UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA INSTITUTO DE QUÍMICA DEPARTAMENTO DEPARTAMENTO DE FÍSICO-QUÍMICA DISCIPLINA: FÍSICO-QUÍMICA A, QUIA15 PROFESSORES: PROFESSORES: JAIME E ROBERTO ALUNOS: ANDRÉ HENRIQUE LARANJEIRA DOS SANTOS PAULO SILVA RIBEIRO
EXPERIMENTO: MEDIDA DE MASSA MOLECULAR DE UM VAPOR: MÉTODO DE VICTOR MAYER Dados: Substância: Etanol Massa de EtOH no bulbo: 0,0501g Temperatura ambiente = 298K Temperatura do sistema aquecido = 373K Vf-Vi = 26,61 mL
• • • • •
1)Cálculo da Massa Molecular da Substancia: A pressão de vapor d’água a 298K é tabelada e vale 0,0312atm Então a pressão do etanol é: P = 1 – 0,0312 = 0,9688atm
1.1 Lei do gás ideal PV
=
nRT (I)
Sendo: P a pressão; V o volume; n o número de mols presente; R a constante universal dos gases, o seu valor depende das constantes utilizadas; T a temperatura. Temos a relação de massa específica com volume e massa definida por: • • • • •
m
ρ
n
V
=
m =
ρ
(II) O número de mols é definido por:
V
m =
(III) Sendo MM a massa molecular da substância e m a massa total da substância presente. Substituindo (II) e (III) em (I) temos: Pm mRT MM
=
Simplificando, obtemos: MM
=
ρ RT P
(IV)
ρ
MM
Substituindo os valores encontrados na equação (IV) pelos dados coletados no primeiro experimento obtém-se:
MM = 47,506g/mol
1.2 Lei do gás real (fator de compressibilidade) PV
=
• • • • • •
Z
=
nRTZ
P a pressão; V o volume; n o número de mols presente; R a constante universal dos gases, o seu valor depende das constantes utilizadas; T a temperatura; Z o fator de compressibilidade. Temos a relação envolvendo a pressão reduzida e o fator de compressibilidade: a.Pr
+
b
Para identificar o fator de compressibilidade na pressão desejada, primeiro encontra-se os coeficientes da reta acima. Para isso localiza-se dois pontos do gráfico do fator de compressibilidade. Pr Z 0,05 0,95 0 1 0,95 = a.0,05 + b 0,95 = a.0,05 +1 Z = -Pr +1
…
b=1
Agora, substitui-se o valor de P pelo valor da pressão reduzida do sistema: R
Z=-0,015 +1 Z = 0,985 Cálculo da massa molecular para o primeiro procedimento: MM = ZmRT/VP MM = 46,79g/mol
1.3 Equação de Van der Waals [P + a(n)2/(V)2](V – nb) = nRT Sendo: P a pressão; V o volume; n o número de mols presente; • • •
R a constante universal dos gases, o seu valor depende das constantes utilizadas; T a temperatura; a é um fator de correção relacionado com as forças intermoleculares; b é um fator de correção relacionado com o volume molecular. De acordo com a literatura, temos os seguintes valores para as constantes da equação de Van der Waals: a= 12,02(L2atmbar/mol2) b = 0,08407 (L/mol) • • • •
Cálculo da massa molecular para o primeiro experimento [0,9688 + 12,02 (0,0501) 2/(26,6x10-3)2(MM)2](26,6x10-3 – 0,0501x0,008407/MM) = 0,0501x0,082x298/MM O valor encontrado para MM através da equação de Van der Waals foi 46,18g/mol.
2)
Equação Gás ideal Gás real Van der Waals
Discrepância experimento 3,1 % 1,6 % 0,3 %
Tabela 1 Comparação dos resultados para cada equação Experimentos envolvem erros e incertezas associados. No experimento realizado, existem inúmeros fatores geradores de erros. Em primeiro lugar, a ampola contendo a substância a ser analisada, não foi vedada corretamente e por isso apresentava um vazamento. Cabalmente, a massa de etanol pesada pela balança não corresponde a massa utilizada no experimento (acredita-se que essa seja a maior fonte de erro; erros aleatórios relativos à leitura da bureta, pois uma leitura sendo realizada por duas pessoas não será concordante, já que cada um tem o seu critério para realizar interpolações entre as marcas da escala, e até uma pessoa lendo o mesmo instrumento diversas vezes pode obter leituras diferentes. Além disso, assim que o experimento se inicia é necessário retirar a rolha que fecha o recipiente, atirar-lhe a recém partida ampola contendo o etanol e selar o recipiente logo em seguida. Nessa manobra sempre haverá perdas e a velocidade com que o procedimento é realizado determina o quanto de etanol que escapa do recipiente nessas frações de segundos, constituindo mais uma fonte de erro.
Por último, no decorrer do experimento houve queda de energia. Essa queda aconteceu basicamente no início da segunda medição da massa molar do etanol.
3) O fluxo de água inverte pois o gás vaporizado que está sendo inserido na bureta preenche o volume proporcional a temperatura com que sai do tubo de vaporização e expande-se para ocupar esse volume, empurrando a coluna de ar para baixo, enchendo o béquer com mais água, invertendo o fluxo inicial.
