Guia de Laboratório FQ Exp UFAM V3 2014

7/26/2019 Guia de Laboratrio FQ Exp UFAM V3 2014

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Universidade Federal do AmazonasInstituto de Cincias ExatasDepartamento de Qumica

Guia de Laboratrio

Dr. Kelson Mota Teixeira de Oliveira

Dr. Leandro Aparecido Pocrifka

Dr. Raimundo Ribeiro Passos

3 Edio

Manaus, 2014


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NDICE

Apresentao.............................................................................................................................2

Parte IIdentificao, Informaes, Normas, Avaliao, Bibliografia e Procedimentos................4

Parte IIModelo de Relatrio, Grficos, Tabelas e Tratamento Estatstico de Erros.........................8

Parte IIIRoteiro Experimental................................................................................................................21

1. Determinao do equivalente em gua de um calormetro.........................................22

2. Determinao do calor de reao - neutralizao........................................................26

3. Determinao do calor de dissoluo..............................................................................30

4. Propriedades parciais molares das solues...................................................................34

5. Cintica qumica determinao da ordem de uma reao......................................40

6. Equilbrio qumico em solues..........................................................................................437. Diagrama de solubilidade para um sistema ternrio de lquidos..................................47

8. Miscibilidade parcial...........................................................................................................51

9. Adsoro..............................................................................................................................54

10. Efeito da concentrao sobre a condutividade............................................................57

11. Coeficiente de partio entre dois lquidos imiscveis..................................................62


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PARTE I

Identificao, Informaes,Normas e Procedimentos


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1. IDENTIFICAO

Cdigo/Disciplina: IEQ-363 / Fsico-Qumica Experimental

No. de Crditos: 2.0.2. Pr-Requisito: IEQ 311, IEQ 360

Carga Horria 60 hTerica: 0 h Prtica: 60 h

Curso(s) para o(s) qual(is) est sendo oferecida:

Bacharelado em Qumica, Licenciatura em Qumica

2. EMENTA

Tratamento de erros, experincias envolvendo solues, termodinmica eequilbrio qumico

3. OBJETIVOS

3.1. Geral

Proporcionar ao aluno uma viso geral e experimental de alguns conceitos defsico-qumica, especialmente a medida de calores de reao, presso de vapor,solubilidade e sistemas em equilbrio.

3.2. Especficos

Ao final do curso o aluno dever ser capaz de:

- Conduzir experimentos que levem a medida de calores de reao, solubilidade,presso de vapor, constantes de equilbrio, etc.

- Caracterizar experimentalmente sistemas e processos fsico-qumicos

4. METODOLOGIA E CRITRIOS DE AVALIAO

- A disciplina ser ministrada sob a forma de aulas prticas supervisionadas. Sero realizadosexperimentos relativos s disciplinas tericas de fsico-qumica.- A mdia final (MF) para aprovao ser dada pela expresso abaixo, e ser aprovado oaluno que tiver MF maior ou igual a cinco:

0,53

2

PFMEE

MF - A mdia dos exerccios escolares (MEE) ser composta pela mdia da nota dosexperimentos:

)( osEXperimentNmdiaMEE

- A Nota dos experimentos (NExperimento) ser dada por

RELPvosExperiment NNN 7,03,0

Onde: NPv a nota da prova a ser aplicada antes do experimento.

NREL a nota do relatrio


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- Antes de cada prtica ser realizado um prova de 15 minutos, acerca do assunto que serdesenvolvido em laboratrio. O aluno dever ter estudado a prtica com antecedncia echegar no horrio para a ministrao da prova. Ao fim de cada prtica um relatrio deverser entregue.

- Para conferir notas aos trabalhos em laboratrio sero considerados os critrios:

o Comparecimento no horrio e interesse apresentado pelo aluno.

o Eficincia e cuidado no manejo da aparelhagem.

o Interpretao correta dos resultados e da apresentao adequada do relatrio.

o Resposta ao questionrio existente na AULA PRTICA (quando houver).

o O aluno ter quatro horas para executar a aula prtica e elaborar o seu relatrio. Casono tenha completado o relatrio nesse perodo, a sua nota ser proporcionalao queconstar nele.

5. BIBLIOGRAFIA SUGERIDA

1)Renato N. Rangel - Prticas de Fsico-Qumica, Editora Edgard Blucher, 2006.

2)Bueno e L.Degreve -Manual de Laboratrio de Fsico-Qumica, McGraw-Hill do Brasil, 1980.3)G. W. Castellan - Fsico-Qumica, Ao livro Tcnico SA, Rio de Janeiro, 1972, volumes 1 e 2.4)B. B. Damaskin e O. A. Petri - Fundamentos de la Eletroqumica Terica, Editorial MIR,

Moscou, 1981.5)Daniels, J. H. Mathews, J. W. Willians, P. Bender, R.A. Albertin - Experimental Physical

Chemistry, Mc Graw-Hill, Book Company6)R. Parsons - Handbook of Electrochemical Constants, Academic Press, London, 1959.7)ATKINS, P. W. Fsico-Qumica. 8a ed., Oxford, Oxford University Press, 2008. CHAGAS,8)Acio P. Termodinmica Qumica. Editora da Unicamp, Campinas, 1999.BARROW, G. W. Fsico-Qumica. Revert, Rio de Janeiro, 1982.

4. CADERNO DE LABORATRIO

Cada estudante dever ter um Caderno de Laboratrio, no qual anotar os dados,

procedimentos e demais informaes relevantes realizao de cada experincia. No se

trata de um caderno de relatrios, mas apenas para anotaes que sero utilizadas para a

confeco do relatrio. As anotaes devem ser registros do prprio aluno e de preferncia

durante a realizao do experimento, para garantir a objetividade e a fidelidade nos

resultados.

6. FORMAO DE GRUPOS PARA O LABORATRIO E CUIDADOS EM GERAL

Os trabalhos de laboratrio sero realizados por grupos de no mximo 5 (cinco) alunos.

A composio inicial de cada grupo ser estabelecida livremente, mas no poder alterar-se

durante o perodo letivo.

Nas aulas prticas o grupo responsvel pela manuteno do equipamento e/ou

vidraria em uso, zelando por sua integridade. recomendado ao aluno ler antecipadamente

o roteiro da prtica antes de iniciar a montagem experimental e a prtica em si.


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7. REGRAS GERAIS NAS AULAS DE FSICO-QUMICA EXPERIMENTAL

a) O aluno dever comparecer no primeiro dia de aula com a APOSTILA DE ROTEIROS DE

AULAS PRTICAS e o CADERNO DE RELATRIO para anotaes. Sem a apostila de roteiros de

aulas prticas no lhe ser permitida a participao no laboratrio.

b) O aluno dever comparecer no horrio estipulado para o incio da aula. Nos primeiros 15

min ser realizada uma prova do assunto jpreviamente estudado. O atraso do aluno acima

deste limite acarretar nota zero nesta avaliao e o aluno considerado ausente.

c) O laboratrio um local muito vulnervel a acidentes. Por isso, como conduta bsica nesse

ambiente, proibida a ingesto de bebidas e alimentos, fumar, maquiar-se, estocar alimentos.

O aluno dever dedicar-se somente s atividades inerentes ao laboratrio.

c) Por motivo de segurana obrigatrio o uso de avental/jaleco de algodo, calacomprida, sapato fechado e culos de segurana. Sem estes itens no ser permitida a

permanncia do aluno no laboratrio.

c) No deixar sobre a bancada material como cadernos (a no ser o de laboratrio),

mochilas e outros pertences. Estes devem ser postos nos armrios ou embaixo da bancada.

d) Caso ocorra quebra de material ou dano a equipamentos durante a realizao do

experimento, dever ser comunicado ao professor. O grupo se responsabilizar pela reposio

da vidraria quebrada.

e) Aps o experimento, o material utilizado deve ser escrupulosamente limpo e deixado

arrumado sobre a bancada, para ser guardado pelos tcnicos.

f) Os reagentes e equipamentos devem ser utilizados com cuidado e deixados sobre a

bancada para ser guardado pelo tcnico aps a prtica.

g) Ateno para a voltagem dos equipamentos, antes de lig-los rede, pois no laboratrio

h tomadas com voltagem 127 V e 220 V. Tenha cuidado com cabos de conexo, pontas de

prova, etc., os quais devem ser conservados ntegros. Nunca desfaa ligaes puxando pelo

fio; puxe semprepelo conector. Finalmente, no se esquecer de desligar todos os aparelhos

conectados rede, aps o trmino das medidas.

h) Tenha muito cuidado no uso das balanas e limpe imediatamente qualquer derramamento

de reagentes.

j) Estar no horrio de incio da aula para a realizao da prova inicial. Atrasos no sero

tolerados. Ao trmino da aula o relatrio deve estar pronto para ser entregue ao professor.

Em caso de dvida sobre algum reagente ou equipamento, consulte antes o

professor, o monitor ou o tcnico do laboratrio.


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PARTE II

Modelo de Relatrio, Grfico,Tabelas e Tratamento Estatstico de

Erros


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1. O PR-RELATRIO

O aluno dever trazer para a prtica a ser realizada um pr-relatrio j

contendo:

CAPA: Informaes da Instituio e do aluno

TTULO:Indica a experincia que foi feita e vem normalmente no roteiro de prtica.RESUMO: descrio sucinta do experimento, resultados obtidos e concluses (os resultados

resumidos devem ser inseridos no relatrio completo. Reservar espao para tanto no RESUMO).

OBJETIVO: definir o objetivo da prtica

INTRODUO TERICA: Descrio de toda a teoria necessria ao entendimento da prtica e

base para a discusso dos resultados. Deve ser uma sntese dos vrios livros e artigos

consultados. No deve ser muito longa, a no ser que seja extremamente relevante para o

entendimento do trabalho. Seja coerente e no insira nada que no interesse prtica feita.PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL: Neste tpico devem constar os materiais (reagentes) e

equipamentos utilizados e uma descrio do procedimento experimental realizado ou

indicao da fonte no qual est descrito. Nesta descrio devem ser usados verbos no

infinitivo ou na terceira pessoa do singular e no passado.

2. O RELATRIO COMPLETO

No laboratrio o aluno dever completar o pr-relatriocom os resultados obtidos no

experimento e sua conseqente discusso, seguido de concluso, anexando a bibliografiaj

pesquisada, perfazendo o relatrio final que dever ser entregue ao professor ao fim do

experimento. O que dever ser completado em laboratrio constar de:

RESULTADOS e DISCUSSO:Consiste na apresentao de todos os dados da prtica obtidos

ou calculados atravs dela. Devem ser apresentados grficos, tabelas, figuras, etc., de modo

a comunicar da melhor forma os resultados. Os resultados obtidos devem ser discutidos luz

da teoria exposta na introduo e comparados com os dados da literatura, j previamente

pesquisados. Sempre que possvel deve ser calculado o erro entre estes resultados. Deve ser

coerente, convincente e sem rodeios, explicando de forma clara os resultados alcanados ou

o porqu de no alcan-los.

CONCLUSO:Deve ser uma sntese pessoal do que foi feito, principalmente dos resultados e

discusso. Deve conter os resultados mais importantes alcanados. Por isso, deve-se ater

somente prtica realizada, e no , portanto, um resumo da introduo.

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS: Deve conter as fontes pesquisadas e citadas durante o

relatrio. Diferencie Referncias Bibliogrficas de Bibliografia. Esta refere-se ao material que foi

consultado sem estar completamente referenciado no texto. Aquela vem obrigatoriamentereferenciada no texto, que pode ser atravs de um nmero ou nome do autor.


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3. NORMAS PARA CONFECO DE TABELAS E GRFICOS3.1. Tabela

o Todas as tabelas devem apresentar uma legenda sucinta, colocada acima dasmesmas, conforme exemplo abaixo;

o As tabelas preferencialmente no devem ser fechadas nas posies verticais (ver

exemplo);o Deve-se indicar as unidades das grandezas envolvidas nos ttulos de cada coluna.

Exemplo:

Tabela 1. Valores de densidades, medidos pelo mtodo picnomtrico e de viscosidades, essasem viscosmetro de Ostwald, para misturas etanolgua, a 25oC e presso atmosfrica

Frao Molar (Xgua)Densidade/g cm-

3Viscosidade/cp-1

0,00 0,7852 (a) 1,10 (a)

0,14 0,8025 1,31(2)

0,20 0,8090 1,38(3)0,26 0,8198 1,45(2)

0,30 0,8253 1,51(3)

0,36 0,8347 1,61(2)

0,39 0,8407 1,66(3)

1,00 0,9971 (a) 0,89 (a)

Legenda: (a)Valores tabelados.

3.2 Grfico

o Os grficos podem ser abertos (ver Fig. 01) ou fechados (ver Fig. 02);

o Devem, sempre, conter ttulos. Normalmente colocados na parte inferior da figura (verFig. 1). O ttulo dever indicar as grandezas que esto sendo relacionadas, o mtodode medida utilizado, o sistema que estava sob estudo e as condies experimentais taiscomo temperatura, presso etc. No constituem ttulo de um grfico as expresses dotipo: viscosidade versus concentrao da gua, densidade versus concentrao,presso de vapor versustemperatura, ndice de refrao x concentrao etc.;

0,76

0,78

0,80

0,82

0,84

0,86

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40

FraoMolar, Xgua

Densidade,

(gcm

-3)

Figura 01. Variao da densidade de mistura etanol-gua (picnometria), em funo daconcentrao de gua,Xgua, a 25 oC.


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4. MODELO DE RELATRIO DE AULA PRTICA

ALUNO: RUTHERFORD ACTNIO SCHRDINGER DA SILVA

DATA: 10 de novembro de 2015

PROFESSOR: MARX PLANCK

TTULO

DETERMINAO DA DENSIDADE DO CHUMBO SLIDO

RESUMOA densidade do chumbo slido foi determinada, na temperatura de 303,15 K, pela razo entre a

massa e o volume de corpos de chumbo de tamanhos variados. Obteve-se o valor 11,4(1) g cm-3, a qual

apresenta boa concordncia com o valor reportado na literatura.

INTRODUO

O chumbo um elemento qumico metlico, de nmero atmico 82, que funde na temperatura de

600,6 K. Seu smbolo qumico Pb. aplicado em proteo contra radiao ionizante em acumuladores

(baterias), soldas, munio e alm de outras. (BARBOSA, 1999).

Densidade a razo entre a massa e o volume (vide Equao 1). uma propriedade fsica que pode

ser utilizada para identificar substncias. Pelo fato dos slidos serem bem pouco compressveis, a den-

sidade dos slidos no varia muito com a temperatura.

= m/V (1)

O objetivo deste experimento determinar a densidade do chumbo slido e compar-lo com o valor

de 11,35 g cm-3apresentado na literatura (KOTZ, 2002).

PARTE EXPERIMENTAL


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Fsico-Qumica ExperimentalGuia de Laboratrio 13

13

- Materiais e Reagentes vide o roteiro da aula prtica 1, pg. 3.

- Procedimento vide roteiro da aula prtica 1, pg. 4.

RESULTADOS E DISCUSSO

Os valores das massas dos corpos de chumbo e dos volumes de gua deslocados aps a imerso de cada

corpo esto apresentados na Tabela 1. Assumiu-se que o volume deslocado de gua corresponde ao ao

volume do corpo imerso. A densidade de cada corpo de chumbo foi calculada, a partir dos valores

medidos de massa e de volume, utilizando a Equao 1. Por fim, determinou-se o valor mdio da

densidade do chumbo e o respectivo desvio-padro, que mede a preciso do resultado. O valor obtido

para a densidade do chumbo igual a 11,4(1) g cm-3e apresenta uma boa concordncia com o valor da

literatura 11,35 g cm-3(KOTZ, 2002).

Tabela 1. Valores das massas dos corpos de chumbo, dos volumes de gua deslocados e das densidades

Calculadas

Corpo de Pb Massa/g Volume/cm3 Densidade/g cm-3

1 57,5 5,0 11,5

2 79,8 7,0 11,4

3 101,7 9,0 11,3

Mdia 11,4Desvio-padro 0,1

Tambm, foi obtido o valor pelo mtodo do grfico (Figura 1), onde a inclinao o valor da

densidade de 11,0500 g cm3. Esse valor est abaixo do determinado pela mdia aritmtica. Essa

aparente diferena justificada em funo da reta no interceptar o ZERO para a massa (coeficiente

linear de 2,316679). Ajustando-se a reta para passar pela origem, o novo valor de 11,363871 g cm3

,


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valor agora concordante com o calculado para a mdia, bem como com o da literatura.

CONCLUSO

A partir de medidas de massa e de volume de corpos de chumbo de tamanhos variados, determinou-

se o valor de 11,4(1) g cm-3para a densidade do chumbo slido, na temperatura de 303,15 K. Este valor

apresenta uma boa concordncia com o valor 11,35 g cm-3, reportado na literatura.

REFERNCIAS

BARBOSA, A. L. Dicionrio de Qumica. AB Editora: Goinia, 1999, p.81.

KOTZ, J. C.; TREICHEL, Jr. P. Qumica e Reaes Qumicas. 4. ed., v. 1, LTC Editora S.A.: Rio de

Janeiro, 2002.

QUESTIONRIO

1) Quais os erros esperados nessa determinao da densidade do chumbo?

Erros instrumentais, imprecises nas medidas obtidas a partir da balana (preciso 0,1 g) e

proveta (1 mL).


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15

4 5 6 7 8 9 1045

55

65

75

85

95

105

115

Massa,m/g

Volume, V/cm3Figura 1. Variao da massa (g) de corpos de chumbo, em funo do volume de gua (cm3) deslocado na proveta, a 25 oC.

+

16

+m =11,05000 V + 2,31667= 0,99995


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5. TRATAMENTO DE ERROS E PRECISO DE MEDIDAS

Objetivo: aprender a tratar os dados obtidos em medidas experimentais emtermos de preciso, erros e algarismo significativos.

Introduo

Valor mais provvel de uma srie de medidas

Quando se quer determinar o valor de uma grandeza ou varivel contnua,x, feita uma srie de Nmedidas dessa grandeza e obtida uma srie de valoresdex: x1,x2,x3,...,xN, a qual chamamos de amostragem. Como determinar o valorque mais provavelmente representa o valor verdadeiro de x uma vez queobtivemos Nvalores diferentes para a mesma grandeza?

Baseando-se em certo nmero de hipteses que governam a

aleatoriedade dos resultados das medidas possvel mostrar que o valor maisprovvel dessa srie de medidas a mdia aritmtica das medidas feitas setodas as medidas tm o mesmo peso, a qual chama de mdia amostral:

1

1 N

i

i

x xN

(1)

Onde x uma estimativa da mdia da populao da varivel x. Geralmente,representada por , que o verdadeiro valor para uma grandeza. Podemosdemonstrar que x tende para quando o nmero de valoresximedidos tende ainfinito.

limN

x (2)

Varincia de uma medida

Tendo sido determinado o valor mais provvel para a grandeza em estudo, interessante conhecer como os valores individuais da medida xesto distribudosou dispersos ao redor da mdia. Um ndice de disperso conhecido a varinciaamostral 2xS , definida como:

2 22

2

1 1

i i ix

x x N x xS

N N N (3)

A varincia da amostra, 2xS , se relaciona com a varincia da populao,2 , atravs da expresso:

2 2lim x xN

S

(4)

Desvio Padro Amostral e Desvio Padro da Mdia

Uma vez que 2xS tem como unidades o quadrado das unidades da

grandeza medida, geralmente usamos como ndice de preciso do mtodo de

medida, o desvio padro amostral, definido como a raiz quadrada davarincia:


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Multiplicaes e divises: este caso mais complicado, uma forma simples realizar normalmente a operao com os algarismos de cada dado experimentale atribuir ao resultado o dado que apresenta menor nmero significativo, porexemplo:

A resposta para a questo acima vlida para toda e qualquer situao aseguinte: seja uma grandeza Vem funo de outras grandezas,x, y, z, ... cujos errosconhecidos ou estimados so: xS , yS , zS , ..., ento VS dado pela expresso de

propagao de erros, a saber:

22 2

2 2 2 ...V x y zx x z zy y

V V VS S S S

x y z

(7)

e V aproximadamente: , , ,...V f x y z .

Regresso linear

Frequentemente duas variveis xe you funes destas variveis parecemguardar uma relao de linearidade entre si:

y ax b (8)Nestes casos, o estudante pode ficar na dvida para saber qual a melhor

reta a ser traada. Graficamente, a melhor reta que passa por um conjunto depontos experimentais (xi,yi) obtida minimizando-se a soma dos quadrados dosdesvios dos valores de y, em relao reta calculada e ajustada.

Os desvios de ,i expy em relao reta de regresso calculada

i, calc iy = ax + b so determinados como:

, , ,i i calc i exp i i expd y y ax b y (9)

A condio de mnimo que deve ser satisfeita e enunciada acima :

1,555

1,2

2610

1355

16160 1,6

1,355

1,2

100,12

102,675 102,7

1,355

1, 203

100

102,558 103

1,355 1,20

1,200 1,129 1,13

01550

1200

03500

24001,1000


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19

2 2

2, , ,

1 1 1

N N N

i i calc i exp i i expi i i

d y y ax b y

(10)A qual observada quando:

2

1 0

N

i ii ax b ya

(11)

2

1

0N

i ii

ax b yb

(12)

Os valores mais provveis de ae b obtidos dessas condies so:

1 1 1

N N N

i i i ii i i

N x y x y

a

(13)

2

1 1 1 1 1 1

N N N N N N

i i i i i i ii i i i i i

y a x x y x y x

bN

(14)

onde

2

2

1 1

N N

i ii i

N x x

.

Podemos demonstrar a partir da equao de propagao de erros, que os

erros associados aos parmetros a e b so respectivamente:22 y

a

NSS

(16)

2

2 y

b i

SS x

(17)

A varincia associada varivel y,Sy,pode ser calculada considerando arelao linear entre yexverdadeira e supondo que os erros na experincia soexclusivamente aqueles associados determinao experimental de y. Oresultado encontrado :

2 2 2 2 21 22

2 2

y i i i

i i i

S y Nb a x ab xN

b y a x y

(18)

Um algoritmo prtico para determinar a melhor reta que passa por umconjunto de pontos experimentais construir uma tabela conforme abaixo(Tabela 2) e, em seguida determinar os valores de a, b, Sa, Sbe Sy.


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Tabela 2. Dados experimentais e clculos necessrios para o ajuste de uma reta auma srie de pontos (xi, yi) pelo mtodo dos mnimos quadrados

i ix iy 2

ix 2

iy i ix y

1 1x 1y 21x 2

1y 1 1x y

2 2x 2y 22x 22y 2 2x y

N Nx Ny 2Nx 2

Ny N Nx y

Soma ix iy 2ix 2iy i ix y

Para saber se a hiptese de linearidade aceitvel utilizamos o coeficientede correlao linear, r, cujo valor varia de -1a +1, quando for igual a ZERO noh correlao linear entre x e y, e 1 quando a correlao completa,sendo o sinal de r o mesmo de a. Calculamosrpela expresso:

1

222

i i i i

i i

N x y x yr

N y y

(19)

Deve-se ter uma cautela no uso de r para indicar o grau de correlaoentre duas variveis, pois um mesmo valor de rprximo de 1 pode significar umaboa correlao linear ou no dependendo do nmero de pontos experimentais,N.

Exerccios de Fixao

Em uma experincia de refratometria (tipo Abbe) foram obtidos os

seguintes valores de refratividade molar, RM/(cm3mol-1), a 25 OC, para uma sriehomloga de lcoois:

1-butanol (M= 74,12 g mol-1): 22,06; 22,02; 22,04; 22,31; 22,97; 22,01; 22,04; 22,01;22,07; 22,06; 22,07; 22,05 cm3mol-1.

1-propanol (M= 60,09 g mol-1): 17,45; 17,41; 17,45; 17,43; 17,39; 17,38; 17,44; 17,45;17,43; 17,45; 17,44; 17,45 cm3mol-1.

Etanol(M= 46,07 g mol-1): 12,90; 12,89; 12,98; 12,94; 12,92; 12,93; 12,95; 12,92; 12,90;12,92; 12,88; 12,90 cm3mol-1.

Metanol (M= 32,04 g mol-1): 8,22; 8,19; 8,17; 8,18; 8,20; 8,23; 8,22; 8,18; 8,28; 8,23;

8,16; 8,28 cm3mol-1.1. Coloque adequadamente os valores de RMem uma tabela.

2. Determine o valor mais provvel de RMpara cada lcool.

3. Determine o desvio padro da amostral, em cada caso.

4. Faa o grfico de RMem funo da massa molar (M) dos lcoois.

5. Escreva a equao que descreve RM= f(M) da srie homloga de alcois.

6. Calcule o valor de r, correlao da reta, e trace a reta que representa aRM= f(M).

Qual seria o efeito sobre o desvio padro, se somente a metade das experinciastivessem sido realizadas?


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PARTE III

ROTEIRO EXPERIMENTAL


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1. DETERMINAO DO EQUIVALENTE EM GUA DE UM CALORMETRO

1.1 Objetivo

Verificar a reprodutibilidade e os erros experimentais na determinao doequivalente em gua de um calormetro

1.2. Introduo

comum o uso de calormetros na medida dos calores de uma determinadareao a partir da variao da temperatura observada. Contudo, em muitoscasos difcil determinar diretamente a T com preciso, pois o prpriocalormetro absorve parte do calor da reao, resultando em uma T menor. necessrio, portanto, saber primeiramente quanto do calor de uma reao absorvido pelo prprio calormetro, antes de proceder ao clculo do calor de

uma determinada reao.Uma das maneiras de se obter a capacidade calorfica de um calormetro

proceder medida da variao de temperatura de uma massa conhecida degua pura aquecida adicionada a outra massa conhecida de gua emtemperatura mais baixa. Como o calor especfico da gua conhecido, umadeterminada quantidade de gua em certa temperatura dever liberar um valorconhecido de calor. Se medirmos a variao de temperatura de uma massa degua em um calormetro poderemos calcular o quanto de calor foi absorvido emvalores equivalentes de gua.

Entretanto, uma nica medida do equivalente em gua do calormetro estsujeita a erros de medida das variaes de temperatura, sendo necessria umasrie de medidas de forma a se estimar o valor mdio da capacidade calorfiricae a margem de erro. Para tanto, ser necessrio acompanhar a variao datemperatura com o tempo, atravs de leituras peridicas da mesma. Destemodo, obtida uma srie de dados com os quais pode ser construdo um grficocomo o da Figura 1.

T

T/ C

t/s

Figura 1- Variao da temperatura em funo do tempo.

A partir da Figura 1 pode ser obtido graficamente o valor correto para T. No

caso desta experincia como as temperaturas rapidamente ficam constantes em


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23

funo do tempo, os valores de T podem ser obtidos facilmente atravs dosvalores estacionrios das temperaturas da gua fria, gua morna e equilbrio.

1.3. Material e ReagentesPara o Tcnico: Kits: Montar 4 kits (um por grupo)

Calormetro composto por frasco de Dewar, termmetro e agitador.Provetas de 100 e 250 mL

1.4. Procedimento Experimental

(a)Determinao do equivalente em gua do calormetro: Colocar no calormetro 50 mL de gua destilada na temperatura

ambiente. Agitar moderadamente e iniciar rapidamente o registro datemperatura do sistema a cada 20 segundos at que a mesma se

mantenha constante (10 minutos). Preencher os dados na tabela emanexo. Com uma proveta previamente aquecida tomar uma amostra de 50 mL

de gua destilada aquecida e de temperatura rigorosamente conhecida,cerca de 10 0C acima da temperatura ambiente. Esta amostra de guamorna deve ser em seguida rapidamente adicionada gua docalormetro. Agitar a mistura e anotar a temperatura a cada 10 segundos,at que a mesma permanea constante; repetir o procedimento mais duasvezes. Preencher os dados na tabela em anexo.

(b)Avaliao do erro (variao do volume)Repetir o procedimento (a) variando a quantidade de gua destilada: 100 mL de gua destilada na temperatura ambiente e 100 mL de gua

destilada aquecida;

(c)Avaliao do erro (variao da temperatura) Repetir novamente os procedimentos (a) e (b), colocando gua destilada

aquecida com cerca de 20 0C acima da temperatura ambiente, com asseguintes quantidades de gua:

50 mL de gua destilada na temperatura ambiente e 50 mL de gua

destilada aquecida; 100 mL de gua destilada na temperatura ambiente e 100 mL de guadestilada aquecida;

IMPORTANTE: Antes de cada experimento encher o calormetro com gua natemperatura ambiente e esperar at que a temperatura fique constante.

1.5. Clculos Clculo do Equivalente em gua (C) do calormetro

O calor cedido pela gua morna deve ser igual ao calor recebido pelagua fria e pelo calormetro. Para uma mistura, pode-se aplicar a seguinteequao:


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m c T C m cH Oq

H O q H Of

H O2 2 2 2. . . . T T

f f(1)

onde mH2O se refere as massas de gua quente (q) e fria (f), CH2O o calor

especfico da gua na temperatura adequada, W o equivalente em gua docalormetro, Tqe Tfso as variaes de temperatura da gua quente e fria(em mdulo), respectivamente.

Grfico T vs. TPreencher os dados na tabelo em anexo e com os valores plotar umgrfico da temperatura versus o tempo e encontrar o valor de T.

1.6. Para a discusso dos resultados

Calcular o equivalente em gua (W) do calormetro para as diversasexperincias.

Calcular o valor mdio do W e o desvio padro Comparar os resultados obtidos nas diversas experincias e explicar as

razes das eventuais diferenas. Qual seria o valor de W mais adequado? Qual o significado fsico do equivalente em gua, na determinao da

entalpia de neutralizao? Analisar os resultados em funo dos erros envolvidos. Identific-los e

discutir o que poderia ser feito para corrigi-los.


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26

2. DETERMINAO DO CALOR DE REAO - NEUTRALIZAO

2.1 Objetivo

Determinar o calor de neutralizao de cidos fortes e fracos

2.2. IntroduoTodos os processos qumicos e fsicos no envolvem somente

transformaes materiais (reaes qumicas) ou mudanas de estado fsico, mastambm so acompanhados por variaes energticas. Um dos objetivos dacalorimetria justamente medir as variaes energticas que acompanham osprocessos qumicos e fsicos.

Um caso especial muito importante o estudo das variaes energticasque acompanham os processos que ocorrem presso constante, como no casode reaes qumicas realizadas em recipientes abertos. Neste caso a equaopara a primeira lei da termodinmica fica sendo:

VpUHQp (1)

onde H pode ser avaliado atravs de experimentos calorimtricos.A medida direta dos calores envolvidos nas reaes qumicas um campo

da calorimetria que tem recebido pouca ateno. A principal razo que muitasreaes ocorrem sob condies que esto fora do alcance das medidascalorimtricas diretas. Por exemplo, impossvel fazer uma medida calorimtricade uma reao muito lenta, ou de uma reao cujo processo so complicados

por reaes paralelas. Contudo, h diversos tipos de reaes que so susceptveisde observao calorimtrica direta, por exemplo, as reaes de neutralizao eas muitas reaes inicas de precipitao.

Calor de Neutralizao e precipitaoAs solues diludas de cidos ou de bases fortes podem ser consideradas

completamente dissociadas em seus ons. Adicionalmente, o sal formado a partirde um cido forte e uma base forte tambm estar completamente dissociadoem soluo diluda. Assim, o calor liberado na neutralizao de cidos fortes (HX)por bases fortes (MOH), quando suficientemente diludos, corresponde ao calor

de formao da gua lquida a partir dos ons hidrognio e hidroxila. A equaocompleta dada por:

XMOHOHMXH 2 (2)

podendo ser reduzida a:

OHOHH 2

(3)

medida que os reagentes so diludos, o calor de neutralizao seaproxima de um valor limite igual a -13,4 Kcal/mol. Neste caso, o calor liberado independente da natureza do nion do cido e do ction da base. Isto no serverdadeiro se o cido ou a base no estiverem completamente ionizados,


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27

porque o calor de neutralizao ir diferir do valor terico dado acima devido aquantidade de calor necessria para completar a ionizao.

O cido actico est parcialmente ionizado em soluo e a suaneutralizao pelo hidrxido de sdio pode ser expressa como:

OHCOOCHOHCOOHCH 233 (4)

ou, considerando o processo em duas etapas:

OHOHH

HCOOCHCOOHCH

2

33

(5)

OHCOOCHOHCOOHCH 233

O calor de neutralizao neste caso o calor de formao da gua apartir dos ons hidrognio e hidroxila menos a energia requerida para dissociar asmolculas de cido actico no ionizadas.

Estes calores de neutralizao podem ser todos determinados por medidascalorimtricas simples, com um erro no maior que 2%.

Em muitos casos difcil determinar diretamente a variao de temperatura,T, com preciso. Em conseqncia, necessrio acompanhar a variao datemperatura com o tempo, atravs de leituras peridicas da mesma. Destemodo, obtida uma srie de dados com os quais pode ser construdo um grficocomo o da Figura 1.

A partir da Figura 1 pode ser obtido graficamente o valor correto para T. Nocaso desta experincia como as temperaturas rapidamente ficam constantes emfuno do tempo, os valores de T podem ser obtidos facilmente atravs dos

valores estacionrios das temperaturas da gua fria, gua morna e equilbrio.

T

T/0

C

/s

Figura 1- Variao da temperatura em funo do tempo.

2.3. Material e Reagentes

Para o Tcnico: Kits: Montar 3 kits (um por grupo)

1 bquer de 600 mL 2 pipetas volumtricas de 10 mL1 proveta de 200 mL Cronmetro2 pesa - filtros 1 basto de vidro4 bales volumtricos de 200 mL 1 balo volumtrico de 1 L1 bureta de 50 mL 1 litro de soluo de NaOH 0,5 M

1 pipeta volumtrica de 15 mL 500 mL de soluo HCl 0,5 M1 Calormetro, com termmetro 500 mL de soluo de cido actico 0,5 M


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(a)Determinao do equivalente em gua do calormetro: Medir a capacidade calorfica do calormetro (ver experincia 1). Se j

houver o valor tabelado do mesmo, proceder etapa seguinte.(b)Determinao do calor de neutralizao usando os cidos clordrico eactico e a base hidrxido de sdio: Adicionar no calormetro 150 mL de soluo 0,5 M de NaOH padronizada.

Agitar a soluo moderadamente e registrar a temperatura a cada 20segundos at que o equilbrio trmico seja atingido.

Adicionar 150 mL de soluo de HCl 0,5 M, com temperatura igual a dasoluo contida no calormetro. Agitar e iniciar rapidamente a leitura datemperatura desta mistura, anotando-a em intervalos de 10 segundos atque permanea constante, ou diminua lentamente.

Repetir este procedimento pelo menos mais uma vez.(c) Substituir a soluo de cido clordrico pela de cido actico e/ou depoiscido sulfrico

Repetir o procedimento (b) duas vezes.

2.5. Clculos Clculos dos Calores de Neutralizao

Supondo que a massa total da soluo 300 g e que o calor especfico dasoluo unitrio ento o calor liberado pela mistura do cido com a base serigual a:

)(00 calTCT Q3 (7)

HQ

ncal / mol

moles de base

(8)

2.6. Para a discusso dos resultados

Calcular o valor mdio dos calores de neutralizao medidos Comparar os resultados obtidos nas diversas experincias e explicar asrazes das eventuais diferenas.

Explique a diferena dos calores de neutralizao de cidos fracos e fortesencontrados

Analisar os resultados em funo dos erros envolvidos. Identific-los ediscutir o que poderia ser feito para corrigi-los.


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3. DETERMINAO DO CALOR DE DISSOLUO

3.1 Objetivo

Determinar o calor de dissoluo do cido benzico a partir das medidasde sua solubilidade em soluo aquosa a diferentes temperaturas

3.2. IntroduoNesta prtica ser estudado o equilbrio entre o soluto na soluo e o soluto

slido puro, para tanto ser utilizada uma soluo saturada de cido benzico,de forma a se obter o equilbrio:

soluto (slido puro) soluto (soluo)Nesta condio a soluo encontra-se saturada, com respeito ao soluto. A

condio de equilbrio requer que o potencial qumico do soluto (2) seja omesmo em ambas as fases, isto ,

2(slido,T,p) = 2(X2,T,p) (1)onde X2 a frao molar do soluto na soluo saturada, e portanto, asolubilidade do soluto (S) expressa em termos de frao molar. Se a soluo forideal, pode-se utilizar a seguinte relao:

RTlnSp(T,pT,S,pT,,X 02222 (2)onde 2

o o potencial qumico do soluto lquido puro.

Rearranjando a Eq. (2), a seguinte expresso para a solubilidade obtida:

RT

pTsolidopTS 2

o2 ),,(),(ln

(3)

Como 2o T p( , ) o potencial qumico do soluto lquido puro,

.),,(),( dissol2o2 G=pTsolidopT , onde .dissolG a energia livre molar de dissoluo

do soluto em saturao, a Eq. (3) pode ser reescrita na forma:

RT

GS dissol.ln

(4)

A forma diferencial da Eq. (4), sendo mantida a presso constante :

T

)G

R

1S) dissol.p

((ln

(5)

Dividindo ambos os membros da Eq. (5) por T:

T

/T)G

R

1

T

S)dissol.p

((ln

(6)Mediante a equao de Gibbs-Helmholtz:

2

p T

H

T

TG

)/(

a Eq. (6) se modifica para:

2

dissol.

RT

H

T

lnS

)( (7a)

ou de forma equivalente para:

R

H

T1

S dissol.)/(

)(ln

(7b)


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31

onde Hdissol. a variao de entalpia envolvida na dissoluo de um soluto

para formar uma soluo saturada, ou:

constantepa,T

Td

R

HlnSd

2

dissol. (8)

Supondo que Hdissol. constante entre as temperaturas T1 e T2, a Eq. (8)

pode ser facilmente integrada entre estes limites, ou seja:

12

dissol.

2

1

T

1

T

1

R

H

S

Sln (9)

onde S1 a solubilidade do soluto na temperatura absoluta T1 e S2 asolubilidade do soluto em T2.

Se a solubilidade de uma substncia determinada em duas temperaturasdiferentes, o seu calor de dissoluo ( Hdissol. ) pode ser calculado pela aplicao

da Eq. (9). Um resultado mais preciso pode ser obtido se a solubilidade fordeterminada em vrias temperaturas diferentes. Assim Hdissol. pode ser obtido da

inclinao de um grfico de ln S vs.1/T, conforme a Eq. (7b).

3.3. Material e ReagentesPara o Tcnico: Kits: Montar 3 kits (um por grupo)Erlenmeyers (8) PipetadorTermmetros (2) Bales volumtricos de 250 mL (2) e de 50 mL (1)Pipeta volumtrica de 25 mL Soluo de Hidrxido de sdio (0,05 e 0,1M);Bureta de 50 mL cido Benzico p.a.Proveta de 100 mL FenolftalenaBquer de 1000 mL Termostato

Basto de vidro


(a) Determinao do calor de dissoluo 25 C Colocar 6 g de cido benzico (p.a.) em um erlenmeyer. Adicionar 300 mL

de gua destilada e quente, em torno de 70oC. Mergulhar o erlenmeyer com a soluo no termostato a 25 oC. Aguardar

at que o equilbrio trmico seja atingido (o tempo da ordem de 10minutos, se a soluo for agitada periodicamente). Deixar o slido repousar.

Pipetar 25 mL do sobrenadante (esta operao deve ser rpida; nopermitir o ingresso voluntrio de partculas slidas dentro da pipeta; paraprevenir a cristalizao do cido no interior da pipeta, esta deve estarnuma temperatura ligeiramente acima da temperatura da soluo).

o Mantenha a pipeta aquecidaem um erlenmeyer com gua quente! Transferir a amostra a outro erlenmeyer (qualquer cido benzico

cristalizado dentro da pipeta deve ser levado para dentro do erlenmeyercom gua quente).

Titular a amostra com uma soluo padronizada de hidrxido de sdio 0,05N. Utilizar a fenolftalena como indicador.


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(b) Determinao do calor de dissoluo 35 e 45 C Repetir o procedimento (a) com o termostato a 35 e 45oC. As amostras da

soluo de cido benzico a alta temperatura (45 oC) devem ser tituladascom hidrxido de sdio 0,1 M.Se houver tempo faa pelo menos duas determinaes em cada

temperatura.

2.5. Clculos Determinao da solubilidade do cido benzicoSupondo que as densidades das solues nas diferentes temperaturas sounitrias, a solubilidade do cido benzico, em gramas por 100 g de gua,pode ser calculada em cada temperatura, por meio dos valores obtidos natitulao. Determinao do HdissolCom o valor de S j determinado, calcular o calor de dissoluo por meio

de um grfico Ln S vs. 1/T. Calcular a inclinao do grfico ln S vs. 1/T, com Tem Kelvin, utilizando-se a Eq. (7b).


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4. PROPRIEDADES PARCIAIS MOLARES DAS SOLUES

4.1 Objetivo

Determinar com exatido a densidade de lquidos e o volume molaraparente das solues gua- etanol e gua-NaCl.

4.2. Introduo

O estudo quantitativo das solues progrediu consideravelmente com aintroduo do conceito de quantidades parciais molares. Uma propriedade deuma soluo, por exemplo, o volume de uma mistura lcool-gua, variacontinuamente medida que se modifica sua composio. Uma propriedadeparcial molar de um componente de uma soluo deve ser definida de forma

que represente qualquer propriedade extensiva de uma soluo binria, atemperatura e presso constantes. Logo ser uma funo das duas variveisindependentes n1 e n2, as quais representam os nmeros de mols dos doiscomponentes presentes. A propriedade parcial molar do componente 1 definida com a relao:

pTnn

YY

,,1

1

2

(1a)

e, analogamente, para o componente 2,

pTnn

YY

,,2

2

1

(1b)

A quantidade parcial molar pode ser representada com uma barra sobre aletra que representa a propriedade e, por um nmero, que indica a qualcomponente se refere o valor. Assim, dado uma soluo binria Y que varia suacomposio em funo de n1e n2 , temos:

2211,21 YnYnY nn (T e p constantes) (2)

No caso do volume da soluo, a Eq. 2 pode ser escrita como:

2211 VnVnV (T e p constantes) (3)

onde

pT,,n2

2

pT,,n1

1

12

n

VVe

n

VV

so os valores parciais molares dos componentes 1 e 2 de uma soluo binria eV o volume total desta soluo.


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Os volumes parciais molares 1

V e 2

V podem ser avaliados a partir dasmedidas de densidade das solues. Mtodos grficos podem ser utilizados notratamento dos dados; destes, aquele que envolve o volume molar aparente vparticularmente apropriado para solues binrias.

O volume molar aparente se define pela relao:

2

0

11

n

VnVv

; (T e p constantes) (4)

onde V o volume da soluo que contm n1mols do componente 1 e n2molesdo componente 2;

0

1

V o volume molar do componente 1, a T e p dadas (em

solues ideais 10

1

VV ). J que:

0

112

VnnV v (5)

pode ser escrito como:

pTn

vv

pTn in

nn

VV

,,2

2

,,2

2

1

(6)

e

pTn

v

n

nVn

nn

VnVV

,,2

2

2

0

11

11

221

1

1

(7)

Em termos da densidade medida experimentalmente e dos pesosmoleculares M1e M2dos dois componentes, a Eq. (4) toma a forma:

0

112211

2

1Vn

MnMn

nv

(8)

Quando utilizada a escala de concentrao molal, n2= m (molalidade) en1 igual ao nmero de moles do componente 1(solvente) contidos em 1000gramas deste componente. Assim, a Eq. (8) pode ser reescrita como:

v m

mM

m

M

1 1000 1000 10002

1 1

1

2

(9)

onde: 1 = densidade do componente puro 1; = densidade da soluo demolalidade m (do componente 2) que tem peso molecular M2.


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Para o Tcnico: Kits: Montar 4 kits (um por grupo)Picnmetros; Cloreto de Sdio p.a.,Banho termosttico; lcool Etlico p.a.


O sistema etanol - gua proporciona um exemplo de comportamento noideal e particularmente interessante na regio de 0 a 15 mols por cento deetanol. O sistema cloreto de sdio gua tambm no apresenta umcomportamento ideal sendo um exemplo de sistema inico.

Esta prtica ser realizada em duas etapas. Na primeira seproceder o sistema Etanol-gua, em um segundo dia se proceder

o sistema NaCl-gua. Para cada prtica um relatrio dever sercoligido.

(a)Calibrao do volume do picnmetro Secar previamente o picnmetro de forma cuidadosa (lavar com lcool e

por para secar na estufa), pesado em balana analtica e entopreenchido com gua destilada e colocado no termostato durante 10 a 15minutos. A diferena de peso e o valor da densidade da gua a 25 oCfornece o valor de calibrao do volume do picnmetro.

Este procedimento deve ser repetido pelo menos mais duas vezes e

considerado o valor mdio. Os dados devem ser tabelados coforme tabelaem anexo.

(b)Determinao da densidade das soluesPreparar solues que contenham aproximadamente:

1, 2, 4, 8 e 12 mols de etanol em gua (pesar o etanol e a gua). Os dadosdevem ser tabelados conforme tabela em anexo.

3,2; 1,6; 0,8; 0,4 e 0,2 mols de cloreto de sdio em gua (no esquecer depesar a gua)este procedimento ser realizado em outro dia de prtica.

Os dados devem ser tabelados conforme tabela em anexo.

A densidade de cada soluo deve ser determinada exatamente a 250 C.Determinar as densidades das solues em questo, usando oprocedimento anlogo ao de calibrao do picnmetro. As pesagensdevero ser efetuadas nos picnmetros calibrados anteriormente, tomandoprecaues para impedir a evaporao dos componentes volteis.

Os volumes totais a serem utilizados nos clculos dependem do volume dopicnmetro a ser utilizado.Para minimizar os erros deve ser preparada uma quantidade suficiente

para trs determinaes.


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4.5. Clculos

A concentrao de cada soluo expressa em termos das escalas de

concentrao molal e para cada uma delas determinado o volumemolal aparente utilizando os valores da densidade e com auxlio da Eq. (9).Representar graficamente v em funo de m. Os resultados devem sertabelados como tabela em anexo.

Fazer um ajuste polinomial dos dados e encontrar a expresso dopolinmio (grau 3) que representa a curva experimental. Atravs destaexpresso determinar a derivada (dv / dm) para os vrios valores de m.Organizar os dados na tabela em anexo.

Atravs das Eqs. (6) e (7) estabelecer os volumes molares parciais dosoluto e do solvente em cada concentrao. No caso, n2= m, e n1, onmero de moles de solvente associados com n2moles de soluto, ou sejano caso de gua/etanol, n1 igual a 55,51, que corresponde a(1000/18,016).

Fazer um grfico de V2em funoda frao molar do soluto e compararcom resultados da literatura.


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5. CINTICA QUMICA DETERMINAO DA ORDEM DE UMA REAO

5.1. Objetivo

Determinar a ordem de uma reao qumica utilizando o mtodo dasconcentraes em excesso

5.2. Introduo

A velocidade, v, de uma reao qumica definida como sendo a variaoda concentrao de um dos componentes que toma parte na reao emfuno do tempo. Para uma reao do tipo:

aA + bB + ... mM + nN + ...a velocidade da reao dada por:

....].[].[][ BAk

dt

Ydv

onde YA, ou B, e k denominada constante cintica.Os expoentes , , ... no podem ser preditos teoricamente e so

estabelecidos pela observao da dependncia da velocidade em relao concentrao. A soma destes expoentes denominada ordem de reao. Aordem em relao a A , com relao a B , etc. Quando a soma dosexpoentes igual a 1 a reao denominada de primeira ordem; quando 2,de segunda ordem, etc.

Existem vrios mtodos para determinar a ordem de uma reao qumica.Um deles consiste em utilizar em excesso todos os reagentes, exceto um. Destemodo, as concentraes dos reagentes em excesso podem ser consideradasconstantes.

Considere a equao cintica de Maucourt-Fissen:

H2O2 + 2I- + 2H+ 2H2O + I2

Sua velocidade dada por d H O

dtk H O

[ ].[ ]2 2 2 2

quando a reao

realizada em meio cido com a concentrao de iodeto muito superior concentrao de perxido de hidrognio.

Desse modo se a reao for de ordem zero em relao ao H2O2, existiruma relao linear entre [H2O2]0 - [H2O2] e o tempo; se for de primeira ordemexistir uma relao linear entre ln [H2O2]/ [H2O2]0 e o tempo; se for de segundaordem, o tempo ser proporcional a {1/[H2O2] } {1/[H2O2]0}.

A velocidade desta reao mensurvel temperatura ambiente e podeser seguida pela adio de pequenas quantidades de ons tiossulfato deconcentrao conhecida. O iodo (I2) produzido pela reao rapidamentereduzido de volta para iodeto (I - ) pelos ons tiossulfato (S2O3-2 ).

2S2O3-2

+ I2 2I-

+ S4O6-2


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A reao continua at que todo o tiossulfato tenha sido convertido emtetrationato (S4O6-2), depois do que o iodo livre formado fica em soluo. A cordo iodo aumentada pela adio de soluo de amido. O intervalo de tempoentre o incio da reao e a mudana de cor da soluo uma medida davelocidade da reao.


Pipeta volumtrica de 20 mL (1) Balo volumtrico de 500 mL (1) Pipeta volumtrica de 5 mL (1) Bquer de 500 mL (1) Proveta de 100 mL (1) Bureta de 25 mL (2)

Suporte universal (1) Proveta de 100 ml (1) Termmetro (1) Cronmetro (1) H2O2a 3% (e diluir 60 mL para 500 mL) 100 ml de KI 1M 50 ml de H2SO43M 300 mL de Na2S2O3 0,1 M 50 mL de soluo de amido a 0,5%

5.4. Procedimento Experimental(a) Preparo da soluo

Coloque numa bureta tiossulfato de sdio 0,1M (Na2S2O3). Tome um bquer de 500 mL e adicione pela ordem:

o 150 mL de gua destiladao 20 mL de KI 1,0Mo 10 mL de H2SO43,0 Mo 2 mL de Na2S2O3 0,1 M (da bureta)o 3 mL de soluo de amido 0,5% (o amido deve ser novo!!)

Agite e mea a temperatura da soluo.(b) Medida do tempo de reao

Tome em uma proveta padronizada 20 mL da soluo de H2O2padronizada e adicione-os soluo, disparando o cronmetro.

o O cronmetro deve ficar acionado ininterruptamente. Um aluno aoBecker deve informar o tempo de virada. Somente ao fim dasmedidas que se deve fazer a diferena entre o tempo de cadavirada!

Agite a soluo, anote o tempo em que a soluo se torna azul e adicioneimediatamentemais 2 mL de tiossulfato de sdio.

Anote o tempo em que a soluo se torna novamente azul. Adicionenovamente 2 mL de tiossulfato de sdio.

Repita a operao por 9 vezes. Repita a operao completa pelo menos duas vezes.


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5.5. Clculos

Para cada conjunto de operao, complete a seguinte tabela calculando asconcentraes em mol/L da H2O2 inicial ( [H2O2]0) e a restante com o acrscimode tiossulfato de sdio ( [H

2O

2] ).

TEMPO DEVIRADA - T (s)

VolumeNa2S2O3

adicionados

MolsNa2S2O3usados

Mols I2formados

Mols [H2O2]restantes [H2O2]

[H2O2]0-[H2O2]

ln[ ]

[ ]

H O

H O

2 2

2 2 0

1 12 2 2 2[ ] [ ]H O H O o

1 2 Mdia mL mol mol mol M M M-1

t0 2 0 0 0 0 0

t1 4

t2 6

t3 8

t4 10

t5 12

t6 14

t7

16t8 18

t9 20

Plote os grficos representativos das equaes integradas de ordem zero,primeira e segunda, e determine a ordem da reao.

Calcule a constante cintica da reao qumica.

5.6. QUESTES

a)Explique os desvios possveis da reta obtida.b)O que significa a ordem desta reao em termos de formao dos

produtos?c) Por que se a reao for de ordem zero em relao ao H2O2, existir uma

relao linear entre [H2O2]0- [H2O2]e o tempo?d) Por que se a reao for de segunda ordem, o tempo ser proporcional a

{1/[H2O2] } {1/[H2O2]0}.

5.7. DadosDensidade da H2O2 : 1,44 g/cm3


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6. EQUILBRIO QUMICO EM SOLUES

6.1. ObjetivoDeterminar a constante de equilbrio de hidrlise de um ster em soluo.

6.2. IntroduoUm sistema fechado, abandonado a si mesmo, sofrer transformaes

qumicas at que o equilbrio qumico seja atingido. Supondo que nesse sistemaocorra uma reao do tipo:

O avano da reao em termos de reagentes em produtos, e vice-versa,ocorrer at que o equilbrio seja atingido. Atingido este ponto, para cadareao existe uma constante termodinmica de equilbrio que s depende datemperatura e, que para o caso do equilbrio acima, dada por:

eq

b

B

a

A

n

N

m

M

aa

aaK

.

. (1)

onde iia

representa a atividade de cada componente elevada ao respectivocoeficiente estequiomtrico.

A determinao experimental direta da constante termodinmica deequilbrio de execuo difcil e muitas vezes impossvel, pois nem sempre sepode chegar ao clculo das atividades dos diversos participantes do sistema.

Muito mais acessvel determinao experimental a chamada constante

estequiomtrica de equilbrio definida, para a reao exemplificada, por:

eq

b

B

a

A

n

N

m

M

cCC

CCK

.

.

(2)

onde iiC

representa a concentrao de cada componente elevada aorespectivo coeficiente estequiomtrico.

Neste experimento consideraremos a reao de esterificao, na qual umlcool e um cido reagem dando ster e gua em reao direta, e, em sentidoinverso, ou seja, a hidrlise do ster, produzindo cido e lcool.

Ambas as reaes atingiro o equilbrio quando suas velocidades dereao, direta e inversa, se igualar. Nesse ponto, a constante termodinmica deequilbrio, K, definida em termo do produtrio das atividades dos produtos emrelao ao produtrio das atividades dos reagentes, componentes do sistema,conforme equao (1).

Entretanto, para as solues diludas, consideradas ideais, as constantes deequilbrio so calculadas simplesmente em termo das concentraes dosreagentes e produtos, conforme equao (2).

O exemplo especfico a ser considerado aqui a formao de acetato deetila a partir de cido actico e etanol.

C2H5OH + CH3COOH CH3COOC2H5+ H2OA constante de equilbrio da reao inversa, hidrlise do ster, dada por:

aA + bB mM + nM


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][][

][][

OHHCOOCCH

COOHCHOHHC

2523

352K (3)

onde [C2H5OH], [CH3COOH], [CH3COOC2H5] e [H2O] representam aconcentrao dos componentes. necessrio variar a temperatura ou usar um

catalisador de modo alcanar mais rapidamente o equilbrio. Nesta experincia,a reao catalisada pelo cido clordrico.

6.3. Material e ReagentesPara o Tcnico: Kits: Montar at 4 kits (um por grupo) 1 (uma) bureta de 50,0 mL 1 (uma) pisseta de gua destilada 12 (doze) erlenmeyers de 125 mL (com tampa ou rolha) (quatro) pipetas graduada de 5 mL 15 mL de gua destilada (pisseta) etanol P.A. 40 mL de acetato de etila P.A.

5 mL de cido actico P.A. (glacial) 500 mL de soluo de NaOH 0,5 mol L-1 60 mL de soluo de HCl 3,0 mol L-1 Soluo de indicador fenoftalena a 1 % alcolico

6.4. Procedimento Experimental(a) Preparao antecipada do sistema para atingir o equilbrio Separar 11 erlenmeyers numerados e preparar as solues constantes na

Tabela 01. Vedar os erlenmeyers e mant-los bem tampados, para evitar evaporao,

cerca de uma semanaat que o equilbrio seja atingido.o No necessrio conservar os frascos em um termostato, porque este

equilbrio muito pouco afetado por variaes da temperatura. A soluo do frasco 12 dever ser preparada ao incio da experincia,

antes do comeo das titulaes indicadas abaixo.

Tabela 01.Valores iniciais (mL) dos reagentes em 10 mL de soluo.

Erlenmeyer V(H3COOC2H5C) V(H2O) V(C2H5OH) V(CH3COOH) V(HCl)

1 0 5 0 0 52 5 0 0 0 53 4 1 0 0 54 4 0 1 0 55 4 0 0 1 56 3 2 0 0 57 3 0 0 2 58 3 1 1 0 59 3 0 2 0 510 3 0 1 1 511 3 1 0 1 512 3 2 0 0 5

/g cm-3 (20 oC) 0,90033 0,9982 0,7893 1,0492 1,0640

M/g mol-1 88 18 46 60 36,5


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(b) Obteno da concentrao dos componentes do equilbrio Pipetar 3 alquotas de 2 mL da soluo de cada erlenmeyer da Tabela 1,

previamente preparada, e transferir cada uma para um erlenmeyer de50 mL.

Adicionar uma gota de fenoftalena a cada amostra e titular com soluo

0,5 mol L-1de NaOH. Anotar o volume gasto em cada titulao e preenchera Tabela 2, em anexo.

6.5. Clculos(a) Obteno das concentraes dos componentes em equilbrio

A massa da gua na soluo inicial m0(H2O), de cada frasco dada por:m0(H2O) =m1(H2O) +mA

o Onde: m1(H2O) a massa de gua pura usada no preparo das misturas doQuadro 1, mA a massa da gua contida em 5 mL da soluo 3 mol L -1 deHCl; essa massa calculada utilizando a densidade da soluo de cidoclordrico (vide Tabela 1) e a massa de HCl contida nos 5 mL de soluo.

A quantidade de cido actico, no equilbrio, nas solues dos erlenmeyersnmeros 2 a 11, calculada a partir do volume da soluo de hidrxido desdio que se obtm subtraindo o volume da soluo de hidrxido de sdiogasto na titulao do frasco nmero 1 daquele gasto nas respectivassolues. Valores assim calculados devem constar na ltima coluna daTabela 02.

No preparo das solues dos frascos nmeros 5, 7, 10 e 11 foi adicionadocido actico e estas quantidades devem ser usadas no clculo dasmassas, no equilbrio, dos outros reagentes. Da reao estequiomtrica,observa-se que para cada 1 mol de cido actico produzido, 1 mol deetanol produzido e so consumidos 1 mol de acetato de etila e 1 mol degua.

As massas e, conseqentemente, os nmeros de mols dos quatro reagentes,nas misturas originais, so calculados utilizando as suas densidades e massasmoleculares dadas na Tabela 01.

A partir dos dados obtidos, calcula-se o nmero de mols no equilbrio, dosquatro reagentes para as solues dos frascos nmeros 2 a 11.

Pela equao (3), calcula-se a constante K, para as dez solues. Observe que a soluo nmero 12 preparada como a soluo nmero 6.

A quantidade de cido actico formado, na soluo 12, deve ser

determinada por titulao com NaOH e calculada como indicada para assolues 2 a 11.

(b) Tratamentos dos dados experimentais Proceder os clculos referentes obteno do nmero de mols dos

reagentes nas solues iniciais e no equilbrio. Preencher as Tabelas 02 e 03 (em anexo) com os dados experimentais e

calculados. Encontrar o valor mdio da constante de equilbrio, temperatura

ambiente.

6.6. QUESTESComparar os resultados obtidos para as solues 6 e 12. Explicar adiferena se houver.


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6.7. ANEXOS

Tabela 02.Volumes gastos (mL) de soluo de NaOH 0,5 mol L-1nas titulaes, emtriplicatas.

Erlenmeyer VI VII VIII Vm VmV1m*

1 0

2

3

4

5

6

7

89

10

11

12* V1m= valor mdio do erlenmeyer 1, que dever ser descontado dos demais volumes

Tabela 03.Nmeros de moles dos reagentes e produtos em 10 mL de soluo noincio e equilbrio, e a constante de equilbrio (K) calculada.

ErlenmeyerQuantidades Iniciais Quantidades em Equilbrio Constante

deEquilbrio, Kn0(1) n0(2) n0(3) n0(1) ne(1) ne(2) ne(3) ne(1)

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12Legenda:(1) H3COOC2H5C; (2) H2O; (3) C2H5OH; (4) CH3COOH; (5) HCl 3 mol L-1.


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7. DIAGRAMA DE SOLUBILIDADE PARA UM SISTEMA TERNRIO DE LQUIDOS

7.1. Objetivo

Determinar a curva de solubilidade de um sistema ternrio constitudo de doislquidos imiscveis e de um terceiro lquido miscvel.

7.2. IntroduoQuando dois lquidos Be C so imiscveis, porm cada um miscvel com um

terceiro lquido A, possvel tornar Be Cmutuamente miscveis pela adio de A mistura de ambos. A quantidade de Anecessria para tornar B eCmiscveis diferente para cada proporo determinada de B eC.

Para um sistema ternrio de lquidos, temperatura e presso constante, odiagrama de fases representado em um tringulo equiltero. Os dados decomposio dos trs componentes so locados na rea representada pelotringulo. Em cada lado do tringulo representada a concentrao de um doscomponentes, em frao molar ou porcentagem (m/m ou V/V), de modo quecada vrtice do tringulo represente 100 % de cada componente (ou fraomolar unitria).

A composio de misturas contendo apenas dois dos componentes representada por pontos dos lados do tringulo e a composio de misturasternrias representada por pontos internos do tringulo. Os pontos de qualquerlinha paralela a um lado do tringulo correspondem a uma determinadaconcentrao do componente puro representado pelo vrtice oposto. Acomposio de um sistema ternrio dada pelas linhas paralelas aos trs ladosdo tringulo retngulo que se interceptam no ponto que representa acomposio do sistema. Por exemplo, a composio dos sistemas A-B-C,representada pelo ponto Pno grfico triangular mostrado na Figura 1 25 % de A,25 % de Be 50 % de C (% m/m).

Figura 1. Diagrama de um sistema A-B-C, expresso em %m/m de cada

componente.


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Ser estudado nesta experincia um dos sistemas ternrios mais simples,constitudo de acetona, gua e acetato de etila. Os dois componentes, gua eacetato de etila so parcialmente miscveis, enquanto que os pares gua-acetona e acetato de etila-acetona so miscveis em todas as propores.Quando gua e acetato de etila so misturados, eles podem formar duas

camadas, uma rica em gua, outra rica em acetato de etila. Adicionando-se mistura uma pequena quantidade de acetona, ela se distribui entre as duascamadas e provoca uma redistribuio de gua e acetato de etila nas duascamadas. Isto , parte da gua da fase aquosa (rica em gua) transfere-se paraa fase orgnica (rica em acetato de etila) e vice-versa. Com adio contnua deacetona, a distribuio dos trs componentes no sistema vai se modificando.Enquanto a composies das duas camadas tendem para valores semelhantes,a quantidade de uma das fases aumenta e, conseqentemente a da outradiminui, at que esta se extingue ficando o sistema constitudo por uma nicafase. Da em diante, apesar da adio de mais acetona, o sistemapermanece

homogneo.Com vrios sistemas ternrios de composio conhecida, obtidas adicionando-se acetona a misturas de vrias propores de acetato de etila e gua at seobter uma soluo homognea, constri-se a curva de solubilidade do sistematernrio de lquidos. Os pontos da rea delimitada pela curva de solubilidaderepresentam sistemas de trs componentes que se desdobram em duas camadaslquidas e os outros pontos da rea do tringulo representam os sistemasconstitudos de uma nica fase.


Para o Tcnico: Kits: Montar 4 kits (um por grupo) 12 (doze) erlenmeyeres de 125 mL 3 (trs) buretas de 50,0 mL 150 mL gua destilada (pisseta) 200 mL de acetato de etila P.A. 400 mL de cetona P.A.

7.4. Procedimento ExperimentalPartindo de diferentes solues de dois dos componentes completamente

miscveis, adiciona-se um terceiro componente, sob agitao vigorosa, at que osistema apresente uma turvao permanente caracterstica da formao de

uma nova fase. As porcentagens dos componentes, no momento em que issoocorre, definem os pontos da curva que limita a zona heterognea. Uma vezconhecida essa curva, as linhas de unio podem ser determinadas a partir desistemas bifsicos, determinando a concentrao de um dos componentes emcada uma das fases em equilbrio. Prepare doze sistemas binrios, emerlenmeyers, conforme indicado na Tabela 1, em anexo.

No erlenmeyer 1, colocar 3,0 mL de acetato de etila e adicionar 22,0 mL degua. Titular com acetona at a mistura tornar-se lmpida (apresentar umanica fase).

Repetir este procedimento para os demais erlenmeyers, obedecendo squantidades iniciais na tabela 1, em anexo.


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7.5. Clculos

Admitindo que no haja variao do volume dos componentes ao seremmisturados :

Calcular as porcentagens em volume dos componentes nas solues

saturadas. Em um diagrama triangular plotar os valores obtidos. Traar a curva de solubilidade do sistema gua-acetato de etila-acetona.

Anotar a temperatura e presso atmosfrica. Apresentar o quadro devidamente preenchido com os dados

experimentais e calculados. Construir o diagrama de fases do sistema ternrio, com identificao das

reas. Registrar (marcar com cruz) no diagrama o ponto de um sistema cuja

composio em volume 20 % de acetona e 60 % de gua.

7.6. QUESTES Estimar a varincia do sistema com base no procedimento do tratamentode dados.

A 25 oC e 1 atm, sabe-se que a concentrao de acetona na fase rica emgua deste sistema de 18 %V/V. Determine a concentrao da fase ricaem acetato de etila, considerando que as condies do seu experimentono diferem significativamente das condies acima descritas.

Estimar a massa relativa das fases presentes neste sistema.

Tabela 1.Dados experimentais para a determinao da curva de solubilidade umsistema ternrio de lquidos, a presso e temperatura constantes.

Erlenmeyer

Volume/cm3 Concentrao/%V/V

Acetato deetila

gua AcetonaAcetato de

etilagua Acetona

1 3,0 22,0

2 4,0 21,0

3 6,0 19,0

4 9,0 16,0

5 11,0 14,0

6 14,0 11,0

7 16,0 9,0

8 19,0 6,0

9 20,0 5,0

10 21,0 4,0

11 22,0 3,012 23,0 2,0


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8. MISCIBILIDADE PARCIAL

8.1. Objetivo

Traar o diagrama de equilbrio para um sistema binrio constitudo porduas substncias parcialmente miscveis e determinar a temperatura consoluta.

8.2. Introduo

O critrio de solubilidade de dois lquidos a sua semelhana depropriedades fsicas e qumicas. Quando dois lquidos diferem grandemente empolaridade, associao etc., eles apresentam um desvio to grande em relao

ao comportamento ideal que se tornam parcialmente miscveis. Grandes desviospositivos em relao lei de Raoult conduzem miscibilidade incompleta de umlquido no outro.

Os sistemas lquidos binrios que possuem uma solubilidade mtua limitadana temperatura ambiente apresentam uma temperatura acima ou abaixo daqual se tornam miscveis em todas as propores. Essa temperatura chamadatemperatura crtica ou temperatura consoluta.

Usualmente os dois lquidos se tornam mais solveis com o aumento datemperatura. Nesse caso, a temperatura consoluta aquela acima da qual oslquidos so miscveis em todas as propores.

Na figura seguinte est representada a curva de equilbrio em um sistemade eixos temperatura x composio para um sistema de dois lquidosparcialmente miscveis que apresentam temperatura consoluta superior. Umexemplo de sistema que apresenta esse tipo de comportamento o sistema fenol

gua.A BB%

Tc

ba

2 fases

1 fase

Tem

pera

tura


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Partindo de misturas bifsicas, de composio conhecida, aquecem-se asmesmas a fim de determinar a temperatura em que o sistema se tornamonofsico.

a) Prepare uma mistura de 10 g de fenol e 6 mL de gua no tubo de vidrointerno do equipamento. Coloque junto um agitador magntico. Eviteque o fenol fique grudado nas paredes do tubo, acrescentando a guade forma a lavar as paredes.

b) Aquea o sistema em banho-maria, sob agitao, observando atemperatura em que a soluo se torna monofsica;

c) Retire o conjunto do banho quente e deixe esfriar, sob agitao,anotando a temperatura em que o sistema se torna bifsico;

d) Faa determinaes anlogas adicionando 3, 5, 6, 7, 8, 12 e 15 mL degua ao sistema, sem abri-lo. Utilize o orifcio existente na rolha.

Observao importante: O uso de luvas obrigatrio. Enxaguar com gua toda vidraria utilizada,exceto a bureta. Em caso de contaminao por fenol de reas,bancadas e equipamentos de uso comum, a limpeza deve serimediata devido ao risco de queimaduras.

8.4. Clculos

Trace um grfico temperatura x composio para o sistema fenol gua

usando os pares de valores determinados experimentalmente. Determine,graficamente, a temperatura consoluta para o sistema estudado e compare ovalor com o fornecido pela literatura. Expresse a composio do sistema emporcentagem mssica.

8.5. Questo

Seja 100 g de mistura contendo 30% em massa de fenol na temperatura de50 C. Localizem no seu diagrama os pontos representativos dessa mistura e dasfases conjugadas. Determine a composio e a massa das fases conjugadas.

8.6. Dados tabelados necessrios para confeco dos relatrios

Dados tericos relativos ao sistema fenol-gua para a confeco de umgrfico que permite a obteno da temperatura consoluta;

Temperatura consoluta e composio da mistura na temperaturaconsoluta.


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9. ADSORO

9.1. Objetivo

Estudar a adsoro pelo carvo do cido actico existente em soluesaquosas em funo da concentrao do cido na soluo e determinar asconstantes de adsoro da isoterma de Freundlich.

9.2. Introduo

Slidos e lquidos geralmente concentram em suas superfcies gases ousubstncias em soluo e este fenmeno denominado adsoro. O poder deadsoro especfico tanto para o adsorvido quando para o adsorvente.

A relao entre a quantidade de substncia adsorvida por um adsorvente e apresso do gs ou a concentrao da soluo no equilbrio, a uma dadatemperatura, denominada isoterma de adsoro. Diversas equaes tm sidopropostas para expressar o fenmeno. Muitos casos de adsoro por slidos desubstncias em soluo podem ser descritos pela equao de adsoroproposta por Fleundlich:

x/m = kc1/n (1)onde x/m a massa da substncia adsorvida por unidade de massa doadsorvente, C a concentrao da soluo no equilbrio, ke n so constantescaractersticas do adsorvente e soluto, respectivamente, a uma dadatemperatura.

Aplicando o logaritmo na expresso (1) obtm-se a equaoln(x/m)= lnk + (1/n)lnc. (2)

De acordo com esta equao um grfico de ln(x/m) versus lnC uma linhareta e as constantes ke npodem ser calculadas pela inclinao e interseo dareta obtida.

Nesta experincia ser estudada a adsoro de cido actico em soluesaquosas pelo carvo ativado. Para isso, massas definidas de carvo, pulverizadoe ativado, so colocadas em contato com uma srie de solues de vriasconcentraes do cido actico a ser adsorvido. Depois de estabelecido oequilbrio, as solues so filtradas e os lquidos obtidos so analisados para sedeterminar o grau de adsoro em cada caso. A quantidade adsorvida emcada caso calculada a partir das quantidades do soluto nas coloraes iniciale final.

9.3. Material e ReagentesPara o Tcnico: Kits: Montar 3 kits (um por grupo) 01 basto de vidro, tamanho mdio; 01 bquer de 250 mL; 01 funil de vidro, tamanho mdio; 01 rolo de filme de PVC para tampar os erlenmeyers; 01 esptula de ao inoxidvel, tamanho pequeno; 02 buretas de 50 mL;


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12 erlenmeyers de 125 mL; 06 folhas de papel de filtro (velocidade mdia); 01 balana analtica; 50 g de carvo ativado em p (triturado;); Soluo de indicador fenolftalena a 1 % alcolico;

250 mL de soluo de cido actico 0,4 mol L-1; 500 mL de soluo de hidrxido de sdio 0,05 mol L-1.


(a) Preparao das solueso Transferir com o auxlio de buretas, em seis erlenmeyers numerados e

contendo cada um aproximadamente 5 g de carvo ativado e pulverizado,os volumes de cido e gua conforme tabela abaixo:

Erlenmeyer V(HAc)/mL V(H2O)/mL

1 50,0 -2 35,0 15,03 25,0 25,04 15,0 35,05 10,0 40,06 8,0 42,0

o Vedar os erlenmeyers, com o filme de PVC, e agitar cada mistura durante 5

a 8 minutos, tendo o cuidado de mant-las temperatura ambiente,evitando aquec-las com as mos.

o Filtrar as solues dos erlenmeyers numerados para novos erlenmeyers limpose numerados. Limpar os erlenmeyers anteriores para serem usados natitulao seguinte

(b) Titulao das solues filtradas

o Transferir alquota de 10,0 mL do filtrado para o erlenmeyer 1 e titular comhidrxido de sdio 0,05 mol L-1usando como indicador a fenolftalena.

o Titular tambm os outros filtrados na seguinte proporo: 10,0 mL do

erlenmeyer 2 e 15,0 mL dos demais erlenmeyers 3, 4, 5 e 6.

9.5. Clculos

Calcular as concentraes iniciais (Cinicial), em g/L, do cido actico (massamolar = 60 g mol-1) nas solues contidas nos erlenmeyers.

o Calcular as concentraes (Cfinal), em g/L, do cido actico, apsfiltrao a partir da titulao com a base, depois de atingido oequilbrio.

A partir destes dados, calcular a quantidade,x, de cido actico adsorvido

de 50,0 mL de cada soluo em contato com aproximadamente 5 g decarvo (m) e, portanto, a razo (x/m).


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Com os valores dex/me as concentraes de equilbrio, C, constroem-se osgrficos,x/mversusC, e ln(x/m) versuslnC.

o No primeiro traa-se a curva de adsoro e com o segundo calculam-se as constantes ke n.

Apresente os dados conforme modelo de tabela em anexo;

Plote o grficox/mversusCfinal; Plote o grfico ln(x/m) versuslnCfinal; Estime os valores das constantes k e n a partir da equao obtida do

tratamento dos dados pelo mtodo dos mnimos quadrados.

9.6. QUESTES

o Conforme seu conhecimento de qumica, qual possvel aplicao do

fenmeno de adsoro?o Quanto de cido actico foi adsorvido pelo carvo? O estado de agregaodo slido influencia na adsoro? Explique.

o O aumento de temperatura da soluo aumentaria ou diminuiria a adsoro?Explique.

Tabela dos Dados de Adsoro

ErlenmeyerCHAc (gL-1)

X(g) x/m ln(x/m) lnCfinalinicial final

1

2

3

4

5

6


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10. EFEITO DA CONCENTRAO SOBRE A CONDUTIVIDADE ESPECFICA PONTE DEWHEATSTONE DE CORRENTE ALTERNADA

10.1. ObjetivosMedir a condutividade de eletrlitos fracos e moderados em diferentes

concentraes. Verificar a validade do modelo de Kohlrausch na curva vs.cE;;

10.2. Introduo

O mecanismo da conduo de corrente eltrica em solues eletrolticasdifere da dos metais. Nos metais a corrente composta unicamente de eltronslivres, j nos lquidos a conduo feita por ons.

A medida da condutividade requer o uso da corrente alternada a fim de

eliminar os efeitos da eletrlise, que ocasionam modificaes na composio dasoluo, contudo a freqncia dever situar-se entre certos limites, paraconseguirmos leituras otimizadas.

Pela 2a lei de Ohm, temos: A resistncia de um condutor diretamenteproporcional ao comprimento do condutor e inversamente proporcional reada seco transversal, temperatura constante. Ou seja:

a

lR

Onde: R = resistncia (ohm , )

= resistncia especfica (ohm.cm)l= comprimento do condutor (cm)

a = rea do condutor (cm2)A condutncia, L, de um condutor definida como sendo o inverso de sua

resistncia, isto :

LR

a

lk

a

l

1 1

L = condutncia (ohm-1ou mho, )k = condutividade ou condutncia especfica (mho/cm)A constante da clula dada pela relao:

a

l A condutividade eletroltica, tambm chamada de condutncia

especfica, a capacidade de uma soluo de conduzir a corrente eltrica. Hvrios fatores que afetam a condutividade das solues aquosas:

Temperatura: a condutividade aumenta com o aumento da temperatura.Para equipamentos que no possuam o sistema de compensaoautomtico de temperatura, a condutividade deve ser determinada a25oC, que a temperatura de referncia.

Natureza e carga dos ons Concentrao dos ons: visto que a condutividade varia com aconcentrao dos ons conveniente s comparar a condutividade de


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solues que contenham o mesmo nmero de cargas, trabalhando com acondutncia equivalente, que a condutividade de solues contendo umequivalente de cargas por cm3.

1000.

C= condutncia equivalente (mho.cm2/eq)

C = concentrao (eq/L, N)Alteraes na condutncia equivalente, devido a variaes na

concentrao, pode ser resultado de mudanas no nmero ou da mobilidadedos ons presentes.

Eletrlitos fortes so 100% ionizados em qualquer concentrao, de formaque seria de se esperar possurem a mesma condutncia equivalente em todasas concentraes. No entanto, a condutncia equivalente diminui com aconcentrao a partir de um mximo diluio infinita. Esta diminuio umafuno linear da raiz quadrada da concentrao (Kohlrausch), e se deve diminuio da mobilidade dos ons. A relao entre condutncia equivalente ()e condutncia equivalente diluio infinita (o) :

b C

Os valores de o para eletrlitos fortes so obtido por extrapolao, paravalores de diluio infinita, da condutncia equivalente versos a raiz quadradada concentrao.

No caso de eletrlitos fracos o valor de o no pode ser obtido porextrapolao para diluio infinita dos resultados obtidos a concentraes finitas,mas pode ser calculado a partir de resultados obtidos com eletrlitos fortes por

meio da lei de Kohlrausch, concernente a aditividade de condutncias inicas diluio infinita. Assim, para um cido HR, o valor o pode prontamente serdeterminado a partir do conhecimento dos valores de o para o HCl , NaCl, e osal de sdio, NaR, do cido fraco:

o,HR = o, HCl + o, NaR - o, NaCl

Em uma soluo concentrada de um eletrlito forte, os ons estosuficientemente prximos uns dos outros, de forma que o movimento dos mesmos influenciado no apenas pelo campo eltrico imposto pelos eletrodos, mastambm pelo campo da vizinhana inica. As velocidades inicas dependem,portanto, das duas fora.

Quando o eletrlito fraco, o aumento observado na condutnciaequivalente com a diluio devido principalmente ao aumento do nmero deons presentes, correspondente ao maior grau de dissociao nas soluesdiludas. Esta a base da teoria de Arrhenius, proposta em 1887. Quando oeletrlito fraco o grau de dissociao varia fortemente com a concentrao.Numa primeira aproximao pode-se chegar relao:

Onde = grau de dissociao


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Ser empregado o equipamento condutivmetro (marca Mettler-Toledo,

modelo MC 226, ou equivalente) que funciona pelo princpio da ponte deWheatstone de corrente alternada com freqncia na faixa de kHz a MHzpara eliminao da polarizao na clula de condutncia.

Pipeta volumtrica de 5, 10 e 20 e 25 mL (1) Balo volumtrico de 200 mL (2) Balo volumtrico de 50 mL (10) Bquer de 100 mL (4) Proveta de 100 ml (1) Basto de vidro (1) Vidro de relgio (1) cido actico p.a. Sulfato de cobre p.a. Termmetro (1)


(a) Preparo das solues Preparar cinco solues diludas de cido actico e de sulfato de cobre,

uma em cada balo. A primeira soluo dever ser 0,2M, preparada em um balo de 200 mL.

Reservar 50 mL para o primeiro balo.

A prxima soluo dever ser 50% mais diluda que a anterior, e assimsucessivamente. Utilize alquotas do balo de 200 ml para preparar asdemais solues diludas.

(b) Medidas de condutividade Como auxlio do condutivmetro, medir a condutividade especfica de

cada uma das solues. Anotar nas Tabelas 1 e 2.Onde: (S/cm) = condutividade (observe as unidades no equipamento);cE (equiv/cm3) = concentrao equivalente (concentrao molar divididopelo numero de equivalentes); (Scm2/equiv) = condutividade

equivalente, igual a condutividade dividida pela concentraoequivalente.

10.5. ClculosPreencher corretamente as tabelas 1 e 2 com os valores medidos

Plotar um grfico da condutividade vs. Concentrao molar com as duascurvas do cido actico e sulfato de cobre no mesmo grfico.

Plotar um grfico da condutncia equivalente em funo de cE;; .com as duas curvas do cido actico e sulfato de cobre no mesmo grfico.


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Tabela 1. Dados para as solues de cido actico.

c(mol/L)Temperatura

(C) (S/cm)cE

(equiv/cm3) (Scm2/equiv) cE;;

0.2

0.1

0.05

0.025

0.00125

Tabela 2. Dados para as solues de sulfato de cobre.

c(mol/L)Temperatura

(C)(S/cm)

cE(equiv/cm3) (Scm2/equiv) cE;

;

0.2

0.1

0.05

0.025

0.00125

10.6. QUESTES

Comentar os resultados e diferenas das curvas do grfico dacondutividade vs. Concentrao molar com as duas curvas do cido

actico e sulfato de cobre. Comentar os resultados e diferenas e verificar as condies de validade

do modelo de Kohlrausch = ob. cE;; com as duas curvas docido actico e sulfato de cobre.

Qual a diferena de condutividade entre gua potvel e gua destiladaou deionizada ?

Qual a importncia da medida de condutividade na indstria e no meioambiente ?


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11. COEFICIENTE DE PARTIO ENTRE DOIS LQUIDOS IMISCVEIS

11.1. ObjetivosVerificar a distribuio de um soluto entre dois lquidos imiscveis e calcular

o coeficiente de partio.

11.2. Introduo

Em um sistema composto de duas fases lquidas imiscveis, quando seadiciona um terceiro componente miscveis em ambas as fases, mantendo-se atemperatura constante, esse se distribuir entre ambas de acordo com umdeterminado equilbrio. Nesse caso, quando a adio de uma quantidadedeterminada de soluto entre dois solventes imiscveis, produzir um estado deequilbrio no qual tanto o potencial qumico como a fugacidade do soluto o

mesmo nas duas fases. possvel calcular o coeficiente de partio deste solutoentre as duas fases.

Considere: se uma soluo diluda de iodo em gua for agitada comtetracloreto de carbono imiscvel em gua , o iodo se distribuir entre os doiscomponentes da mistura. Se e ' forem os potenciais qumicos do iodo na guae no tetracloreto de carbono, respectivamente, ento no equilbrio = '. Seambas as solues forem diludas e ideais, ento, teremos * + RT Inx = '* + RTlnx',que pode ser escrita como:

(1)

Como ' * e * so independentes da composio, segue que:

(2)

A relao da concentrao do soluto entre as duas fases, K, umaconstante independente da concentrao total, conhecido como Coeficiente

de Distribuio ou Partio (K). A quantidade '* - * a variao da energia deGibbs padro, G*, para a transformao.

I2(em H2 O) I2(em H2 O)

A Eq. (1) torna-se:

(3)

que a relao usual entre a variao da energia de Gibbs padro e aconstante de equilbrio de uma reao qumica. Em solues suficientementediludas, as fraes molares so proporcionais s molalidades ou molaridades;ento, temos:


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Fsico-Qumica ExperimentalGuia de

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Guia de Laboratório FQ Exp UFAM V3 2014