PRODEMIMENTO EXPERIMENTAL Determinação da massa molar de um gás: 1. Um isqueiro da marca BIC foi pesado na balança semi-analítica com até duas casas decimais. E a massa foi anotada na folha de dados. 2. Um tubo de borracha foi conectado na saída de gás do isqueiro. 3. A proveta foi mergulhada na bacia com água até mais ou menos 2/3 de seu volume, e invertida de modo que ficou completamente cheia com água. 4. A temperatura da água foi medida com ajuda de um termômetro. 5. Enquanto um componente da equipe segurava a proveta outro colocou a extremidade da mangueirinha dentro da proveta, e segurando o isqueiro apertou o gatilho lentamente de modo a liberar o gás. 6. O gás foi coletado até que se igualou o nível do volume dentro da proveta com o nível fora da mesma. Desse modo as pressões interna e externa serão iguais. 7. O volume do gás foi lido direto na proveta. 8. Após esse procedimento o isqueiro foi pesado novamente. 9. Esse procedimento foi feito três vezes. 10. Com os resultados obtidos a massa molar do gás pode ser calculada.
RESUTADOS E DISCUSSÃO
Parte A do Experimento: A primeira parte do experimento consistiu na determinação da massa molecular do gás butano coletado de um isqueiro (BIC), a partir do volume d’água deslocado numa proveta. Tabela 1: Massa do isqueiro e volume de água deslocada na proveta. Procedimento
1°
2°
3°
Massa do isqueiro antes(g)
18,85
18,68
18,5
Massa do isqueiro depois(g)
18,68
18,5
18,31
Volume deslocado (mL)
71
71
71
Para calcular a massa do butano é necessário conhecer algumas equações:
P: Pressão (Pressão atmosférica menos a pressão de vapor da água); V: Volume; n: número de mols; m: massa do butano; MM: massa molar do butano; R: Constante dos gases; T: temperatura. Assim: Como a temperatura medida na hora do experimento era de 28°C, seguindo o anexo da apostila a pressão de vapor da água a essa temperatura é igual a 28,4mmHg então, a pressão exercida pelo gás na coluna d’água dentro da proveta foi
de 731,6mmHg. Já que se considera que a pressão atmosférica no momento do experimento era de 1atm ou 760mmHg. Considerando ainda que a constante do gases é R = 0,082057 atm.L.K -1.mol-1 e a temperatura T = 28+273,15 = 301,15K (temperatura da água medida com termômetro no momento da experiência) obtêm-se pela expressão acima o resultado para a massa molar do gás butano.
Tabela 2: Massa molar do gás butano calculado com os valores obtidos experimentalmente. Procedimento
Pressão (atm)
Volume(mL)
Massa(g)
Massa Molar (g/mol)
1°
0,962
71
0,17
61,51
2°
0,962
71
0,18
65,12
3°
0,962
71
0,19
68,74
A massa molecular do butano C4H10 é 58g.mol-1. Comparamos os resultados obtidos determinando o erro relativo em porcentagem. As fórmulas que nos permite calcular o erro relativo em porcentagem são:
e
–
Sendo os valores experimentais de massa molecular encontrados na tabela 2.E o valor aceito é igual a massa molecular do butano(58gmol-1). Tabela 3:Erro absoluto e sistemático da massa molar do butano. Procedimento
Erro absoluto
Erro relativo(%)
1°
3,51
6,05
2°
7,12
12,28
3°
10,74
18,52
Os dados obtidos experimentalmente não foram iguais ao verdadeiro valor da massa molecular do butano. Isso se deve principalmente aos erros operacionais tais como: a presença de ar na proveta devido a má manipulação no preenchimento da mesma, fazendo assim com que não se retirasse todo o ar nela contido; a perda de massa de gás devido algum deslizes na conexão entre o isqueiro e a mangueira que conduzia o gás à proveta; o operador pode ter estrangulado a mangueira ocasionando vazamento de gás na outra extremidade e o gás pode ter sido liberado rapidamente ocasionando assim uma perda na massa pelo congelamento do gás no bico do isqueiro. Como os volumes de água deslocada foram os mesmos nos três experimentos realizados por diferentes analistas, podemos supor a ocorrência de erros instrumentais. Esses erros podem ter ocorrido pela má precisão da bureta e do termômetro; e da má conexão da mangueira com isqueiro devido o diâmetro da mangueira ser maior que o diâmetro de vazão do gás do isqueiro.
Parte B do experimento: No experimento B observamos o efeito da pressão no ponto de ebulição da água fazendo com que um pequeno volume de água entrasse em ebulição dentro de um a seringa a uma temperatura de 60°C.e constatamos que com o aumento do volume, a pressão diminui assim a tendência de escape aumenta fazendo com que a água entre em ebulição em menos de 100°C. Parte C do experimento: A terceira parte do experimento é a determinação do teor de carbonato numa amostra. A determinação do teor de carbonato na amostra foi feita através da seguinte reação: CaCO3(s) + 2 HCl
CaCl2(aq) + CO2(g) + H2O(l)
A temperatura da água medida no momento do experimento foi de 28°C. Tabela 4: Massa de CaCO3 e volume de água deslocado. Procedimento
1°
2°
3°
Massa de CaCO3(s) (gramas) Volume (mL)
0,3241
0,3340
0,3558
70
71
71
De acordo com a estequiometria da reação as massas de gás carbônico (CO2 ) que seriam produzidas a partir da reação com as massa pesadas de CaCO3(s) são calculadas do seguinte modo:
CaCO3(s) + 2 HCl
CaCl2(aq) + CO2(g) + H2O(l)
110,1g --------------------------------- 44g 0,3241g ----------------------------------- xg ______________________________________________________
x = 0,1424 gramas Desse modo obteve-se os valores teóricos que deveriam ser alcançados. Os valores experimentais foram calculados utilizando a lei dos gases ideais conforme abaixo, explicito para o procedimento 1.
isolando a massa na equação dos gases ideais
Os resultados da massa teórica e massa experimental encontram na tabela abaixo.
de gás carbônico
Como um mol de carbonato que reage forma um mol de CO2 pode – se calcular o teor de carbonato na amostra pelos dados de CO2 ,assim: Teor de carbonato =
* 100
Tabela 5: Massa teórica e massa experimental de CO2. Procedimento
1°
2°
3°
Massa teórica de CO2 em gramas
0,1424
0,1468
0,1422
Massa experimental de CO2 em gramas
0,1247
0,1265
0,1265
87,5702
86,1716
88,9592
Teor de carbonato na amostra em %
Analisando a tabela observa-se uma diferença entre os valores teóricos e os valores experimentais das massas de gás carbônico. A diferença no teor de carbonato numa amostra pode ter ocorrido devido a erros operacionais semelhantes ao experimento A, onde pode ter ocorrido a má manipulação dos equipamentos. Sendo que no experimento C pode ter ocorrido a má manipulação da amostra na pesagem, no transporte até o kitassato e também no momento em que CaCO3 é adicionado ao HCl deixando parte do gás produzido na reação escapar. Podemos dizer também que no experimento C ocorreram erros qualitativos , onde a amostra de CaCO3 poderia estar impura interferindo na formação do gás produzido pela reação com HCl por conseqüência interferindo no volume mensurado do gás. Sem descartar os erros pessoais de análise de equipamento ocasionados devido à precisão dos mesmos.
Questionário 1) Como você pode explicar que o butano é um líquido no isqueiro e um gás quando coletado? R: O butano dentro do isqueiro esta sob uma pressão muito grande que o impede de passar para o estado gasoso, quando ele é coletado há uma queda de pressão, essa diminuição na pressão já não o “segura” mais na fase líquida então ele passa para o
estado gasoso absorvendo energia calorífica da vizinhança do sistema. Por isso se tem que liberar o gás devagar para que o bico do isqueiro não congele, porque com a absorção da energia calorífica se tem uma diminuição da temperatura. 2) Por que é necessário subtrair a pressão de vapor da água ? R: É necessário subtrair a pressão de vapor da água, pois para fazer o cálculo da massa molecular do butano é necessário saber que pressão esse gás está realizando na coluna d’água. Como dentro da proveta há o gás butano, mas também há vapor de água, esse vapor também vai exercer uma pressão na coluna d’água daí então a necessidade de subtrair esse valor. 3) Por que a pressão de vapor da água varia com a temperatura? R: A pressão de vapor da água varia com a temperatura de modo que quanto maior a temperatura maior a pressão de vapor. Isso porque quanto maior a temperatura maior é o numero de moléculas que tem energia suficiente para escapar da interação com as moléculas vizinhas. 4) Explique por que a água entre em ebulição a uma temperatura bem abaixo do ponto usual de ebulição da água?(100°C e 1atm) R: Porque o que mantém a água no estado líquido é a pressão exercida sobre suas moléculas, assim com a diminuição da pressão a tendência de escape aumenta e ela ebuli em condições abaixo das normais. 5) Por que bolhas de ar aparecem antes que a temperatura atinja o ponto ebulição? R: A solubilidade dos gases diminui com o aumento da temperatura. Assim, quando aquecemos a água, algumas bolhas se formam, principalmente nitrogênio e oxigênio, componentes de maior abundância na atmosfera. 6) Esta demonstração funcionaria com outro liquido? R: Sim, pois a diminuição da pressão em qualquer liquido faz com que seu ponto de ebulição diminua,sendo a pressão um dos fatores principais de uma substancia estar em estado líquido.
