Introdução Miscibilidade é a propriedade de duas ou mais substâncias líquidas misturarem entre si com maior ou menor facilidade, formando uma ou mais fases. Dois líquidos (sistemas binários), podem ser totalmente miscíveis, parcialmente 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. Líquidos tendem a ser imiscíveis quando as interações entre moléculas iguais são mais fortes que moléculas diferentes. Quando dois líquidos são miscíveis apenas em algumas concentrações, e algumas temperaturas, eles são chamados de líquidos parcialmente miscíveis. Líquidos Parcialmente miscíveis são líquidos que não se misturam em todas as proporções. Um exemplo é uma mistura de hexano e nitrobenzeno. Quando os dois líquidos são misturados formam-se duas fases líquidas: uma delas é uma solução saturada de hexano em nitrobenzeno e a outra uma solução saturada de nitrobenzeno em hexano. Como as duas solubilidades variam com a temperatura, a composição e a proporção das duas fases as alteram quando muda a temperatura. Podemos utilizar um diagrama temperatura-composição para mostrar a composição do sistema a cada temperatura¹. Suponha que adicionamos uma pequena quantidade de nitrobenzeno as hexano, a uma temperatura
T’ .
O nitrobenzeno dissolve-se completamente; completamente; entretanto, à
medida que mais nitrobenzeno é adicionado, surge um momento em que não se dissolve mais. A amostra, agora, consiste em duas fases que estão em equilíbrio entre si, sendo que a mais abundante consiste em hexano saturado com nitrobenzeno e a outra (menos abundante) com uma pequena gotícula de nitrobenzeno saturado com hexano¹. Uma fase de uma substância é uma forma da matéria que é homogênea no que se refere à composição química e ao estado físico. Em um sistema em que duas
ou mais fases coexistem, sem que espontaneamente haja transferência de massa de uma fase para outra, disse-se que o sistema está em equilíbrio. O diagrama de fase de uma substância mostra as regiões de pressão e temperatura em que diversas fases são termodinamicamente estáveis. As curvas que separam a regiões são denominadas curvas de equilíbrio, e mostram os valores de pressão e temperatura nos quais as duas fases coexistem.
Figura 1 – Diagrama de fases de um sistema de líquidos.
Pela regra das fases, um sistema com dois componentes, C = 2, a variância é dada por F = 4 – P. Se a pressão é constante, a variância remanescente é F’ = 3 – P. Para uma dada temperatura, se o sistema possui duas fases (P = 2) a composição do sistema é invariante, apesar das quantidades das fases alterarem-se. Para construir o diagrama de fases, é necessário conhecer a concentração de cada um dos componentes e a temperatura quando um sistema apresenta uma só fase. Esse diagrama é mostrado na Fig. 1. Já um sistema com três componentes, C = 3, tem sua variância dada por F = 5 – P. Para ser mais facilmente visualizado, o diagrama desse sistema deve manter a pressão e a temperatura constante, F’’ = 3 – P. Assim, numa única fase, a composição
de dois componentes pode variar livremente e em um sistema com duas fases a composição de apenas um componente pode varia. Num sistema trifásico, como óleos corporais comercias, por exemplo, há apenas uma composição possível de cada componente para uma dada pressão e temperatura. A temperatura crítica de solubilidade, isto é, quando existe uma proporção em que a solubilidade total corresponde a uma temperatura máxima. Essa temperatura denomina-se temperatura crítica de solubilidade (t.c.s.). Esta temperatura é um excelente critério de pureza, uma vez que é facilmente alterada pela presença de um terceiro constituinte no sistema. Por exemplo, a temperatura crítica de solubilidade. do sistema álcool metílico-ciclo-hexano é 45,5 ºC, mas se o álcool contiver 0,1 % de água a temperatura crítica de solubilidade. é 51,1ºC. Isto ocorre porque se uma terceira substância é adicionada ao par, sendo ela solúvel em apenas um dos constituintes, haverá uma diminuição das solubilidades mútuas e, conseqüentemente, um aumento da temperatura crítica de solubilidade.
Objetivos Esse relatório a partir da prática que teve como objetivo estudar os líquidos parcialmente miscíveis e construir a curva de solubilidade mútua para dois líquidos parcialmente miscíveis e determinar a sua temperatura critica de solubilidade.
Materiais e Métodos Material: Erlenmeyers, termômetros, agitadores, peras, pipetas, chapas de aquecimento, fenol e água destilada.
Procedimento: 01 – Transferiu para 3 erlenmeyers numerados 10g, 5g e 2,5g de fenol. Colocou em cada erlenmeyer um termômetro que permaneceu no frasco durante toda a experiência.
02 – Colocou-se no frasco I, que contém 10g de fenol, 4 ml de água destilada obtendo, assim, à temperatura ambiente, uma mistura de aspecto leitoso (heterogênea). 03 – Aqueceu o frasco em um banho de água aproximadamente a 70ºC, agitando regularmente a mistura até o momento em que ela se torne homogênea. 04 – Retirou o frasco de banho de aquecimento e deixou a mistura resfriar lentamente. Quando a mistura se tornou opalescente, leu-se e anotou a temperatura. 05 – Aqueceu novamente o frasco em um banho de água até que esta mistura se torne homogênea. Repetiu o procedimento do i tem 04. 06 - Repetiu o mesmo procedimento dos itens 02, 03 e 04 para cada adição de água nas quantidades indicadas na Tabela I. 07 – Procedeu com os frascos II e III do mesmo modo que nos itens 02, 03 e 04, adicionando as quantidades da água indicadas na Tabela I.
Resultados e Discussão Diversas massas de fenol, especificadas na Tabela 1, foram transferidas para erlenmeyers, no qual foi colocada água cujo volume também foi especificado na Tabela 1. Cada erlenmeyer era aquecido até 70 °C, com agitação constante, até que a solução torna-se homogênea. Em seguida, o erlenmeyer era retirado do banho e resfriado até formação de traços de uma nova fase líquida, sendo que nesse ponto a temperatura era anotada. Com adição de mais água, o erlenmeyer era novamente aquecido e resfriado, sendo a temperatura anotada quando o sistema tornava-se bifásico e utilizada para completar a Tabela 1. Calculando a cada mistura de fenol e água a composição de fenol e considerando unitária a densidade da água foi construída a Tabela 3 e o diagrama da temperatura contra a composição do sistema (gráfico I).
Frasco
I
II
III
Amostra
Massa de fenol (g)
Volume de água (ml)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
9,9553
4,0 +1,0 +3,0 +4,0 7,5 +1,5 +3,0 +3,0 +3,0 12,5 +4,0 +6,0 +7,0
5,048
2,4863
Temperatura (ºC) ResfriaResfriaMédia mento I mento II 25 º 35º 51º 55º 64º 65º 64º 64º 64º 61º 55º 44º 24°
23º 30º 52º 64º 65º 64º 64º 65º 65º 60º 55º 44º 23°
Composição de fenol (%m/m)
24° 32,5° 51,5° 59,5° 64,5° 64,5° 64° 64,5° 64,5° 60,5° 55° 44° 23,5°
71,1 66,4 55,3 45,3 67,3 56,0 42,0 33,7 28,0 19,9 15,0 11,0 8,43
TABELA I – Frasco com o número da amostra, massa de fenol (g), volume de água (ml) e composição de fenol (%m/m).
Inserir gráfico
Gráfico I: Temperatura de solubilidade em função da porcentagem em massa de fenol Abaixo da curva de solubilidade o sistema apresenta dois componentes e duas fases, levando a uma variância F= 2. A uma dada pressão, F’=1, ou seja, para descrever o sistema só é necessário a temperatura ou a composição (mas a quantidades das fases podem alterar). Acima da curva de solubilidade o sistema apresenta apenas uma fase, sendo necessário tanto a temperatura quanto a composição para descrever o sistema a uma pressão constante. No caso de um sistema binário de duas fases, à pressão constante. A mais alta temperatura de miscibilidade é denominada temperatura crítica de solubilidade é de 64,5°C, pois este é o ponto mais alto da curva de solubilidade obtida pelo gráfico I.
Conclusão Em um sistema fenol-água, a curva de solubilidade foi construída calculando-se a porcentagem em massa de fenol, considerando unitária a densidade da água e a temperatura de solubilidade para cada mistura, obtendo-se a temperatura critica de solubilidade de 64,5 °C. Esta temperatura é um excelente critério de pureza, uma vez que é facilmente alterada pela presença de um terceiro constituinte no sistema.
Referências Bibliográficas 1. Atkins, P.; de Paula, J. Atkins Físico-Química, 7a. edição, Vol. 1, Livros Técnicos e Científicos Editora S. A., Rio de Janeiro, 1999. 2. Miranda-Pinto, C. O. B.; Souza, E. Manual de trabalhos práticos de físicoquímica (73-97) 2006. 3.
Binary
phase
diagrams.
Disponível
em
Engineering/3-012Fall-
2005/AFF84C73-76C7-4AAF-979D- 27B0C002443B/0/lec19t.pdf >, acesso em 19 de junho de 2011.
