 15 mL de água ao sistema em questão, eleva para 62mL (ou 62 g) a quantidade de água total, permitindo a obtenção e determinação dos seguintes valores: 
 
9ª adição: + 18 mL
A adição de mais 18 mL de água ao sistema em questão, eleva para 80mL (ou 80 g) a quantidade de água total, permitindo a obtenção e determinação dos seguintes valores: 
 
Os valores calculados anteriormente foram descritos na Tabela 1, assim como as suas devidas temperaturas de solubilidade, verificadas no decorrer do experimento:
Tabela 1. Quantidades de fenol e água usadas para a determinação da miscibilidade através da temperatura do sistema binário em questão
	Volume H₂O
	massa H₂O
	n° mols H₂O
	n° mols total
	Fenol
(Xfenol)
	H₂O
(xágua)
	Temperatura solubilidade
	6
9
	6
	0,33305061
	0,439309244
	0,241876617
	0,758123383
	34
	
	9
	0,499575916
	0,605834549
	0,175392166
	0,824607834
	52
	14
	14
	0,777118091
	0,883376724
	0,120286884
	0,879713116
	61
67
	20
27
	20
	1,110168701
	1,216427335
	0,087353046
	0,912646954
	
	
	27
	1,498727747
	1,60498638
	0,066205318
	0,933794682
	71
	35
47
	35
	1,942795227
	2,049053861
	0,051857414
	0,948142586
	68
64
	
	47
	2,608896448
	2,715155081
	0,039135383
	0,960864617
	
	62
80
	62
	3,441522974
	3,547781607
	0,029950726
0,023369296
	0,970049274
	58
	
	80
	4,440674805
	4,546933438
	
	0,976630704
	56
Através dos valores calculados obtidos pelo sistema binário constituído por fenol e águam verificamos a plotagem do gráfico relacionando a temperatura em função da composição de fenol + água, como ilustrado nas Figuras 2 e 3 observadas a seguir: 
Figura 2. Diagrama de miscibilidade para o sistema de fenol/água, considerando a fração molar do componente H2O
Figura 3. Diagrama de miscibilidade para o sistema de fenol/água, considerando a fração molar do componente Fenol
A partir dos gráficos obtidos do sistema de fenol- água nota-se que abaixo da linha de equilibrio o sistema é formado por duas fases (P=2) e acima da linha de equilíbrio o sistema é formado por uma única fase (P=1), ou seja, os líquidos são totalmente miscíveis. 
Nota-se que a composição da solução binária bifásica de fenol e água varia de acordo com a temperatura, observando-se que a elevação na temperatura aumentou a solubilidade mútua das substâncias. Entretanto, atingiu-se uma temperatura onde a quantidade de água dissolve toda a quantidade de fenol, de modo que os dois componentes se tornassem miscíveis a qualquer proporção. A esse valor, dá-se o nome de temperatura consoluta, a qual, foi obtida experimentalmente atingindo um valor de Tc = 71°C
De acordo com a literatura (CASTELLAN, 1986), a temperatura consoluta para o sistema binário composto entre Fenol e água corresponde a 65,85°C. Dessa forma, pode-se calcular a discrepância do experimento, assim como o provável erro experimental, como observado a seguir:
Com isso observamos que o sistema constituído por fenol e água obteve uma temperatura consoluta experimental de 71°C, o que corresponde a um erro de 7,82% em relação a temperatura descrita na literatura [4], podendo verificar-se que o método experimental é confiável para tal determinação.
Questão	
Seja 100 g de mistura contendo 30% em massa de fenol na temperatura de 50º C. Localizem no seu diagrama os pontos representativos dessa mistura e das fases conjugadas. Determine a composição e a massa das fases conjugadas.
Massa de fenol = 30 gramas 			 Massa de água 70 gramas
 
Figura 4. Valor desejado no diagrama de miscibilidade para o sistema de fenol/água, considerando a fração molar do componente H2O
Figura 5. Valor desejado no diagrama de miscibilidade para o sistema de fenol/água, considerando a fração molar do componente Fenol
Os pontos representativos para a mistura de 100 gramas que continha 30% em massa de fenol a temperatura de 50°C são descritos nas Figuras 4 e 5 mencionadas anteriormente. O valor desejado foi circulado de vermelho. Analisando esse valor, verificou-se que ele se encontra abaixo da linha do equilíbrio, verificando-se que nessa situação, estes são ainda imiscíveis.
CONCLUSÃO
Com o experimento em questão foi possível observar que a composição da solução binária bifásica de fenol e água varia de acordo com a temperatura. Com o aumento dessa temperatura observou-se que houve também um aumento da solubilidade das substâncias. 
Porém, existe um temperatura onde a quantidade de água dissolve toda a quantidade de fenol, de modo que os dois componentes se tornassem miscíveis a qualquer proporção. Essa temperatura é chamada de temperatura crítrica ou temperatura consoluta, a qual, foi obtida experimentalmente atingindo um valor de Tc = 71°C. 
Na literatura, observa-se que a temperatura crítica para o sistema fenol+água é de 65,85°C. Foi calculado o erro envolvendo o experimento obtendo-se o valor de 7,82% do valor encontrado na literatura, podendo comprovar um resultado satisfatório do valor obtido.
BIBLIOGRAFIA
[1] Portal de Química. Misturas. Disponível em: <http://soq.com.br/conteudos/ef/mis-turas/> Acesso em: 20 de maio de 2018.
[2] ATKINS, P; DE PAULA, J. Físico-Química. 7 ed. Editora LTC. Volume 1. Rio de Janeiro, 2003.135p).
[3] CASTELLAN, G.W. Fundamentos de Físico-Química. Rio de Janeiro, RJ. Editora LTC, 1986, p. 527.
[4] CASTELLAN, G.W. Fundamentos de Físico-Química. Rio de Janeiro, RJ. Editora LTC, 1986, p. 343.
[5] ALENCAR, H.A.C., MONTEIRO, E.A.S., MOITA NETO, J.M., SILVA, F.C.M. Diagrama de fases a partir da determinação de pontos de miscibilidade em sistema bifásico fenol-água. 64° Reunião anual da SBPC. São Luís, 2012.