Determinação do volume molar do oxigênio

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Determinação do volume molar do oxigênio.
Química geral II
T223
Professor: Jairo Esteves e Guilherme
Alunos: Gustavo Pena e Silva
 Micaela Nascimento
 Thainá de Moura Gonçalves
Assinaturas:..........................................................................		 	 ...........................................................................
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I – Objetivo
	Determinar o volume molar do oxigênio a 273 K e 1 atm.
II - Introdução Teórica
Os elementos e as substâncias que se encontram na fase sólida ou líquida apresentam seu próprio volume, tendo variação de pressão e temperatura que pode ser considerado desprezível. Entretanto os elementos que se encontram no estado gasoso dependem do volume do recipiente que o contém, pois esses não possuem volume próprio. Esse volume depende diretamente das condições de temperatura e pressão em que o gás ou vapor se encontra. 
O volume molar de um gás é definido pelo volume ocupado por um mol desse gás (ou um mol de átomos se a molécula for monoatômica), a uma determinada pressão e temperatura. De acordo com a hipótese do Avogadro, volumes iguais de gases diferentes, nas mesmas condições de temperatura e pressão contém o mesmo número de moléculas. Numa dada condição de temperatura e pressão, portanto, os volumes ocupados por diferentes amostras de gases são diretamente proporcionais as quantidades de matéria dos gases contidos nas amostras, ou seja, o volume é diretamente proporcional ao número de mols de um gás. Assim se dobrarmos o número de mols (n) de um gás, seu volume consequentemente dobrará também e vice- versa.
Porém só muito depois de Avogadro é que o conceito de mol foi introduzido, desde que o peso molecular em gramas (mol) de qualquer substancia que contenha o mesmo número de moléculas, então, de acordo com a lei de Avogadro - que foi enunciada em 1811 – o volume molar de todos os gases deve ser o mesmo. O número de moléculas em um mol é conhecido como Número de Avogadro, em sua homenagem, mesmo que ele próprio nunca o tenha determinado.
O volume molar foi determinado experimentalmente considerando-se as Condições Normais de Temperatura e Pressão (CNTP), ou seja, a pressão de 1 atm (pressão atmosférica) ou 760 mm Hg ou 101325 Pa (pascal) e temperatura-padrão nessas condições era o 0 °C ou aproximadamente 273 K, esses foram os valores estabelecidos até 1982.
Assim para poder comparar a quantidade de gases diretamente através de seus volumes, convencionou-se utilizar determinados valores de pressão e temperatura. Essas condições são conhecidas como condições normais de temperatura e pressão (CNTP). Até 1982, a pressão padrão era tomada como 1 atmosfera (1 atm ou 101305 Pa) e a temperatura como 0 °C (273,15 K) e, portanto, o volume molar de um gás na CNTP era 22,4 L /mol.
Em 1982 a IUPAC (União Internacional de Química Pura e Aplicada) alterou o valor da pressão padrão que era 1 atm ou 101325 Pa e estabeleceu o valor de 100 000 Pa de pressão, o que equivale a 1 Bar, porém manteve o valor da temperatura padrão (0°C ou 273K).
Dentre as razões que levaram a IUPAC a alterar o valor da pressão padrão, têm-se: 
● Valor numérico igual a 1 (1×105 Pascal);
● Compatibilidade com as unidades SI;
● Produção de alterações muito pequenas nas tabelas de dados termodinâmicos e considerável simplificação dos cálculos graças ao arredondamento do valor da pressão em Pascal para um número inteiro;
● Outro aspecto diz respeito às dificuldades encontradas no estabelecimento do valor para o valor de uma pressão de uma atmosfera, normalmente definida com a pressão ao nível do mar, não esquecendo que a variação do valor da pressão atmosférica num dado local com as condições meteorológicas existentes na região onde as experiências possam ser realizadas. 
Como o valor da pressão foi reduzido de 101.325 Pa para 100.000 Pa houve um consequente aumento no número molar, ou seja, o volume ocupado por qualquer gás ou vapor é aproximadamente 22,71 L/mol sendo este valor recomendado pela IUPAC.
Esta prática foi realizada com intuito de verificar e determinar experimentalmente o volume molar do oxigênio, quando este se encontra nas condições normais de temperatura e pressão, considerando a temperatura de 273 K (0°C) e pressão de 1 atm. Foi utilizada água oxigenada (H2O2) volume 10 que corresponde a uma solução aproximadamente igual a 0,9 mol/L.
III - Materiais e Reagentes
Materiais
● Cuba de plástico
● Cilindro graduado de 100 mL
● Mangueira de látex
● Bureta de 10 mL
● Kitassato de 100 mL
● Rolha perfurada
● Termômetro
Reagentes
● Água oxigenada (H2O2) a 10 volumes
● Dióxido de manganês (MnO2)
IV - Procedimentos, Observações, Resultados e Conclusões
	Foram postas duas pontas de espátula com dióxido de manganês (MnO2) no kitassato e foram colocados 7mL de água oxigenada na bureta. 
	Encheu-se um cilindro graduado de água completamente, evitando a entrada de bolhas de ar, utilizando um pedaço de papel na boca do cilindro, e então, introduziu-se a mangueira de látex no interior do cilindro graduado. E em seguida vagarosamente deixou-se escapar 7 mL de água oxigenada a 10 volumes no kitassato e observou-se a diminuição do volume ocupado pela água dentro do cilindro devido a presença de gás oxigênio (O2) liberado, graças a decomposição do peróxido de hidrogênio (H2O2) em água (H2O) e oxigênio, catalisado pelo dióxido de manganês (MnO2), e uma efervescência causada pela liberação de oxigênio (O2). 
	A seguir a equação que representante desta decomposição:
H2O2 [MnO2] H2O + ½O2
 O gás produzido (oxigênio) pode ser medido através do espaço no cilindro graduado onde não continha mais água, ou seja, encheu-se o cilindro de água para que fosse possível verificar o volume de oxigênio produzido, pois conforme o gás fosse liberado, este ocuparia lugar no tubo.
V - Cálculos
● Obs. 1: Água oxigenada a 10 volumes corresponde a uma solução aproximadamente de 0,9 mols/L de H2O2:
1 mol ---------- 11, 2 L
 x ---------- 10 L
x = 0,892 mols/L
x 0,9 mols/L
● Obs. 2: O oxigênio é recolhido sobre a água, logo a pressão exercida somente pelo gás é dada pela diferença entre a pressão total, que no caso será a pressão exercida pelo ambiente, e a pressão do vapor d’água:
Pgás = Ptotal – Pvapor d’água
Pgás = 760 mm Hg – 25,2 mm Hg
Pgás = 734, 8 mm Hg
1 – Determine a quantidade de matéria (nº de mols) de H2O2 existente em 7mL de água oxigenada a 10 volumes:
É possível calcular o número de mols de peróxido de hidrogênio (H2O2) existentes em 7 mL de água oxigenada a 10 volumes através de cálculos químicos, onde com a aplicação da regra de três, verifica-se que há 6,3×10-3 mols de peróxido de hidrogênio (H2O2). Veja a baixo como se chegou a este resultado:
0,9 mol ---------- 1000 mL
 x ---------- 7 mL
x = 6,3 / 1000
x = 6,3×10-3 mols de H2O2
2 – Determine quantos mols de O2 são produzidos na decomposição dessa água oxigenada:
Também se pode determinar a quantidade de mols de oxigênio (O2) produzidos pela decomposição de 7 mL de água oxigenada a 10 volumes através de regra de três e baseado nos cálculos, pode-se afirmar que há 3,15×10-3 mol de oxigênio em 7 mL de água oxigenada. Veja a seguir os cálculos realizados para obter-se esse valor:
H2O2 ---------- ½ O2
1 mol ---------- ½ mol
 6,3×10-3 mols ---------- y
y = 6,3×10-3 ×½ 
y = 3,15×10-3 mols de O2
3 - Determinação do volume molar de O2 nas condições ambientais:
Segundo a CNTP (Condições Normais De Temperatura e Pressão), a quantidade de matéria (número de mols) é diretamente proporcional ao volume do oxigênio (O2) obtido experimentalmente. Para se calcular o volume molar de oxigênio (O2) nessas condições utilizou-se o volume ocupado pelo oxigênio lido no cilindro e o número de mols de oxigênio em 7 mL de água oxigenada, já que o volume do gás é diretamente ligado ao número de mols do gás. Veja a seguir os cálculos do resultado obtido:
3,15×10-3 mols ----------85×10-3 L
 1 mol ---------- V
3,15×10-3×V = 85×10-3
V = 85 / 3,15
V = 26,9841
V 27 mols/L
4 - Determinação do volume molar do oxigênio (O2) a 273 K e 1 atm, considerando que o gás foi recolhido sobre a água:
V2 corresponde ao volume de oxigênio ocupado por 1 mol de O2(g) a 0 °C e 1 atm, determinado experimentalmente.
VI – Resultados e Conclusões
Os cálculos devidos foram efetuados e foi constatado o quanto o valor experimental se desvia do valor esperado.
● Porcentagem do erro encontrado:
Valor esperado ---------- 100 %
 Valor encontrado – Valor esperado ---------- x %
% de erro = [(Valor encontrado – Valor esperado) / Valor esperado] . 100
% de erro = 1,4/22,4 . 100
% de erro = 6,25 %
● Principais causas de desvio do valor:
Se considerarmos a solubilidade do gás oxigênio em água, o volume medido será menor do que o volume do oxigênio formado, pois uma parte do oxigênio estará dissolvida na água, e não fará parte da coluna gasosa na bureta. Dessa forma o volume medido na bureta é diferente do real e, consequentemente, haverá um erro no cálculo do número de mols de oxigênio, uma vez que esse depende do volume formado. Havendo um erro no número de mols de oxigênio, logo, haverá um erro no volume molar do mesmo.
Por não nos encontrarmos em exatamente 1 atm e a temperatura do laboratório poder estar variando, assim não sendo exata, não pôde-se ter resultados exatos.
A ocorrência de bolhas de ar no cilindro graduado, a imprecisão no gotejamento dos 7 mL de água oxigenada no sistema e a aproximação dos cálculos também são fatores que podem ter contribuído para a mudança do resultado esperado.
		VII - Bibliografia
● http://www.brasilescola.com/quimica/volume-molar-gases
● http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc02/atual2.pdf
● http://uenf.br/uenf/centros/cct/qambiental/ga_volumemolar.html
● REIS, Martha. Completamente Química – Química Geral, 1° Ed. São Paulo, FTP, 2001.
● FELTRE, Ricardo. Química Geral – Volume I, Ed. Moderna
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