Relatório1_Exp1_DeterminacaoEntalpiaEntropia Final

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA
DISCIPLINA: LABORATÓRIO DE FÍSICO QUÍMICA 
PROF. Lúcia Mascaro
RELATÓRIO 1 – EXPERIMENTO 1
DETERMINAÇÃO DA ENTALPIA E ENTROPIA DE VAPORIZAÇÃO DE LÍQUIDOS PUROS
ALUNOS:
Ahmed  Khodr (RA: 631051)
Ana Paula (RA: 598046)
SÃO CARLOS
2018
1. OBJETIVO
	Esse experimento tem como objetivo determinar, a partir da equação de Clausius-Clapeyron, a entalpia (H) e entropia (S) de vaporização de dois líquidos puros (ciclohexano e hexano). Além disso, verificar a regra de Ramsay-Young, a qual mostra que a razão da temperatura de dois líquidos puros são constantes em diferentes pressões. 
2. MATERIAIS E MÉTODOS
2.1. Materiais
· Bomba de vácuo
· Ciclohexano 
· Hexano 
· Equipamento para medição da pressão de vapor, contendo:
· Condensador 
· Termômetros (um para o líquido outro para o vapor)
· Manômetro de mercúrio 
· Barômetro 
2.2. Métodos
	No início da prática experimental verificou-se o condensador para que o líquido puro fosse reaproveitado quando aquecido. Antes de começar o procedimento, procurou-se entender o funcionamento da bomba de vácuo e a torneira de três vias para que não houvesse falhas que causasse o vazamento do mercúrio do manômetro. 
Posteriormente, ligou-se a bomba de vácuo, com a torneira de três vias na posição fechada. Depois, iniciou-se o procedimento para fazer vácuo, abriu-se lentamente a válvula e fez-se vácuo sobre a amostra do primeiro líquido, o ciclohexano até aproximadamente 50 cm de Hg. 
Assim, com o vácuo estabelecido, acionou-se a manta de aquecimento de forma gradual para evitar um aquecimento brusco que prejudicasse o experimento. Aguardou-se até a amostra entrar em ebulição e a temperatura nos dois termômetros se estabilizasse. Ao atingir esse ponto, anotou-se a temperatura e pressão de vaporização. Esse passo, foi repetido variando-se 15 mm na coluna de mercúrio, através da torneira de três vias, até atingir a pressão atmosférica. 
O procedimento feito para o ciclohexano foi repetido para o hexano. Posteriormente, foi realizada uma segunda prática segundo o mesmo procedimento experimental, na qual novos resultados foram obtidos. Na segunda prática houve um aprimoramento no registro dos pontos experimentais: primeiro marcava-se a altura da coluna de mercúrio, a qual variava mais rápido, para depois marcar a temperatura.
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
3.1. Primeira prática:
A seguir encontram-se os resultados obtidos na primeira prática:
a) Ciclohexano
	Tabela 1 - Valores experimentais (ciclohexano)
	Delta h (cm) [±0,05]
	T (K) [±0,5]
	23,30
	343,0
	18,40
	344,0
	17,20
	343,0
	11,40
	346,0
	7,10
	348,0
	7,10
	350,0
	2,50
	352,0
A partir da diferença de altura da coluna de mercúrio, foi possível determinar a pressão de vapor do líquido para cada temperatura segundo a equação
P = g (1)
sendo P a pressão em Pascal, a densidade do mercúrio em kg/m³, g o valor da gravidade em m/s² e a diferença de altura na coluna de mercúrio, levando-se em conta ainda a pressão atmosférica medida no momento do experimento (685,0 mmHg). Os valores encontrados estão dispostos a seguir.
	Tabela 2: Pressão de vapor e Temperatura de ebulição experimentais (ciclohexano)
	Pvap (Pa) [±0,05]
	T (K) [±0,5]
	60282,30
	343,0
	66817,30
	344,0
	68417,70
	343,0
	76153,10
	346,0
	81887,90
	348,0
	81887,90
	350,0
	88022,80
	352,0
Com os dados de temperatura de ebulição, foi possível determinar teoricamente a pressão de ebulição do líquido, dada a seguir:
lnP(kPa) = A-BT + C (2)
sendo T a temperatura em °C e A, B e C as chamadas constantes de Antoine. Para o Ciclohexano, estas são:
	Tabela 3: Constantes de Antoine (Ciclohexano)
	A
	13,6568
	B
	2.723,44
	C
	220,618
Construiu-se então um gráfico da pressão de vapor do ciclohexano em função da temperatura de ebulição, comparando os valores de pressão de vapor teóricos e experimentais. 
Observa-se nos três primeiros pontos uma diferença significativa entre a pressão de vapor teórica e experimental. Isso se deve, principalmente, à grande dificuldade dos experimentadores em observar o início da ebulição do ciclohexano e à ebulição brusca que o mesmo sofreu, dificultando uma boa coleta dos pontos experimentais. Além disso, vemos que o ajuste exponencial para a curva dos pontos experimentais apresenta um valor de R² de 0,8313, que, apesar de distar relativamente do ideal, é esperado principalmente pela discrepância observada nos primeiros pontos.
Equações para determinar a variação de entalpia a partir do coeficiente angular da reta: 
 (3)
 (3.a)
Equações para determinar a variação de entropia a partir do coeficiente angular da reta: 
 (4)
 (4.a)
Segundo as equações acima, construiu-se os gráficos de ln(pv) por 1/T e de ln(pv) por ln(T) para encontrar, respectivamente, os valores experimentais de entalpia e entropia do ciclohexano, a partir do coeficiente angular dos gráficos apresentados. Os seguintes gráficos foram obtidos:
Com o coeficiente angular dos gráficos, obteve-se o valor de experimental de -36055,32 J/mol e de 103,76 J/mol.K. Os valores teóricos de entalpia e entropia de vaporização são, respectivamente, de -33977 J/mol e 96,21 J/mol.K. Com esses valores, calculou-se o desvio entre os valores experimentais e teóricos de entalpia (6%) e entropia (8%) para o ciclohexano. 
Os desvios obtidos são relativamente pequenos, e observando os gráficos vemos que, para um ajuste linear, o valor de R² é de 0,8325. Novamente, esse resultado é esperado devido à dificuldade da coleta nos primeiros pontos.
b) Hexano
Analogamente, foram coletados os dados experimentais para o hexano, conforme visto a seguir:
	Tabela 4 - Valores experimentais (hexano)
	Delta h (cm) [±0,05]
	T (K) [±0,5]
	47,50
	305,0
	38,50
	313,0
	30,70
	319,0
	25,40
	323,0
	21,20
	326,0
	17,50
	328,0
	12,50
	331,0
	8,50
	333,0
	3,50
	336,0
	A partir da equação (1), obteve-se a pressão de vapor experimental do hexano, como visto a seguir:
	Tabela 5: Pressão de vapor e Temperatura de ebulição experimentais (hexano)
	Pvap (Pa) [±0,05]
	T (K) [±0,5]
	28007,3
	305,0
	40010,4
	313,0
	50413,1
	319,0
	57481,6
	323,0
	63083
	326,0
	68017,6
	328,0
	74686
	331,0
	80020,8
	333,0
	86689,2
	336,0
	Com os dados de temperatura de ebulição, foi possível determinar teoricamente a pressão de ebulição do hexano pela equação (2), sendo as constantes da equação para o hexano dadas por:
	Tabela 6: Constantes de Antoine (hexano)
	A
	13,8193
	B
	2.696,04
	C
	224,317
Foi possível então traçar um gráfico da pressão de vapor do hexano em função da temperatura de ebulição, comparando os valores de pressão de vapor teóricos e experimentais.
Observa-se que o ajuste exponencial dos dados experimentais foi muito mais satisfatório quando comparado ao ciclohexano. Isso porque não foram encontradas dificuldades na identificação do início da vaporização do líquido, sendo esta mais gradual, o que consequentemente resultou numa melhor coleta dos pontos experimentais. Além disso, como a prática com o hexano foi realizada após a realização da prática com o ciclohexano, ambos os experimentadores estavam mais familiarizados com o aparato experimental e com a dinâmica da prática, contribuindo também para a melhoria da coleta dos pontos experimentais.
Também pode-se observar que os valores de pressão de vapor teórico e experimental são muito semelhantes, o que pode ser atribuído aos mesmos fatores discutidos acima.
Construiu-se então os gráficos de ln(pv) por 1/T e de ln(pv) por ln(T), apresentados a seguir:
Observando os gráficos obtidos vemos que os valores de R² de ambos são muito próximos de 1, indicando um bom ajuste dos dados experimentais ao modelo obtido a partir das Equações (3) e (4) de Clausius-Clapeyron. Com os coeficientes angulares dos gráficos, obteve-se um valor de de -31453,52 J/mol, enquanto o teórico é de -37647 J/mol, resultando num desvio de 16%, e de 99,020 J/mol.K, sendo o teórico de 96,21 J/mol.K, obtendoum desvio de 3%.
4.2. Segunda prática:
A seguir encontram-se os resultados obtidos na segunda prática:
a) Ciclohexano
Análogo a primeira prática, coletou-se os dados de altura manométrica e converteu-se para Pascal a pressão de vaporização. Os dados experimentais estão resumidos na Tabela 7. 
	Tabela 7 - Valores experimentais (ciclohexano)
	Delta h (cm) [±0,05]
	Pvap (Pa) [±0,05]
	T (K) [±0,5]
	55,50
	17337,80
	308,0
	49,00
	26006,70
	316,0
	41,80
	35609,20
	325,0
	37,50
	41344,10
	330,0
	30,50
	50679,80
	333,0
	22,00
	62016,10
	340,0
	15,00
	71351,80
	344,0
	9,50
	78687,10
	348,0
	5,00
	84688,60
	350,0
Na primeira prática, o R2 encontrado foi de 0,83 e os pontos experimentais estavam destoando um pouco do teórico. Na segunda prática o ajuste de R2 foi de 0,99 e os pontos experimentais convergiram para os teóricos, evidenciando que o modelo utilizado e método experimental são válidos e que as divergentes são causadas principalmente por conta da inexperiência dos envolvidos. 
	Tabela 8: Determinação ∆Hvap
	 
	Prática 1
	Prática 2
	R²
	0,8337
	0,997
	∆H exp
	-36055,3238
	-33014,894
	∆H teórico
	-33977
	-33977
	Desvio
	6%
	3%
Nota-se que na segunda prática, devido a experiência adiquirida pelos experimentadores, o desvio diminui ainda mais. 
	Tabela 9: Determinação ∆Svap
	 
	Prática 1
	Prática 2
	R²
	0,8325
	0,9958
	∆S exp
	103,75872
	100,47469
	∆S teorico
	96,21124
	96,21124
	Desvio
	8%
	4%
b) Hexano
Analogamente, foram coletados os dados experimentais para o hexano, conforme visto a seguir:
	Tabela 10 - Valores experimentais (hexano)
	Delta h (cm) [±0,05]
	Pvap (Pa) [±0,05]
	T (K) [±0,5]
	33,1
	47212,2
	314,65
	24,5
	58681,9
	320,65
	20
	64683,4
	323,65
	15
	71351,8
	326,65
	5,2
	84421,9
	328,65
	7,7
	81087,7
	330,65
	4
	86022,3
	332,15
	1,4
	89489,9
	334,65
	De maneira análoga a primeira prática, plotou-se um gráfico da pressão de vapor do hexano em função da temperatura de ebulição, comparando os valores de pressão de vapor teóricos e experimentais.
Nota-se que os valores experimentais e teóricos divergiram de maneira razoável, piorando da primeira para segunda prática. Isso pode ser explicado pela dificuldade do experimentador com esse líquido, ao realizar a prática sozinho. Os valores de pressão variavam rapidamente e isso pode ter sido a fonte de erro.
	Tabela 11: Determinação ∆Hvap
	 
	Prática 1
	Prática 2
	R²
	0,8337
	0,997
	∆H exp
	-31453,5248
	-30735,1952
	∆H teórico
	-37647
	-37646
	Desvio
	16%
	18%
	Tabela 12: Determinação ∆Svap
	 
	Prática 1
	Prática 2
	R²
	0,8337
	0,997
	∆S exp
	99,020
	95,030
	∆S teórico
	96,211
	97,211
	Desvio
	3%
	2%
	
Nota-se uma pequena discrepância nos valores da primeira prática comparada a segunda, porém o desvio da variação de entalpia continua elevado. As fontes de divergência pode ser ter sido ocasionada por conta da rápida variação na altura da coluna de mercúrio na medição, demora na leitura, elevação da temperatura de maneira brusca em alguns pontos. 
Para verificar a regra de Ransay Young utilizou-se a equação de Antoine, com as respectivas constantes de Antoine de cada líquido. Assim montou-se a tabela a seguir. Assim, verificou-se que a regra de Ransay Young é satisfeita, ou seja, a proporção de temperaturas é a mesma em diferentes pressões.
	Tabela13: Verificação Ransay Young (Prática 1)
	Pvap(kPa)
	T Ciclohexano (K)
	T hexano (K)
	Ta/Tb
	60
	337,338
	326,062
	1,03
	60,5
	337,585
	326,299
	1,03
	70
	342,004
	330,527
	1,03
	70,5
	342,223
	330,737
	1,03
	80
	346,172
	334,513
	1,03
	80,5
	346,369
	334,702
	1,03
4. Conclusão 
Os valores de entalpia e entropia de vaporização na primeira prática foram de -31453,52 J/mol (desvio de 16%) e 99,020 J/mol.K (desvio de 3%) respectivamente. Já na segunda prática a entalpia e entropia de vaporização foram de -30735,1952 J/mol (desvio de 18%) e 95,030 J/mol.K (desvio de 2%) respectivamente. Ambas as práticas com valores elevados de R2, que confirmam um bom ajuste dos dados experimentais.
Pode-se concluir que o experimento realizado, com seus respectivos métodos, é satisfatório devido a aproximação dos valores experimentais aos teóricos, principalmente quando repetiu-se a prática novamente. Além disso, a regra de Ransay Young foi satisfeita, com uma proporção constante de 1,03. 
5. Referencias Bibliográficas 
[1] ATKINS, P.W.; DE PAULA, J. Físico-Química. 9 ed., Vol.1, Rio de Janeiro: LTC/Gen -
Livros Técnicos e Científicos Editora S.A., 2012.
[2] SILVA, R. R. da; BOCCHI, N.; ROCHA-FILHO, R. C.; MACHADO, P. F. L.
Introdução à Química Experimental. São Carlos: EdUFSCar, 2014.
[3] LEVINE, I. N. Físico-Química. 6 ed., Vol. 1, Rio de Janeiro: LTC/Gen - Livros Técnicos
e Científicos Editora S.A., 2012.