UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA CCEN – CENTRO DE CIÊNCIAS EXTAS E DA NATUREZA DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
SOLUBILIDADE MÚTUA DE DOIS LÍQUIDOS
DISCIPLINA: FÍSICO – QUÍMICA II – EXPERIMENTAL PROFESSORA: CLAUDIA BRAGA ALUNA: SAMARA RAQUEL PEREIRA DE MOURA MATRICULA: 10911464 24/04/2012
INTRODUÇÃO Dois líquidos são totalmente miscíveis quando as moléculas de um se dispersam homogeneamente nas do outro. A miscibilidade dos líquidos está relacionada com a sua estrutura química. Quanto mais semelhante for a polaridade, tanto maior será a solubilidade pois as moléculas dos dois líquidos originariam campos eléctricos análogos. A miscibilidade é a propriedade de duas ou mais substância líquida misturarem entre si com maior ou menor facilidade, formando uma ou mais fases. Dois líquidos, ou seja, um sistema binário pode ser a totalmente miscíveis ou imiscíveis. Exemplos bem conhecidos desse comportamento diferenciado são os sistemas água/álcool (perfeitamente miscíveis) e água/óleo (imiscíveis). Sistemas com duas substâncias parcialmente miscíveis podem apresentar uma ou duas fases. Quando apresenta uma só fase temos uma única solução líquida (homogênea). Ao apresentar duas fases teremos duas soluções, ambas contendo uma composição das duas substâncias. Nesse caso são chamadas de soluções conjugadas. Diagramas de equilíbrio são representações gráficas que indicam em quais condições termodinâmicas (temperatura e composição química) ocorrem às transformações de fase.
OBJETIVO O objetivo dessa prática é construir o diagrama de equilíbrio para um sistema contendo fenol e água. Essa determinação foi feita observando em cada ponto na temperatura em que ocorre a homogeneidade total dos componentes, ou seja, pelos pontos determinados da curva binodal que se separa a região da monofásica.
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Material Utilizado
1 Termômetro 0 – 100°C (0,5°C); 1 Béquer de 600 ml; Dois tubos de ensaios; Duas pipetas; Pera de borracha; Solução Fenólica 80%. D
B
C
E
A TEM (°C)
Uma demonstração simples do dispositivo usado para realização da prática.
Chapa; B. Béquer com água; C. Termômetro; D. Tubo de ensaio 1; E. Tubo de ensaio 2. A.
Procedimento
i. ii.
iii. iv.
Termômetro e agitador suspenso em uma rolha de borracha e encaixados dentro do tubo de ensaio e este preso a um suporte e mergulhado em banho de glicerina. (No ensaio realizado foi utilizado agua no lugar da glicerina); Pipete, com pera de borracha e seringa na capela, 5mL de solução fenólica 80% e transfira para um tubo de ensaio. Adicione 1.8mL de agua destilada de forma a obter uma mistura com 59,4% de fenol. Esta composição não é totalmente miscível a temperatura ambiente; Aqueça a mistura lentamente, em banho de glicerina ate o desaparecimento da opalescência e anote a temperatura; Retira a mistura do banho e deixa resfriar lentamente ate o reaparecimento da opalescência. Anote a temperatura.
Repita o procedimento a mistura anterior as seguintes quantidade de agua uma de cada vez: 1,0; 1,4;2,0;1,5 mL. i. ii.
Composição de cada mistura, em cada caso, (%m/m) de fenol, é respectivamente, 52,0; 44,2; 36,4; 32,2%; Pegue outro tubo de ensaio e coloque 2mL de uma solução fenólica 80%, acrescente 4,6mL de agua de forma a obter uma mistura de 25% em fenol e seguindo o mesmo procedimento anterior a temperatura de miscibilidade total da mistura. Em seguida acrescente esta, 2,6 e posteriormente 7,7 mL de agua destilada, uma quantidade de cada vez, para obter fenol 20,0 e 10,4% respectivamente. Faça determinações de temperatura de miscibilidade nos dois casos.
RESULTADOS E DISCUSSÕES Tratamento de Dados
Abaixo se encontra a tabela com as temperaturas determinadas em cada concentração, na aula prática.
Tubo de Ensaio I I I I I II II II
Amostra Volume Fenol (ml) 1 5,0 2 5,0 3 5,0 4 5,0 5 5,0 1 2,0 2 2,0 3 2,0
Volume Composição T1 (°C) T2 (°C) Média Água do Fenol T (°C) (ml) 1,8 59,4% 56,9 56,7 56,8 1,0 52,0% 64,2 64,0 64,1 1,4 44,2% 67,1 66,9 64,0 2,0 36,4% 67,9 67,6 67,75 1,5 32,2% 69,1 69,0 69,05 4,6 25,0% 67,7 67,1 67,6 2,6 20,0% 63,2 63,1 63,15 7,7 10,4% 41,8 41,7 41,75
De acordo com a tabela, podemos construir o gráfico da temperatura média X composição da mistura.
Gráfico 1 80 70 a r u t 60 a r e 50 p m e 40 T a d30 a i d20 é M10
Média T
0 0
10
20
30
40
50
60
70
Composição da Mistura
A partir do gráfico, podemos afirmar que a temperatura crítica superior e a composição da mistura correspondente a esta é:
Temperatura Crítica Superior: 69,05°C Composição da Mistura: 32,2%
Comparando com a literatura: Encontrei na literatura uma temperatura critica superior de 65,85°C, no nosso experimento foi de 69,05°C, com um erro de aproximadamente de 4,86%. Esse erro pode ser atribuído aos erros de medição e as condições do laboratório. Aplicando a regra das fases, determinei a variância nas diversas regiões do diagrama. Através de considerações termodinâmicas, Gibbs deduziu uma relação entre o número de fases (P) que podem coexistir em equilíbrio em um dado sistema, o número mínimo de componentes (C) que podem ser usados para formar o sistema e os graus de liberdade(F). A relação pode ser apresentada sob a forma de equação:
Número de Fase, P = 1 Número de Componentes, C = 2 Logo a equação fica assim: O grau de liberdade é de 3. Considerando uma mistura de fenol e água 40% de fenol e a 50 °C. Determine, para esta mistura, as composições das fases conjugadas e as quantidades relativas destas.
Gráfico 2
80 70 60 a r u t a r 50 e p m e 40 T a d a i 30 d é M20
Series1 Poly. (Series1)
10 0 0
10
20
30 40 50 Composição da Mistura
60
70
80
REGRA DA ALAVANCA É usada para se determinar as proporções das fases em equilíbrio em um campo de duas fases. Dedução Chega-se à regra das fases simplesmente através de um balanço de massa; Consideremos W L e Wα as frações mássicas, respectivamente, da fase líquida,L, e da fase sólida, α; Cada componente do sistema pode estar em cada uma das fases, em concentração C L (no líquido) e Cα (no sólido); As duas equações abaixo podem ser escritas:
W L+ W α = 1 W =1- W α (eq. I )
W LC L+WαCα = C0 (eq. II ) (1-Wα) CL + Wα Cα = C 0 CL – WαCL +Wα Cα = C0 Wα (Cα – CL) = C0
Para o nosso caso: As composições, são as seguintes, de acordo com o gráfico traçamos uma reta tanto na horizonta como na vertical. Uma demonstração simples:
O ponto em questão a ser analisado.
Assim determinamos pelo Gráfico 2, os pontos e os seu valores. Abaixo se encontra os valores e o calculo para quantidades relativas.
CONCLUSÃO Em relação ao experimento da solubilidade de dois líquidos conclui-se que a solubilidade mutua aumenta com a temperatura. A informação que obtemos em relação à solubilidade, aonde ela é homogenia ou heterogenia no diagrama de fase, é muito importante para inúmeras aplicações na engenharia.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
http://www.cienciadosmateriais.org/index.php?acao=exibir&cap=14&top=27 http://dc176.4shared.com/doc/ACmAeuTX/preview.html http://www.pipe.ufpr.br/portal/defesas/dissertacao/119.pdf http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S010040422006000600033 http://pt.scribd.com/doc/58627747/11%C2%BA-aula-Diagramas-de-Fases http://sites.poli.usp.br/d/pmt2100/Aula05_2005%201p.pdf http://www.cienciadosmateriais.org/index.php?acao=exibir&cap=16&top=216 ATKINS, D.; PAULA, J.D. Físico-Química, 7ª Ed., volume 1, LTC Editora, Rio de Janeiro, 2003.
