Baixe Densidade dos gases e índice de refração e outras Trabalhos em PDF para Físico-Química, somente na Docsity! CQ033 C – Físico-química Pós-laboratório 1 e 2: Densidade dos gases e Propriedades físico-químicas de líquidos e soluções: índice de refração 15/02/2022 – Bancada número 04 Nomes: Ana Carolina, Bianca Cavalcanti e Isabella Oberst Experimento 1 – DENSIDADE DOS GASES 1 – Introdução: Constantemente, os gases estão presentes no nosso cotidiano. Estes são uma forma de meteria que se moldam ao recipiente inserido e tem seu comportamento influenciado pela pressão (𝑝 ), temperatura (𝑇 ), volume ( 𝑉 ) e quantidade de matéria (𝑛 ). A lei dos gases ideias é a mais conhecida e utilizada no estudo dos gases (𝑝𝑉 = 𝑛𝑅𝑇 ). Um gás que segue perfeitamente essa equação para qualquer condição é considerado um gás perfeito. Entretanto um gás perfeito não existe por causa das forças intermoleculares. Tal equação apenas aproxima o estado para qualquer gás; fica cada vez mais exata, ou seja, cada vez mais próximo de um gás ideal, à medida que a pressão do gás tende a zero ou a temperatura tende a aumentar. Neste caso, o uso da equação de Van de Waals é mais adequado ((𝑝 + 𝑎 𝑉2) (𝑉𝑚 − 𝑏) = 𝑅𝑇 ) pois considera a medida de atração entre as moléculas (𝑎). Estas medidas não são independentes entre si e acabam influenciando as propriedades físico-químicas dos gases, sendo a densidade uma delas. A densidade é definida como a relação entre massa e volume de um gás (𝜌 = 𝑚 𝑉 ) em uma dada temperatura e pressão. Assim, dá equação dos gases ideias temos também que 𝜌 = 𝑝𝑀 𝑅𝑇 . Obviamente, a densidade de um gás é influenciada pelas condições ambientes que o mesmo se encontra. Essa interferência acontece pois o volume de qualquer gás varia com a mudança da temperatura e da pressão. Através da formulas apresentadas tempos que o volume é inversamente proporcional a densidade. Isso nos diz que a densidade é uma propriedade especifica de cada gás e assim entendemos porque um passeio de balão é capaz de acontecer ou então porque um balão de gás pode estourar se aquecido. 2 – Objetivo: Este experimento tem o intuito de ver, na prática, o comportamento real de um gás presente no cotidiano dos alunos: O 𝐶𝑂2. Matematicamente, o objetivo é obter resultados significativos de volume e massa de 𝐶𝑂2 formado após a reação (item 1 do tópico cálculos), com finalidade de chegar à densidade experimental do gás (item 2 do tópico cálculos, onde 𝜌𝑒𝑥𝑝 = 𝑚 𝑣 ) e, usando a temperatura e pressão ambientes, calcular a densidade que o gás deveria apresentar caso fosse, ou se comportasse, como um gás perfeito (item 3 do tópico cálculos, onde 𝜌𝑝𝑒𝑟𝑓 = 𝑝𝑀 𝑅𝑇 ). Com estes cálculos, seremos capazes de chegar a um objetivo maior: identificar, discutir e comparar as diferenças teóricas do comportamento de qualquer gás esperado do ideal (gás perfeito X gás real) utilizando-se do 𝐶𝑂2 como base e parâmetro (itens 5, 6 e 7 do tópico cálculos). 3 – Procedimento experimental: A pratica experimental 1 de densidade dos gases iniciou com a apresentação aos instrumentos do laboratório (como barômetro usado para medir a pressão ambiente e a medição da temperatura do dia) e os primeiros passos para uma boa conduta laboratorial. Foi necessário iniciar medindo as grandezas apresentadas no início e preparar a bancada para a atividade com uma proveta cheia de água - apoiada em um suporte universal – e mergulhada em uma caixa acrílica também cheia de água; uma mangueira adaptada na ponta foi inserida no interior da proveta com uma das extremidades para fora da caixa de acrílico. Todas as etapas a partir desta foram realizadas duas vezes para confirmação dos resultados e melhor discussão. A reação para liberar gás carbônico é regida pela seguinte equação química: 𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂3 + 𝐻𝐶𝑙 → 𝑁𝑎𝐶𝑙 + 𝐻2𝑂 + 𝐶𝑂2 E foi realizada com o auxílio de 1 4 sonrisal (massa de 1,072g no primeiro experimento. No segundo, 1,153g) um copo plástico e um tubo de vidro cheio de água; a soma destes foi a massa inicial do sistema (90,67 g para o primeiro experimento e 87,413 g para o segundo). O sonrisal foi depositado no tubo de vidro onde reagiu com a água e o sistema foi fechado rapidamente para evitar perda de gás. O volume de 𝐶𝑂2 foi coletado na proveta e medido após fim de todo reação química, o volume no experimento 1 foi de 74 ml e no experimento 2 foi de 92 ml. No fim, os níveis de água entre a proveta e a caixa de acrílico foram igualados com o intuito de que a altura (ℎ ) seja a mesma e não haja pressão hidrostática a ser calculada. O conjunto copo plástico + tubo de vidro + água foi medido para obter uma massa final, está foi subtraída da massa inicial para identificar, além do volume, a massa de 𝐶𝑂2 gerada (1° experimento: 0,094 g; 2° experimento: 0,09 g). Todos esses dados foram anotados e apresentados na tabela abaixo para melhor compreensão. 4 – Resultados e discussão: Tabela 1 – Dados coletados para a estimativa da densidade do 𝐶𝑂2. Propriedades 1° experimento 2° experimento Temperatura ambiente 24,5° C 24,5° C Pressão atmosférica 689 mmHg 689 mmHg 4.1.7 Calcule o erro relativo da sua medida em relação ao valor corrigido e discuta. O erro relativo e do valor obtido experimental e do valor corrigido geram uma diferença de 3,13%. Essa diferença pode ser causada por uma não reação total do sonrisal ou perda de parte da massa durante o contato desse com a água. Vale ressaltar que os procedimentos laboratoriais não são completamente perfeitos, e erros acabam acontecendo. Como exemplo, o experimento 1 teve perda de volume gasoso após a mangueira escapar da proveta. Já no experimento 2 tal erro não aconteceu. Todos esses fatores podem influencias na diferença mencionada. 5 – Conclusão: Com a execução do experimento foi possível determinar que vários fatores influenciam na densidade de um gás. O ambiente, a temperatura e a pressão podem interferir nas medições e, por consequência, não obtemos cálculos esperados pela literatura. Apesar da ciência ser capaz de produzir equações que chegam cada vez mais perto da exatidão, os gases ideias não existem no nosso cotidiano. Até a equação de Van der Waals, a mais coerente e respeitada na maior parte do tempo, comprova que o comportamento de “Gás ideal” não existe, e um gás se comporta - apesar de próximo do resultado obtido através de tal equação - sempre como um gás real, e não ideal. Exatamente como aconteceu com o gás carbônico neste experimento. 6 – Referências bibliográficas: RADETZKE, F. S.; UHMANN, R. I. M. O Uso da Prática Experimental para Significar Conceitos Relacionados à Densidade dos Gases. Revista Debates em Ensino de Química, [S. l.], v. 3, n. 2 ESP, p. 129–141, 2017. Disponível em: http://ead.codai.ufrpe.br/index.php/REDEQUIM/article/view/1618. Acesso em: 19 fev. 2022. ATKINS, P.; PAULA, J.D. Físico-Química - Vol. 1, 10ª edição. Grupo GEN, 2017. 9788521634737. Disponível em: https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521634737/. Acesso em: 19 Feb 2022 ATKINS, P.; PAULA, J.D. Físico-Química - Vol. 2, 10ª edição. Grupo GEN, 2017. 9788521634751. Disponível em: https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521634751/. Acesso em: 19 Feb 2022 Experimento 2 - PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DE LÍQUIDOS E SOLUÇÕES: ÍNDICE DE REFRAÇÃO 1 – Introdução: A luz é, na física, definida como um raio e, como tal, possui seus fenômenos. Um deles é a refração: acontece quando um raio de luz passa de uma superfície para outra – ambas transparentes. Assim, uma fração da luz sofre reflexão (outro fenômeno físico da luz como raio) e a outra porção sofre refração, ou seja, passa para o outro lado sofrendo uma leve mudança de direção. O cálculo da refração da luz é expressado através do índice de refração de um meio (𝑛 ). O índice de refração é uma importante propriedade óptica dos matérias e é amplamente utilizada em diversas áreas da física; determinação de concentração de soluções, grau de pureza e identificação de compostos químicos são algumas delas. Sendo assim, o índice de refração depende do material do meio, além da velocidade da luz (𝑐 ) no vácuo e da velocidade da luz no meio em questão (𝑣𝑚𝑒𝑖𝑜). Temos a seguinte relação: 𝑛 = 𝑐 𝑣𝑚𝑒𝑖𝑜 Ou podemos medir o índice de refração através dos ângulos de “entrada” e de “saída” da luz. Observamos que, 𝑖 é o ângulo incidente (de “entrada”) e 𝑝 é o ângulo de refração (de “saída”), sendo o índice de refração (𝑛 ) = 𝑠𝑒𝑛 𝑖 𝑠𝑒𝑛 𝑝 . Já existem, no entanto, diversas tecnologias e aparelhos utilizados para medir o índice de refração sem a necessidade dos cálculos acima; estes são chamados de refratômetros e consistem na unidade básica de um recipiente em formato de prisma. Neste experimento em especial utilizamos o Refratômetro de Abbé que, além de um corpo de prisma padrão, possui um espelho, uma luneta e uma fonte de luz. As partes do aparelho utilizada e estes procedimentos serão detalhados no item 3 – procedimento experimental. Apesar de toda física e matemática envolvida, o índice de refração nos proporciona várias observações e a possibilidade de entender porque um peixe parece sempre um pouco mais acima do seu posicionamento real quando observado, por exemplo. As contas para a obtenção do gráfico acima:
Ea
0 435%
joo | 4,8009H
“oo | 187904
«as | 1,668205
1206 | LAS
LINEA,
1,00838
pe ducoba
Ji 4
Digitalizado com CamScanner
1) Estime o valor do índice de refração da solução de concentração igual a 7%. 2) Estime o valor da concentração de uma solução cujo índice de refração é 1,370. 5 – Conclusão: Os resultados dos índices de refração obtidos experimentalmente revelam que as soluções com maior concentração de sacarose possuem um maior índice de refração. No vácuo, a refração da luz é igual a 1, portanto, a luz possui maior velocidade na água do que possui no vácuo, e tem maior velocidade nas soluções do que na água, aumentando de acordo com o aumento da concentração de sacarose. 6 – Referências bibliográficas: LOPES, Eric Barros; AGUIAR, Carlos Eduardo. Um método simples para medir o índice de refração de líquidos. XX Simpósio Nacional de Ensino de Física--SNEF , [S. l.], p. 1-6, 25 jan. 2013. MACHADO, Alessandra de C.; CUKLA, Anselmo; CESAR, Daniel F.; AL., et. Óptica e Termodinâmica. Grupo A, 2021. 9786556901503. Disponível em: https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9786556901503/. Acesso em: 22 fev. 2022. ATKINS, Peter; PAULA, Julio D. Físico-Química - Vol. 1, 10ª edição. Grupo GEN, 2017. 9788521634737. Disponível em: https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521634737/. Acesso em: 22 fev. 2022.