Volume Molar Parcial, Notas de estudo de Química

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS

INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA

Físico-Química Experimental

MANAUS –AM

2009.

UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS

INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA

Propriedades molais paricais das soluções

Professor: Raimundo Ribeiro Passos.

Elaborado por: Victor Augusto Araújo de Freitas 20710413

Curso de graduação: Química (bacharelado) – Diurno.

MANAUS – AM

2009.

Resumo Uma substância tem propriedades capazes de caracterizá-la. Em se tratando de misturas homogêneas, soluções, outras propriedades também são

Índice

• 1. Introdução...............................................................................................................................
• 2. Materiais e reagentes..............................................................................................................
• 3. Procedimento experimental....................................................................................................
• 4. Resultados e Discussão..........................................................................................................
• 5. Conclusão.............................................................................................................................
• 6. Refências biliográficas.........................................................................................................

Introdução Uma substância tem propriedades capazes de caracterizá-la, tais como índice refração, volume e temperatura de fusão. Essas propriedades consistem em valores bem definidos de grandezas físicas^1.

Em se tratando de misturas homogêneas, soluções, outras propriedades também são importantes, dentre esta estão as grandezas molares parciais. As características de uma substância pura (solvente) se alteram quando em presença de um soluto. Considerando que a solução de água e cloreto de sódio (NaCl) formada seja não-ideal, além das variáveis termodinâmicas tradicionais (pressão e temperatura) as interações entre as espécies presentes na solução (íons), a natureza dos componentes, entre outras forças também irão influênciar no volume final da mistura. A razão para essa diferença é que o volume ocupado por um dado número de moléculas de água depende das moléculas que as rodeiam. O volume molar parcial de um componente numa solução varia com a composição da solução porque o ambiente de cada tipo de molécula muda com a composição da solução, o que resulta numa variação das forças intermoleculares que agem entre as moléculas 1,2.

Qualquer propriedade extensiva de um sistema homogêneo pode ser dada pela expressão^2 :

(1) Onde M representa a propriedade parcial molar extensiva variando o número de mols do componente i e os outros parametros constantes. Considerando que o volume total V de uma mistura binária é uma propriedade extensiva e a mistura contem n 1 moles do componente 1 e n 2 moles do componentes 2, então os volumes molares parciais V 1 e V 2 podem ser dados por: (2) (3) e estão relacionados com o volume total da solução através de:

(T e P constantes) (4)

Materiais e reagentes

• 02 picnômetros – 50 mL;
• 05 béqueres – 250 mL;
• Água destilada;
• NaCl sólido;
• Balança analítica;
• Espátulas;

Procedimento experimental Primeiramente foi realizado a calibração dos dois picnômetros utilizando água destilada, tomando o cuidado de evitar contato direto com o material para não engordurá-lo. O procedimento foi realizado em triplicata para cada picnômetro. O ambiente se encontrava a 27 oC e tentou-se mante-la constante durante toda realização do experimento.

Posteriormente foi realizado o cálculo para determinar a quantidade em gramas de NaCl necessários para preparar 0,2 kg das soluções com concentrações de 0,2; 0,4; 0,8; 1,6; 3,2 molkg-1.

O picnômetro foi pesado seco e posteriormente com a amostra, pela diferença entre os valores foi obtido a massa da solução. Esse procedimento foi realizado em triplicata para cada solução.

Foi obtido pequenos desvios-padrões, 57,72 molKg -1^ +/- 0,01 para o picnômetro 1 e 63,33 molKg -1^ +/-0,05 para o picnômetro 02 ,o que mostra que as calibrações foram realizadas satisfatoriamente.

• Preparo das soluções

As massas de NaCl (tabela 1) foram calculadas através da expressão 9:

Tabela SEQ Tabela * ARABIC 3 Massa de NaCl necessária para preparar diferentes soluções molais.

Solução (mol/kg) Massa de NaCl (g) Massa de água (kg) 0,2 2,3372 0, 0,4 4, 0,8 9, 1,6 18. 3,2 37,

O resultado da aferição das massas das soluções estão resumidas na tabela 4 onde pode-se observar a média as massas das soluções com diferentes molalidades com seus respectivos desvios padrões.

Solução (mol/kg) Massa da solução (g) Desvio-padrão 0,2 58,0509 ±0, 0,4 58,4878 ±0, 0,8 65,0505 ±0, 1,6 66,8631 ±0, 3,2 70,1011 ±0,

• Tratamento de dados De posse dos resultados e lembrando que as medições das soluções de 0,2 e 0,4 molKg-1^ foram realizadas com o picnômetro 01 e o restante das soluções com o picnômetro 02 pode-se calcular a densidade das soluções (tabela 5) pela expressão:

Tabela SEQ Tabela * ARABIC 5 Densidade das soluções. Solução (mol/kg) Densidade, ρ (g.dm -3) 0,2 1, 0,4 1, 0,8 1, 1,6 1, 3,2 1,

Sabendo que a densidade da água a 27 oC (ρ) é igual a 0,9965 g.dm -3^ e a densidade da solução (ρ 1 ), pode-se calcular o volume molar aparente de cada solução (tabela 6) através da expressão 6.

Tabela SEQ Tabela * ARABIC 6 Volume molar parcial das soluções

Solução (molkg-1^ ) Volume molar aparente (cm 3 .mol-1) 0,2 12, 0,4 16, 0,8 17, 1,6 19, 3,2 20,

Com o auxilio do programa OriginPro 8 os dados da tabela 4 foram colocados em gráfico do volume molar aparente (φ) contraa molalidade (W) (figura 2) e fez-se um ajuste polinomial de terceiro grau obtemos a curva na figura 3.

Figura SEQ Figura * ARABIC 2 Volume molar aparente em função da molalidade das soluções.

Figura SEQ Figura * ARABIC 3 Ajuste polinomial de grau 3 do volume molar aparente em função da molalidade das soluções.

Com o aumento da concentração de soluto o volume molar do solvente (V 1 ) tende a diminuir (tabela 8). Uma vez que o soluto possui massa e volume próprios, este irá ocupar o espaço onde antes só havia moléculas do solvente, diminuindo assim, o volume molar parcial do solvente. Em contrapartida o solvente tende a solvatar os íons do soluto, criando as chamadas esferas de solvatação ao redor dos íons, isso faz com que os íons fiquem mais distantes uns dos outros, aumentando assim o seu volume molar parcial (V 2 ). Tabela SEQ Tabela * ARABIC 8 Volume molar do soluto (V 1 ) e volume molar do solvente (V 2 ) das soluções. Solução (molkg -1) V 1 (cm 3 .mol -1) V 2 (cm 3 .mol -1) 0,2 18,1137 15, 0,4 18,0945 19, 0,8 18,0721 21, 1,6 18,1829 16, 3,2 16,5195 48,

Verificando a figura 5 pode-se verificar melhor o efeito do aumento de volume do soluto (V 2 ) em relação a sua fração molar (X 2 ).

Figura SEQ Figura * ARABIC 5 Volume molar do solvente (V2) contra a fração molar do soluto (X2). O volume total da solução em militros (tabela 9) tende a 50 mL com a diminuição da quantidade de soluto presente. O que corrobora com o que foi discutido anteriormente.

Tabela 9 Volume total da solução em miliLitros.

Solução (molkg-1) Volume total (mL) 0,2 50, 0,4 50, 0,8 50, 1,6 52, 3,2 53,

Um ponto importante a ser observado é o fato do volume diminuir da concentração 0,2 molal para 0,4 molal e depois voltar a aumentar. Isso pode indicar que o solvente consegue comportar os íons do soluto intersticialmente em sua “estrutura” até determinada quantidade do mesmo, nessa etapa a soma das contribuições (formação de complexos de solvatação e formação de pontes de hidrogênio, desustruturação do solvente etc) gera um efeito negativo sobre o volume total da solução, diminuindo seu volume. Após a adição de mais soluto (concentração 0,8 molal) o volume molar da solução tende a aumentar, visto que está sendo adicionado matéria, então ocupará um certo volume dentro da solução, tendo como efeito global o aumento do volume total da solução como pode ser observado na tabela 9(4)^.

Refências biliográficas

(^1) Site < http://pessoal.utfpr.edu.br/jbfloriano/arquivos/propriedades-de-

liquidos-p06.pdf > acessado em 13/12/2009. (^2) Site < http://74.125.113.132/search?

q=cache:MuP2wBGU5lkJ:www.eq.uc.pt/~abel/ TL_2-1.doc+propriedade+parcial+molar&cd=1&hl=pt- BR&ct=clnk&gl=br > acessado em 13/12/2009/ (^3) Site < http://www.labufc.com.br/arqs/Apostila_FQII.pdf > acessado em

13/12/2009. (^4) MAGALHÃES, J. G. Estudo experimental do volume molar em excesso

de soluções líquidas binárias contendo clorofórmio e aminas a diferentes temperaturas e à pressão atmosférica. Dissertação de mestrado. Universidade de Campinas, SP. 2007. IQBAL, M. J; SIDDIQUAH, M. Partial Molar Volume of Mefenamic Acid in Alcohol at Temperatures between T=293.15 and T=313.15 K. Journal of Brazilian Chemistry Society. V. 17, n. 5, p. 851 – 858.