Relatório 3 - Determinação do diagrama de equilíbrio de misturas liquidas

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO - UFRJ 
Disciplina: Físico-Química Experimental 
Nomes: Lucas Juwer Moreira e Thiago Ferreira Kerr 
Determinação do diagrama de equilíbrio de misturas liquidas 
de água e fenol 
I) INTRODUÇÃO 
A regra das fases foi deduzida por Gibbs e permite saber o número de parâmetros 
variáveis independentemente (graus de liberdade) em um sistema mantendo seu número de fases. 
É uma relação entre a variância (F), o número de componentes (C) e o número de fases em 
equilíbrio (F) e pode ser vista abaixo: 
𝐹 = 𝐶 − 𝑃 + 2 
A regra das fases permite, portanto, caracterizar o número de graus de liberdade de um 
determinado sistema, sabendo quantos parâmetros podem ser alterados sem que haja alteração 
nas fases em equilíbrio. Nesse relatório, veremos uma aplicação da regra de fases e o estudo de 
diagramas de fases para líquidos parcialmente miscíveis. 
Líquidos parcialmente miscíveis são pares de líquidos que não se solubilizam 
mutuamente em todas as proporções, em todas as temperaturas. Isso significa que em 
determinadas proporções e determinadas temperaturas, esses líquidos se apresentam como uma 
solução bifásica, enquanto em outras condições a solução é monofásica. Por exemplo, se temos 
um par líquidos (A e B), que são parcialmente miscíveis, em uma determinada temperatura T, 
podemos adicionar A em B e obter solução monofásica, até uma concentração C em que a solução 
de A em B se satura e uma nova fase de A (puro) e formada. Conforme aumentamos a solução de 
A proporção de A, passamos a ter uma solução abundante de A que vai solubilizar B e, a partir 
dessa nova concentração (C’) de A na solução, temos novamente uma solução monofásica, desta 
vez de B solubilizado em A. 
Variando a temperatura, podemos alterar também a miscibilidade dos líquidos. Há uma 
temperatura consoluta superior, a temperatura máxima na qual é possível haver separação dos 
líquidos em duas fases. A essa temperatura a energia do movimento térmico é maior que qualquer 
energia potencial que as moléculas de algum dos componentes tenham em permanecer juntas, por 
isso, não há separação entre as fases. Em alguns casos, podemos observar a temperatura consoluta 
inferior, temperatura abaixo da qual os dois componentes são completamente solúveis. Esse 
fenômeno ocorre devido à formação de complexos fracos a baixas temperaturas para esses pares 
de líquidos. 
O conhecimento dos diagramas de fase líquido-líquido para os parcialmente miscíveis é 
importante para o estudo e caracterização do seu processo de destilação, tendo ampla aplicação 
acadêmica e industrial. 
 
II) OBJETIVOS 
● Determinar o diagrama de equilíbrio da mistura liquida de água-fenol; 
● Determinar, com base nos dados experimentais, a temperatura crítica de dissolução ou 
temperatura consoluta superior da mistura liquida água-fenol. 
 
III) DADOS EXPERIMENTAIS 
Após realização de todas as etapas do procedimento, obtiveram-se os seguintes dados 
mostrados na Tabela 1. 
 
 
 
 
Tabela 1. Dados Experimentais. 
Sistema Massa de água (g)
Massa fenol 
adicionada (g)
Massa total (g)
Massa fenol 
solubilizada (g)
%p/p de fenol
Temp. de 
homog (ºC)
1 1,5 3,18 4,68 2,29 48,9 44
2 2 3,18 5,18 2,29 44,2 56
3 2,5 3,18 5,68 2,29 40,3 62
4 3 3,18 6,18 2,29 37,0 64
5 4 3,18 7,18 2,29 31,9 65
6 5 3,18 8,18 2,29 28,0 67
7 6 3,18 9,18 2,29 24,9 67
8 8 3,18 11,18 2,29 20,5 66
9 11 3,18 14,18 2,29 16,1 64
10 15 3,18 18,18 2,29 12,6 60
11 21 3,18 24,18 2,29 9,5 52
12 25 3,18 28,18 2,29 8,1 47
IV) TRATAMENTO DOS DADOS 
A partir dos dados da Tabela 1, construiu-se o Gráfico 1, onde pode ser observado que a 
temperatura na qual ambos os componentes são miscíveis independente da concentração 
(temperatura consoluta superior) é em torno de 67ºC. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
V) DISCUSSÃO 
 Após a realização dos procedimentos para cada sistema e observar o gráfico 1, pode-se 
dizer que formou-se uma curva binodal (representando as condições para a coexistência ou não 
das duas fases do sistema água-fenol) e assumir que com o aumento da temperatura, a solubilidade 
mútua dos componentes aumenta, onde as curvas de solubilidade juntam-se na temperatura crítica 
de dissolução. Acima de 67ºC, a água e fenol são completamente miscíveis, e em qualquer ponto 
no gráfico, abaixo da concavidade, corresponde um sistema de duas camadas liquidas (bifásico), 
tendo cada fase uma composição própria. 
 Através da confecção de linhas de amarração (linhas imaginárias traçadas no diagrama, 
obtidas através de duas fases em equilíbrio dentro da curva binodal), as composições das fases 
podem ser obtidas a partir da regra da alavanca, pois esses pontos representam misturas de fases 
conjugadas de mesma composição. 
 
Gráfico 1. Diagrama de Equilíbrio – Sistema água fenol 
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0,0 20,0 40,0 60,0
T
em
p
er
at
u
ra
 (
ºC
)
%p/p Fenol
Diagrama de Equilíbrio - Sistema água-fenol
 Conforme discutido os conceitos da regra das fases anteriormente, pode-se assumir que 
os 12 sistemas de estudo se encontram a pressão constante, sendo assim para um sistema de dois 
componentes (água e fenol): F = 3 – P. Se este sistema existe em duas fases, faz-se necessário 
uma variável para descrição do sistema. Caso o sistema apresente-se em uma única fase (F = 2), 
será necessário especificar tanto a temperatura quanto a composição da solução. 
 
VI) CONCLUSÃO 
. Pode-se concluir que o método apresentado se mostrou bastante eficaz para confecção de 
um diagrama de equilíbrio para misturas liquidas, além de ser possível calcular a temperatura 
consoluta superior para o sistema água-fenol. No entanto, a difícil visualização do 
desaparecimento das duas fases, assim como a leitura imediata da temperatura no termômetro, 
pode levar à possíveis erros experimentais, uma vez que os eventos ocorrem de maneira rápida, 
aumentando a dificuldade do analista na captação dos dados experimentais. 
 Além da possibilidade de calcular a temperatura em que os líquidos se tornam miscíveis, 
independente de suas composições, um outro dado que pode ser extraído do gráfico é a 
composição das duas fases através das linhas de amarração, onde uma das fases será rica em água 
e outra em fenol. 
 
VII) REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
CASTELLAN, G. W. Fundamentos de físico-química. Rio de Janeiro: LTC, 2015. 
ATKINS, P.W. Físico-química: volume 1. Rio de Janeiro: LTC, 2012.