Físico-Química Experimental

Exp. 6: Equilíbrio Heterogêneo Ternário

Procedimento Experimental:

Adicionou-se cada volume de água e benzeno (indicada na tabela abaixo) com auxilio de uma bureta em um erlenmeyer e titulou-se com ácido acético, sob vigorosa agitação até que a solução apresentasse uma mistura homogênea;

Após o equilíbrio de fases (mistura homogênea), anotaram-se os volumes de H2O, C6H6 (utilizados) e CH3COOH (gastos na bureta);

Por meio das densidades dos reagentes determinou-se o nH 2O, nC 6 H 6 e nCH 3COOH ; E o numero de mols, determinou-se as X H 2O, XC 6 H 6 e XCH 3COOH ; Assim, através destes dados foi possível construir o diagrama ternário triangular e nele obter o

isoterma de equilíbrio de fases, e a miscibilidade dos compostos.

Esquema:

ÁguaBenzeno

Benzeno

Água

Ácido Acético

mistura homogênea

Água+

Benzeno+

Ácido acético

Forte agitação

Físico-Química Experimental

Volumes gastos de ácido acético glacial:

1ª Titulação: 5mL de benzeno + 4mL de água = 15,4mL de ácido acético 2ª Titulação: 5mL de benzeno + 5mL de água = 17,8mL de ácido acético 3ª Titulação: 5mL de benzeno + 6mL de água = 19,7mL de ácido acético

Cálculos:

Dados:

dágua: 1,00g/mLMMágua: 18,00g/moldbenzeno: 0,88g/mLMMbenzeno: 78,00g/moldácido acético: 1,05g/molMMácido acético: 60,00g/mol

Nº de mols da água:

1ª Titulação 2ª Titulação 3ª Titulação

d A=mAV A

1,00=mA

4,00mA=1,00∙ 4,00

mA=4,00 g

nA=mAMM A

= 4,0018,00

=0,222mols

d A=mAV A

1,00=mA

5,00mA=1,00∙5,00

mA=5,00g

nA=mAMM A

= 5,0018,00

=0,278mols

d A=mAV A

1,00=mA

6,00mA=1,00∙6,00

mA=6,00g

nA=mAMM A

= 4,0018,00

=0,333mols

Nº de mols do benzeno:

d B=mBV B

0,88=mB

5,00mB=0,88 ∙5,00

mB=4,40 g

nB=mBMMB

= 4,4078,00

=0,056mol

Físico-Química Experimental

Nº de mols do ácido acético:

1ª Titulação 2ª Titulação 3ª Titulação

dC=mCV C

1,05=mC

15,40mC=1,05 ∙15,40

mC=16,17 g

nC=mCMMC

=16,1760,00

=0,270mols

dC=mCV C

1,05=mC

17,80mC=1,05 ∙17,80

mC=18,69 g

nC=mCMMC

=18,6960,00

=0,312mols

dC=mCV C

1,05=mC

19,70mC=1,05 ∙19,70

mC=20,69 g

nC=mCMMC

=20,6960,00

=0,345mols

Fração Molar da água:

1ª Titulação 2ª Titulação 3ª Titulação

X A=nA

nA+nB+nC

X A=0,222

0,222+0,056+0,270

X A=0,2220,548

X A=0,40 2

X A=nA

nA+nB+nC

X A=0,278

0,278+0,056+0,312

X A=0,2780,646

X A=0,424

X A=nA

nA+nB+nC

X A=0,333

0,333+0,056+0,345

X A=0,3330,734

X A=0,452

Fração Molar do benzeno:

1ª Titulação 2ª Titulação 3ª Titulação

X B=nA

nA+nB+nC

X B=0,056

0,222+0,056+0,270

X B=0,0560,548

X B=0,103

X B=nA

nA+nB+nC

X B=0,056

0,278+0,056+0,312

X B=0,0560,646

X B=0,088

X B=nA

nA+nB+nC

X B=0,056

0,333+0,056+0,345

X B=0,0560,734

X B=0,077

Fração Molar do ácido acético:

1ª Titulação 2ª Titulação 3ª Titulação

XC=nC

nA+nB+nC

XC=0,270

0,222+0,056+0,270

XC=0,2700,548

XC=0,49 0

XC=nC

nA+nB+nC

XC=0,270

0,222+0,056+0,270

XC=0,2700,646

XC=0,488

XC=nC

nA+nB+nC

XC=0,270

0,222+0,056+0,270

XC=0,2700,646

XC=0,471

Físico-Química Experimental

Tabela:

Bancada

Vágua (mL) Vbenzeno(mL) Vácido (mL) Xágua Xbenzeno Xácido acético

1A1,00 5,00 5,50 0,265 0,270 0,4642,00 5,00 9,30 0,336 0,170 0,4943,00 5,00 11,90 0,392 0,129 0,479

1B4,00 5,00 15,40 0,402 0,103 0,4905,00 5,00 17,80 0,424 0,088 0,4886,00 5,00 19,70 0,452 0,077 0,471

2A7,00 5,00 23,00 0,480 0,069 0,4508,00 5,00 25,00 0,490 0,063 0,4409,00 5,00 25,50 0,520 0,059 0,420

2B1,00 5,00 7,00 0,230 0,230 0,5202,00 5,00 10,40 0,340 0,150 0,5003,00 5,00 25,70 0,480 0,048 0,480

3A4,00 5,00 5,00 0,537 0,180 0,2835,00 5,00 6,20 0,575 0,145 0,2806,00 5,00 6,40 0,623 0,126 0,251

3B7,00 5,00 20,90 0,333 0,333 0,3338,00 5,00 23,50 0,285 0,333 0,3809,00 5,00 26,20 0,285 0,328 0,374

4A 5,00 5,00 17,90 0,430 0,090 0,480

4B5,00 4,00 16,70 0,475 0,073 0,4755,00 5,00 17,80 0,429 0,087 0,4835,00 6,00 0,40 0,403 0,098 0,499

5A5,00 1,00 9,30 0,469 0,011 0,2715,00 2,00 11,50 0,350 0,022 0,3355,00 3,00 14,10 0,280 0,033 0,426

5B5,00 4,00 18,40 0,450 0,073 0,4705,00 5,00 17,50 0,670 0,130 0,1905,00 6,00 18,60 0,630 0,150 0,210

6B5,00 1,00 9,50 0,610 0,037 0,3655,00 2,00 12,40 0,386 0,031 0,3015,00 3,00 14,50 0,319 0,389 0,292

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Questões:

1- Desenhe as estruturas moleculares das espécies envolvidas nessa experiência e represente, em cada caso o vetor momento de dipolo resultante. Resp:

CompostoFórmula

molecularFórmula Estrutural Vetor Momento Polaridade

Água H2O Muito polar

Benzeno C6H6 Apolar

Ácido acético CH3COOH Polar

2- Explique porque água e benzeno não são solúveis entre si. Resp: A solubilidade de uma substância em outra depende de uma característica química chamada polaridade. A regra básica e simplória diz que "semelhante dissolve semelhante", em outras palavras, compostos apolares dissolvem compostos apolares e não dissolvem os polares. E vice versa.No caso destes dois solventes, pode-se dizer que a água trata-se uma substância altamente polar, enquanto o benzeno é uma substância apolar (não tem pólos) o que faz com que as duas não se misturem.

3- Explique como o sistema ternário água – benzeno – ácido acético pode se tornar solúvel.

Físico-Química Experimental

Resp: Através do solvente que é miscível nos outros dois, neste caso o ácido acético (polar) ao ser adicionado na quantidade correta irá fazer com que a solução atinja um ponto de equilíbrio, tornando o sistema ternário uma mistura homogênea e solúvel entre si, além do fato de que quanto maior o momento dipolar, maior a solubilidade em substâncias polares.

4- Quais as forças intermoleculares atuantes em cada um dos solventes utilizados na forma pura? Resp: Na molécula de água as força intermoleculares atuantes são as PONTES DE HIDROGÊNIO, que são forças de natureza elétrica do tipo dipolo permanente - dipolo permanente, porém bem mais intensas. Ocorrem quando a molécula é polar e possui “H” ligado a um elemento muito eletronegativo e de pequeno raio, de modo que o hidrogênio de uma molécula estabelece uma ligação com o átomo muito eletronegativo de outra molécula.

Na molécula de benzeno quem atua são as FORÇAS DE VAN DER WAALS OU FORÇAS DE LONDON OU DIPOLO INDUZIDO - DIPOLO INDUZIDO, as quais ocorrem entre moléculas apolares ou entre átomos de gases nobres, quando por um motivo qualquer ocorre uma assimetria na nuvem eletrônica, gerando um dipolo que induz as demais moléculas ou átomos a também formarem dipolos.

Já no caso do ácido acético as forças intermoleculares atuam em conjunto, onde estão presentes as FORÇAS DE VAN DER WAALS, as PONTES DE HIDROGÊNIO e também as FORÇAS DO TIPO DIPOLO PERMANENTE - DIPOLO PERMANENTE, as quais ocorrem em moléculas polares, de modo que a extremidade negativa do dipolo de uma molécula se aproxime da extremidade positiva do dipolo de outra molécula. São mais fortes que as forças de London.

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Conclusão:

Concluímos que um sistema composto por dois ou mais líquidos pode ser homogêneo ou não de acordo com a concentração de cada componente, alguns fatores que influenciam na miscibilidade dos líquidos são, a sua natureza molecular, temperatura, pressão, presença de outros líquidos entre outros. E uma forma de analisar em que proporções pode-se ter uma mistura de três componentes homogênea é pelo diagrama triangular de solubilidade, na experiência realizada foi utilizados o acido acético, benzeno e água onde fornece uma mistura interessante pois em temperaturas normais a água e benzeno são poucos solúveis um no outro por ser um polar e o outro apolar, enquanto cada desses líquidos é miscível em acido acético. Depois de titulada, a mistura de água/benzeno com ácido acético obtivemos o volume gasto pra encontrar o número de mols e assim encontrar sua fração molar para construir o diagrama ternário. Neste diagrama que está em anexo, podemos observar que na região mais escura está representada a fase homogênea das misturas, e na região mais clara está representada as misturas ainda em sua fase heterogênea. Em alguns dados relacionados na tabela (todos os valores do grupo 5A e o 2º valor do grupo 6B), não foi possível encontrar um ponto no gráfico, provavelmente devido a algum erro nos cálculos ou no experimento, logo, foram descartados por sua incoerência.

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Referências bibliográficas:

http://www.brasilescola.com/quimica/momento-dipolar-resultante.htm

http://www.coceducacao.com.br/bcoresp/bcorespmostra/0,5991,POR-6755-h,00.html

http://alfaconnection.net/pag_avsf/mol0202.htm

http://www.agracadaquimica.com.br/index.php?&ds=1&acao=quimica/ms2&i=2&id=42

http://pt.wikipedia.org/wiki/Solubilidade

Roteiro da aula

Anotações da aula