UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS – UFAM
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS – ICE
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA – DQ
8° RELATÓRIO DE FÍSICO-QUÍMICA EXPERIMENTAL (IEQ 363)
MANAUS
2019
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Miscibilidade Parcial, Trabalhos de Físico-Química
Relatório referente a aula da disciplina Físico-Química Experimental.
Tipologia: Trabalhos
2020
1 / 10
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8 ° RELATÓRIO DE FÍSICO-QUÍMICA EXPERIMENTAL (IEQ 363)
MANAUS
UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS – UFAM
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS – ICE
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA – DQ
PRÁTICA 8 : MISCIBILIDADE PARCIAL
Alunos: Camila Macena Ruzo – 21453586 Emerson Lucas Moraes Freire – 21457075 Ilonita da Silva Matos – 21201469 Ted Wilson Pereira de Oliveira – 21453579 Data: 27 de maio de 2019 Professor Dr. Kelson Mota Teixeira de Oliveira MANAUS 2019
1 OBJETIVOS
Traçar o diagrama de equilíbrio para um sistema binário constituído por duas substâncias parcialmente miscíveis e determinar a temperatura consoluta.
2 INTRODUÇÃO TEÓRICA
As misturas apresentam as propriedades de seus constituintes, a mistura de determinadas substâncias pode ser classificada como homogêneas ou heterogênias^1. Os sistemas homogêneos quando formados por duas ou mais substâncias miscíveis umas nas outras chamamos de soluções. Os sistemas heterogêneos podem ser formados por uma única substância, porém em várias fases de agregação. Fatores como pressão do ambiente e temperatura do meio reacional afetam as características da reação. Um exemplo é a solubilidade de dois líquidos de soma total ou parcial.^2 A solubilidade pode ser definida como a capacidade que uma substância tem de se dissolver em outra a uma determinada temperatura. A quantidade de soluto para determinada quantidade de solvente varia muito de substância para substância^1. No caso dos líquidos tem-se o termo miscibilidade, para a capacidade que um líquido tem de se misturar, para a formação de um sistema homogêneo^3. Para um sistema de líquidos binários bifásico, teremos uma baixa solubilidade a temperatura ambiente, porém, ao serem submetidos ao aquecimento, até alcançarem a temperatura crítica ou consoluta, que neste caso pode-se definir como temperatura crítica superior de solução, que é a temperatura mais elevada em que pode haver separação entre as fases. Acima da temperatura crítica superior, os dois componentes são completamente miscíveis. Esta temperatura existe porque a energia do movimento de agitação térmica supera qualquer ganho de energia potencial que as moléculas de um tipo tenham em permanecerem juntas. A temperatura crítica ou consoluta a qual é caracterizada pela composição das substâncias, podendo ser solubilizada a uma temperatura acima ou abaixo da consoluta. Com isso, verifica-se a relação entre a temperatura e a composição das moléculas^3.
A solubilidade irá depender das características das substâncias, essas características poderão tornar a substância solúvel ou parcialmente solúvel, em determinados solventes. A lei de Raoult é usada para calcular a pressão de vapor total de um sistema com dois líquidos voláteis. Existem casos onde podemos observar grandes desvios em relação à Lei de Raoult, nas quais conduzem a miscibilidade parcial de um determinado líquido em outro^3. Em situações como esta, teremos que os líquidos não se solubilizam em todas as proporções, porém existem alterações no meio reacional que possibilitam a formação de um sistema que é totalmente solúvel. Com isso, a alteração no sistema poderá ocorrer se for adicionado um determinado líquido a uma dada temperatura em outro, desta forma a solubilidade pode ser afetada, onde o sistema com duas fases torna-se em sistema de uma fase única. No caso de haver a adição de um dos componentes, poderá ocorrer que o sistema monofásico se torne bifásico, desta forma deve haver novamente o ajuste da temperatura, para que os líquidos se solubilizem novamente^3.
3 MATERIAIS E REAGENTES
- 1 tubo de vidro;
- 1 agitador magnético;
- Fenol P.A.;
- Água destilada;
- Termômetro;
- Chapa aquecedora;
- 1 béquer;
- 1 Proveta de 25 mL.
4 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Preparou-se uma mistura de 10 g de fenol e 6 mL de água no tubo de vidro interno do equipamento e colocou-se junto um agitador magnético. Ao adicionar a água lavou-se as paredes do tubo para retirar o fenol que ficou grudado. Aqueceu-se o sistema em banho-maria, sob agitação, observou-se a temperatura em que a solução tornou-se monofásica. Retirou-se o conjunto do banho quente para esfriar, sob agitação, anotou-se a temperatura em que o sistema se tornou bifásico de novo. Posteriormente, adicionou-se 3, 5, 6, 7, 8, 12, e 15 mL de água ao sistema e repetiu-se o procedimento anterior em cada etapa.
Figura 1 - Gráfico da temperatura de solubilidade em função da porcentagem em massa de fenol, para a determinação da temperatura consoluta. (Valores de x (composição) destacados sobre os pontos) Para confirmação dos resultados e do gráfico plotado, determinou-se a fração molar da mistura água-fenol para ilustração de um gráfico semelhante que foi melhor analisado. Tabela 2 - Números de mols de água e fenol presente em cada mistura e suas respectivas frações molares, para a determinação da temperatura consoluta Massa de H 2 O total (g) Mols de fenol Mols de água Fração molar de fenol Fração molar de água (^6) 0,11 0,33 0,24 0, (^9) 0,11 0,50 0,18 0, (^14) 0,11 0,77 0,12 0, (^20) 0,11 1,11 0,09 0, (^27) 0,11 1,49 0,07 0, (^35) 0,11 1,94 0,05 0, (^47) 0,11 2,60 0,04 0, (^62) 0,11 3,43 0,03 0, 62, 52, 41, 33, 26, 17,49 22, 13, 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 Temperatura ( °C) Composição (%)
Figura 2 - Diagrama de fases do sistema fenol-água, para a determinação da temperatura consoluta A linha tracejada em cima do ponto indica que até o valor de 62 °C a concentração das duas fases está em equilíbrio para qualquer proporção contendo fenol e água. De fato, à temperatura ambiente o sistema fenol-água apresentou caráter bifásico e conforme aumento da temperatura, foi deixando seu aspecto turvo para dar lugar a uma solução monofásica e límpida. Segundo a experimentação, a temperatura observada da primeira solubilização foi de 62 °C. Entretanto, este não é o valor da temperatura consoluta. A determinação desta foi feita por média dos valores de temperatura de solubilidade e inscrita na Tabela 1 como Temperatura Crítica de Solubilidade que é igual a 65,5 °C. Comparando-se com a literatura, temos um valor satisfatório. Calculou-se o erro relativo (Equação 1): |𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑎𝑝𝑟𝑜𝑥𝑖𝑚𝑎𝑑𝑜−𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑥𝑎𝑡𝑜| 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑥𝑎𝑡𝑜 x 100 = 0 ,53% (Equação 1) A questão proposta no manual é a seguinte: Seja 100 g de mistura contendo 30 % em massa de fenol na temperatura de 50 ºC. Localizem no seu diagrama os pontos representativos dessa mistura e das fases conjugadas. Determine a composição e a massa das fases conjugadas. 57 59 61 63 65 67 69 71 73 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0, Temperatura ( °C) Composição (xA) 2 fases 1 fase
6 CONCLUSÕES
Com o experimento em questão foi possível observar que a composição da solução binária bifásica de fenol e água varia de acordo com a temperatura. Observou-se que líquidos parcialmente miscíveis são líquidos que não se misturam em todas as proporções. Com o aumento dessa temperatura observou-se que houve também um aumento da solubilidade das substâncias. Porém, existe uma temperatura onde a quantidade de água dissolve toda a quantidade de fenol, de modo que os dois componentes se tornassem miscíveis a qualquer proporção. Essa temperatura é chamada de temperatura crítrica ou temperatura consoluta, a qual, foi obtida experimentalmente, extrapolando por meio de um gráfico de Temperatura vs. Composição, observou-se um valor de Tc = 65,5 °C. Na literatura, observa-se que a temperatura crítica para o sistema fenol/água é de 65,85 °C^4. Foi calculado o erro envolvendo o experimento obtendo-se o valor de 0,53 % do valor encontrado na literatura, podendo comprovar um resultado satisfatório do valor obtido. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS (^1) ATKINS, PETER.; JONES, LORRETA. Princípios de Química: Questionando a vida moderna e o meio ambiente. 5. ed. Porto Alegre: Bookman, 2012. (^2) Portal de Química. Misturas. Disponível em: Acesso em: 26 de maio de 2019. (^3) ATKINS, P. W.; PAULA, JULIO DE. Físico-Química, 9ed. Rio de Janeiro: LTC,
- (v. 1). (^4) CASTELLAN, G.W. Fundamentos de Físico-Química. Rio de Janeiro, RJ. Editora LTC, 1986.