Relatorio: EQUILÍBRIO DE MISTURA DE LÍQUIDOS DE SISTEMA TERNÁRIO

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1. INTRODUÇÃO
Para se descrever um sistema químico, são necessárias determinadas variáveis,
que podem ser independentes ou dependentes umas das outras, através de algum tipo de
relação. Em um sistema, o número de variáveis independentes é, então, o número de
variáveis totais que descrevem o sistema menos o número de relações independente é,
então, o número de variáveis totais que descrevem o sistema menos o número de
relações que existem entre elas.
A melhor forma de ilustrar esse equilíbrio é através do diagrama de fases ou
diagrama de equilíbrio, que mostra o equilíbrio entre várias fases constituintes de um
sistema.
Fase é qualquer parte fisicamente distinta e homogênea de um sistema, separada das
outras partes do sistema por superfícies definidas. O número de componentes é o
menor número de constituintes químicos independentes por meio dos quais é possível
expressar uma fase.
A regra das fases fornece o número de variáveis independentes de um sistema
heterogêneo. Por exemplo, se tivermos um sistema contendo C componentes, e P fases,
são necessárias as seguintes variáveis para descrever o sistema: temperatura, pressão e
composição de cada componente C em cada das P fases, dando um total de CP + 2
variáveis. Como a fração molar de qualquer componente em qualquer fase pode ser
determinada desde que se saiba as frações molares de todos os demais e, se as P fases
estão em equilíbrio, cada componente deve ter o mesmo potencial químico em todas as
fases, chega-se finalmente ao número de variáveis independentes (F) que caracterizam o
sistema:
F = C – P + 2 (regra das fases)
Em um sistema ternário, temos: F = 3 – P + 2 = 5 – P. Se este sistema possuir
uma fase, têm-se quatro variáveis independentes que caracterizam o sistema:
temperatura, pressão e composição molar de dois componentes. A representação gráfica
deste sistema somente se daria em um espaço de quatro dimensões. Fixando-se a
temperatura e a pressão, F passa a ser igual a 2 e a representação gráfica do sistema
pode ser feita no espaço bidimensional, sob a forma triangular, onde cada vértice
corresponde a um dos componentes puro ( figura 1).
Figura 1: Sistema Ternário (representação gráfica)
No triângulo acima representado, nos vértices encontramos as substâncias A, B e
C puras. Cada lado do triângulo representa as composições de misturas binárias (ou
seja, formadas por apenas dois dos componentes). Pontos situados no interior do
triângulo representam as composições de sistemas formados por três componentes.
A determinação da composição de um sistema qualquer formado por três
componentes é feita traçando-se, pelo ponto que representa o sistema, linhas paralelas
aos lados do triângulo e fazendo-se a leitura da composição sobre o lado do triângulo no
qual se representa a composição de cada componente.
No experimento, foi posto em prática os conhecimentos em sistemas ternários,
objetivando representar as suas diferentes composições. Para isso, foi usado o método
que utiliza o diagrama plano (triangulo equilátero), que é o método das paralelas.
2. OBJETIVO
Construir o diagrama de fases do sistema ternário água-clorofórmio-álcool etílico
obtendo a linha de solubilidade das misturas.
.
3. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS
3.1 Materiais utilizados:
● Pipeta;
● Tubos de ensaio;
● Bureta;
● Suporte com garras;
● Béquer.
Reagentes Utilizados:
● Água destilada;
● Clorofórmio;
● Álcool etílico.
3.2 Procedimento experimental
● Inicialmente organizou-se os materiais e reagentes que seriam utilizados. Em
seguida, 9 tubos de ensaio foram postos em um suporte e adicionou-se em cada
um, volumes de água e clorofórmio como mostrado no Quadro 1.
●
● Quadro 1: Valores para preparo de misturas
Tubos H2O v (mL) Clorofórmio v (mL)
1 0,5 2,5
2 1,0 2,5
3 2,0 2,5
4 3,0 2,5
5 5,0 2,5
6 5,0 0,3
7 5,0 0,5
8 0,3 5,0
9 0,5 5,0
●
● Posteriormente, o álcool etílico foi colocado em duas buretas, o qual foi retirada
as bolhas e zerada.
● Verificou-se a temperatura.
● Começou-se a titulação, deixando o álcool escorrer da bureta para o tubo de
ensaio sob agitação vigorosa até que se a mistura se tornasse turva e em seguida
essa turbidez desaparecesse, indicando o ponto final da titulação.
● Mediu-se o volume de álcool etílico gasto para cada tubo de ensaio.
● Verificou-se a temperatura.
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES
● Temperatura Ambiente Inicial (T1) = 23ºC
● Temperatura Ambiente Final (T2) = 23ºC
Quadro 1: Anotação Experimental
Tubos H2O mL Clorofórmio
mL CHCl3
C2H5OH mL
1 0,5 2,5 2,5
2 1,0 2,5 4,6
3 2,0 2,5 6,2
4 3,0 2,5 6,8
5 5,0 2,5 9,9
6 5,0 0,3 6,6
7 5,0 0.5 5,1
8 0,3 5,0 6,1
9 0,5 5,0 6,5
4.1 Aplicação dos Resultados Experimentais
4.1.1 O que significa o aparecimento da turbidez ao adicionar álcool etílico na
mistura água + benzeno?
A água mais o clorofórmio forma o par parcialmente miscível, onde observamos apenas
uma fase dentro do tubo de ensaio. Quando adicionamos o álcool etílico (miscível na
água), a solubilidade que existia entre os compostos que já estavam no tubo é alterada,
ocorrendo uma diminuição. Um fato curioso que ocorre se dá quando o álcool etílico
dissolve-se completamente em um dos componentes, onde a solubilidade da mistura é
elevada, o que explica o desaparecimento da turbidez. Já a turbidez ocorre quando
adicionamos o álcool na mistura, que foi explicado acima.
4.1.2 Qual a função do álcool etílico? No sistema estudado trata-se de um equilíbrio
físico ou químico?
O álcool etílico possui a função de elevar a solubilidade existente entre a água e o
clorofórmio. E o equilíbrio do sistema estudado é um equilíbrio físico.
4.1.3 Calcular a composição de cada solução nos pontos em que a turvação
desaparece, em percentagem em massa (composição mássica ou molar).
Quadro 2
Tubos H2O (g) H2O
(%)
Clorofórmi
o (g)
Clorofórmi
o (%)
C2H5OH
(g)
C2H5OH
(%)
1 0,4987 8 3,5647 59 1,975 33
2 0,99753
8
12 3,7397 45 3,634 43
3 1,9950 19 3,5647 34 4,898 47
4 2,9926 25 3,5647 30 5,372 45
5 4,9876 36 3,5647 26 5,214 38
6 4,9876 47 0,4277 4 5,214 49
7 4,9876 51 0,7129 8 4,029 41
8 0,2992 2 7,1286 58 4,819 40
9 0,4987 5 7,1295 66 3,185 29
Usou-se os valores da densidade () tanto da água como do clorofórmio,
respectivamente do experimento 1 e o experimento 6 , e para o álcool foi
encontrado na literatura.
Tubo 1
Calculo da massa:
Para água:
ρ=m/v → 0,997538= m/0,5 → m= 0,4987 g
Para o Clorofórmio:
ρ=m/v → 1,4259= m/2,5 → m= 3,5647 g
Para o álcool:
ρ=m/v → 0,79 = m/2,5 → m= 1,975 g
Massa total = 6,0384 g
Calculo da fração mássica:
Xágua = 0,4987/6,0384 = 0,0825 x 100% = 8,25 % Aproximadamente 8%
Xcloroformio = 3,5647 /6,0384 = 0,5903 x 100% = 59,03% Aproximadamente 59%
Xálcool = 1,975/6,0384= 0,3270 x 100% = 32,70% Aproximadamente 33 %
Tubo 2
Calculo da massa:
Para água:
ρ=m/v → 0,997538= m/1,0 → m= 0,9975 g
Para o Clorofórmio:
ρ=m/v → 1,4259= m/2,5 → m= 3,7397 g
Para o álcool:
ρ=m/v → 0,79 = m/4,6 → m= 3,634 g
Massa total = 8,3712 g
Cálculo da fração mássica:
Xágua = 0,9975/8,3712 = 0,1191 x 100% = 11,91 % Aproximadamente 12 %
Xcloroformio = 3,7397/8,3712 = 0,4467 x 100% = 44,67% Aproximadamente 45 %
Xálcool = 3,634/8,3712 = 0,4341 x 100% = 43,41% Aproximadamente 43 %
Tubo 3
Cálculo da massa:
Para água:
ρ=m/v → 0,997538= m/2,0 → m= 1,9950 g
Para o Clorofórmio:
ρ=m/v → 1,4259= m/2,5 → m= 3,5647 g
Para o álcool:
ρ=m/v → 0,79 = m/6,2 → m= 4,898 g
Massa total = 10,4577 g
Cálculo da fração mássica:
Xágua = 1,9950 /10,4577= 0,1907 x 100% = 19,07 % Aproximadamente 19 %
Xcloroformio = 3,5647/10,4577 = 0,3408 x 100% = 34,08% Aproximadamente 34 %
Xálcool = 4,898/10,4577 = 0,4683 x 100% = 46,83% Aproximadamente 47 %
Tubo 4
Cálculo da massa:
Para água:
ρ=m/v → 0,997538= m/3,0 → m= 2,9926 g
Para o Clorofórmio:
ρ=m/v → 1,4259= m/2,5 → m= 3,5647 g
Para o álcool:
ρ=m/v → 0,79 = m/6,8 → m= 5,372 g
Massa total = 11,7713 g
Cálculo da fração mássica:
Xágua = 2,9926 /11,7713 = 0,2542 x 100% = 25,42% Aproximadamente 25 %
Xcloroformio = 3,5647/11,7713 = 0,3028 x 100% = 30,28% Aproximadamente 30 %
Xálcool = 5,214 /11,7713 = 0,4429 x 100% = 44,29% Aproximadamente 45 %
Tubo 5
Cálculo da massa:
Para água:
ρ=m/v → 0,997538= m/5,0 → m= 4,9876 g
Para o Clorofórmio:
ρ=m/v → 1,4259= m/2,5 → m= 3,5647 g
Para o álcool:
ρ=m/v → 0,79 = m/6,6 → m= 5,214 g
Massa total = 13,7663 g
Calculo da fração mássica:
Xágua = 4,9876/ 13,7663 = 0,3623 x 100% = 36,23 % Aproximadamente 36 %
Xcloroformio = 3,5647/13,7663 = 0,2589 x 100% = 25,89 % Aproximadamente 26 %
Xálcool = 5,214 /13,7663 = 0,3787 x 100% = 37,87 % Aproximadamente 38 %
Tubo 6
Cálculo da massa:
Para água:
ρ=m/v → 0,997538= m/5,0 → m= 4,9876 g
Para o Clorofórmio:
ρ=m/v → 1,4259= m/0,3 → m= 0,4277 g
Para o álcool:
ρ=m/v → 0,79 = m/6,6 → m= 5,214 g
Massa total = 10,6393 g
Cálculo da fração mássica:
Xágua = 4,9876/10,6393 = 0,4687 x 100% = 46,87% Aproximadamente 47%
Xcloroformio = 0,4277/10,6393 = 0,0402 x 100% = 4,02% Aproximadamente 4 %
Xálcool = 5,214/10,6393 = 0,4900 x 100% = 49,00% Aproximadamente 49 %
Tubo 7
Cálculo da massa:
Para água:
ρ=m/v → 0,997538= m/5,0 → m= 4,9876 g
Para o Clorofórmio:
ρ=m/v → 1,4259= m/0,5 → m= 0,7129 g
Para o álcool:
ρ=m/v → 0,79 = m/5,1 → m= 4,029 g
Massa total = 9,7295 g
Cálculo da fração mássica:
Xágua = 4,9876 / 9,7295 = 0,5126 x 100% = 51,26 % Aproximadamente 51 %
Xcloroformio = 0,7129/9,7295 = 0,0732 x 100% = 7,32 % Aproximadamente 8 %
Xálcool = 4,029/9,7295 = 0,4141 x 100% = 41,41 % Aproximadamente 41 %
Tubo 8
Cálculo da massa:
Para água:
ρ=m/v → 0,997538= m/0,3 → m= 0.2992 g
Para o Clorofórmio:
ρ=m/v → 1,4259= m/5,0 → m= 7,1295 g
Para o álcool:
ρ=m/v → 0,79 = m/6,1 → m= 4,819 g
Massa total = 12,2477 g
Cálculo da fração mássica:
Xágua = 0.2987/ 12,2477 = 0,0243 x 100% = 2,43 % Aproximadamente 2%
Xcloroformio = 7,1295/ 12,2477 = 0,5821 x 100% = 58,21% Aproximadamente 58 %
Xálcool = 4,819/12,2477 = 0,3934 x 100% = 39,34% Aproximadamente 40 %
Tubo 9
Cálculo da massa:
Para água:
ρ=m/v → 0,997538 = m/0,5 → m= 0,4987 g
Para o Clorofórmio:
ρ=m/v → 1,4259= m/5,0 → m= 7,1295 g
Para o álcool:
ρ=m/v → 0,79 = m/6,5 → m= 3,185 g
Massa total = 10,8132 g
Cálculo da fração mássica:
Xágua = 0.4987 / 10,8132 = 0,0461 x 100% = 4,61 % Aproximadamente 5 %
Xcloroformio = 7,1295 /10,8132 = 0,6593 x 100% = 65,93% Aproximadamente 66 %
Xálcool = 3,185/10,8132 = 0,2945 x 100% = 29,45% Aproximadamente 29 %
4.1.4 Num triângulo equilátero colocar os pontos representativos de cada mistura.
Traçar a curva binodal do sistema estudado.
(Em anexo)
4.1.5 Identificar, claramente, cada uma das regiões do diagrama.
(Em anexo)
4.1.6 O sistema estudado trata de três líquidos constituídos de um par
parcialmente miscível. Quais são os pares de líquidos completamente miscíveis e o
par parcialmente miscível?
O par parcialmente miscível foi o formado por água e clorofórmio. Já em relação ao par
totalmente miscível, tivemos dois pares: o de água e álcool etílico, e o de clorofórmio e
álcool etílico.
4.1.7 Discuta o experimento de uma forma crítica, ou seja, observe os pontos fracos
do experimento e a partir daí dê sugestões para corrigi-los.
Seria interessante que os alunos aprendessem a regular o tempo de caimento das gotas
da bureta para os tubos de ensaio para melhor identificação da quantidade correta no
tubo. Foi um pouco difícil visualizar a mudança da solução de turvo para límpido, seria
interessante ter um fundo mais escuro para melhor visualização e evitar que o
gotejamento ultrapassasse o ideal.
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Com a realização deste experimento, pode-se perceber que determinar o
comportamento de um sistema ternário através do método das paralelas, é de fácil
compreensão e rápida determinação. Os objetivos propostos para a aula foram
alcançados com sucesso. E por fim, a prática mostrou-se de grande importância, pois,
ela será usada para vários processos industriais, principalmente nos processos de
produção de sistemas dispersos como suspensões, emulsões entre outros.
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Instituto de Química Professor João Batista. Equilíbrio de Fases em sistemas simples.
Disponível em: < e-groups.unb.br/iq/lqc/Joao/eqcin/fases/fases.pdf>. Acesso em
28 de julho de 2017.
TÓPICOS DE FÍSICO-QUÍMICA. Físico-Química: Sistemas ternários. Disponível
em: < www.marvial.oi.com.br/engqui/topicos/fisqui17.html>. Acesso em 28 de
julho de 2017.
LOH, Watson. Equilíbrio de fases. Disponível em:
<pcserver.iqm.unicamp.br/~wloh/cursos/qf952/experimento2.pdfzip>. Acesso
em 28 de julho de 2017.