Distribuio de Solventes em Solutos No VolteisUniversidade Federal do ParInstituto de Tecnologia Faculdade de Engenharia Qumica Disciplina: Termodinmica Qumica Experimental Professor: Waldinei Monteiro Equipe:Ana Raquel Oliveira Louzeiro - 09025000501Henrique Fernandes Figueira Brasil - 09025000801Marco Rogrio Scienza 05025002501Raimunda Nonata Consolao e Branco - 09025002901Belm, 28 de junho de 2011.Introduo Soluoumamisturahomogneadeespcies qumicas dispersas numa escala molecular. Uma soluo constituda por uma nica fase. Assoluespodemsergasosas,lquidasou slidas. Quantoaonmerodecomponentes:binrias, ternrias, quaternrias. Solvente: aquele que dissolve. Soluto: aquele que dissolvido.Tipos de solues existentesSolues gasosas Mistura de gases ou vaporesSolues lquidas Slidos, lquidos ou gases dissolvidos em lquidosSolues slidasGases dissolvidos em slidosLquidos dissolvidos em slidosSlidos dissolvidos em slidosH2 em paldio, N2 em titnioMercrio em ouroCobre em ouro, zinco ou cobre (lato) ligas de diversos tiposDissoluo Dissoluooatodemisturarumsolutoemum solventeconduzindoformaodeuma soluo. Pode ser descrita numa sequncia de trs passos:1. Separao das partculas (molculas ou ons) de soluto; 2. Afastamentodaspartculasdesolventepara formar espaos que sero ocupados pelas molculas de soluto; 3. Estabelecimentodeinteraesentreas partculasdesolutoesolventepara formar a soluo. Estasreaessoapenasligeiramente endotrmicas ou exotrmicas. Emtermoscinticos,arapidezdadissoluo influenciada por vrios fatores:oNatureza do soluto e solvente;oTemperatura e presso ;oGrau de insaturao da soluo;oConveco;orea de superfcie de contato.oDissoluoSolues Ideais (Lei de Raoult) Iremos considerar uma soluo composta de umsolventevoltiledeumoumais solutosnovolteiseexaminaremoso equilbrio entre a soluo e o vapor.Franois Marie Raoult(1830-1901) Seintroduzirmosumlquidopuroemumrecipiente previamenteevacuado,umapartedestelquidoir vaporizar-sepreenchendooespaoexistenteacimada superfciedolquidocomovapor.Atemperaturado sistema mantida constante. Estabelecido o equilbrio, a presso apresentada pelo vapor p, presso de vapor do lquido puro. Sedissolvermosumasubstncianovoltilemum lquido,observaremosqueapressodevaporpacima dasoluo,noequilbriosermenordoqueaquelano lquido puro.Explicao da Lei de RaoultExplicao da Lei de RaoultvSendoosolutonovoltil,ovapor consistedesolventepuro. Aoadicionarmos maismaterialnovoltil,apressonafase vapor decresce.Explicao da Lei de RaoultPresso de vapor comouma funo de x2Lei de Raoult para o solventeA Lei de Raoult (equao do comportamento ideal) Onde:p = presso de vapor do solvente na soluox= frao molar do solutop = frao molar do solvente puroSolues Diludas Ideais (Lei de Henry)William Henry(1775-1836)"A solubilidade de um gs em um lquido diretamente proporcional sua presso parcial."Onde:pi = presso parcial do soluto voltilK = constante de Henryxi = frao molar do soluto voltilSolues Diludas Ideais Assim,asoluodiludaidealasoluo em que o soluto obedece lei de Henry e o solvente obedece lei de Raoult.Solvente => Lei de Raoult => Soluto => Lei de Henry =>Diagramas de Fases Umdiagramadefaseumtipodegrficoque mostra as condies de equilbrio entre as fases termodinamicamente distintas. Apresso,atemperaturaeaconcentraopodem seexprimirmatematicamentepormeioda chamada regra de fases de Gibbs.Regra de Fases de Gibbs Aregradefasesexprimeainterdependncia quantitativaqueseverificanarelaoentreo graudeliberdade(F)dosistema,onmerode fases(N)emequilbrioeonmerode componentes(C),osquaispodemserum elemento, um composto ou uma soluo slida.Regra de Fases de Gibbs N=3=>F=0:serevidentementeimpossvel modificar os fatores externos (presso, temperatura e composio) semqueistonoprovoqueaalteraodonmerode fases; N=2=>F=1:(sistemamonovariante)serpossvel modificar, dentro de determinado limite, um dos fatores externos(presso,temperaturaecomposio),semque isto d origem diminuio ou crescimento do nmero de fases; N=1=>F=2:istoindica-nosquemesmoalterando,de modoindependente,duasvariveisexternas(pressoe temperatura),osistemacontinuaaserconstitudopela mesma fase.Diagrama de Fases da guaNo ponto triplo com a coexistncia das trs fases da gua:N = 3 e C=1F + N = C+2 => F = 0 (sistema invariante) Sistemas de Dois Componentes EmumasoluoidealdedoislquidosvolteisA eB,aspressesparciaisdoscomponentesso dependentes da composio da soluo lquida e so descritas pela lei de Raoult:Sistemas de Dois Componentes A presso total p do vapor : Estaexpressomostraque,emtemperatura constante,apressototaldovaporvaria linearmentecomacomposiodep*B atp*A quando xA varia de 0 at 1.Sistemas de Dois ComponentesVariao da presso de vapor total de uma mistura binria com a frao molar do composto A quando a Lei de Raoult obedecidaSistemas de Dois Componentes Ainda temos que a presso total p: Osdoisdiagramasanteriorespodemser combinadosemumsresultandonodiagrama de presso de vapor de uma mistura ideal:Diagrama de presso composioDiagrama de temperatura composioA Regra da Alavanca Paraacharmosaproporoentreonmerodemolesde duasfasesequeestoemequilbrio,medimosas distncia l e l sobre a linha de amarrao horizontal e usamosaseguinteequaorepresentativadaregrada alavanca:Desvios da Idealidade Desvio positivo: ocorre quando a presso de vapor maiordoqueacalculadaparaumasoluo ideal. As tendncias de escape dos componentes nasoluosomaioresqueastendnciasde escape dos lquidos puros individuais. Desvionegativo:ocorrequandoapressode vapormenordoqueacalculadaparauma soluoideal.Astendnciasdeescapedeum constituinte da soluo so menores do que a do lquido puro.Benzeno-ToluenoAcetona-Dissulfeto de CarbonoAcetona-ClorofrmioAplicao: Destilao Destilao simples: Destilao fracionada Mtodocontnuodedestilaocomprocessosde condensaes e revaporizaes sucessivas. Exemplo: Petrleo Resulta em produtos como gases, gasolina, leo diesel, querosene, asfalto e outros.Azetropos Grandes desvios da lei de Raoult Ponto de inflexo mximo ou mnimo. Formas de separao de misturas azeotrpicas Modificarapresso:oazetropodeixade existir; Adicionarumterceirocomponente:diferena de interao entre os componentes.Propriedades Coligativas Dependedaspopulaesdepartculasna misturae no da sua identidade qumica; Oefeitodosolutonapressodevapordo solventenasoluolquidadependeseo soluto ou no voltil; So 4 as propriedades coligativas: x m ntopr sso v por um ntoopontoul o x m ntoopontouso r sso osmtCaractersticas do Soluto Osolutono-voltil,logo,nocontribui para a presso de vapor.1(vapor) = 1o (vapor) Osolutonodissolvidonosolvente slido.1(slido) = 1o (slido) Diminuiodopotencialqumicodo solvente em soluo.1(soluo) = 1o (lquido) + RT lnx1( )1( )1( )ofToebTTPotencial qumico do solvente puro 11( )1( )1( )1 ( )ofTfToebTebTTPotencial qumico do solvente 1ofTfToebTebTAbaixamento da Temperatura de FusoElevao da Temperatura de EbulioModificao no Diagrama de FasesPROPRIEDADES COLIGATIVAS1 Presso de vapor 2 Presso de vapor e mudana de estado 3-Tonoscopia4-Crioscopia5-Ebulioscopia6 - Osmosee presso osmticaUmdosassuntosquesofreqentementeabordadosnos exames vestibulares do pas so asPROPRIEDADES COLIGATIVAS. Asuaaplicaoestemumdosprincipaislaboratriosde qumicaquevocconhece:ACOZINHA.PROPRIEDADES COLIGATIVAS So propriedades que esto intimamente relacionadas com o nmero de partculas de um soluto dispersas em uma soluo. Quando adiciona-se sal de cozinha, (NaCl) gua fervente nota-se que a fervura imediatamente pra. Por qu? AUMENTO DE FORAS INTEMOLECULARESInfluncianocomportamentodasoluofrenteao aquecimento,congelamentoequantidadedevapordo solvente produzido. Presso de vapor Presso de vapor de um lquido Aa uma dada temperatura a presso do vapor de A no equilbrio lquido :(A)lquido vapor (A), nessa temperatura. Fatores que no acarretam alterao na presso de vapor de um lquido:Volume da fase gasosaVolume da fase lquidaFatores que acarretam alterao na presso de vapor de um lquido:TemperaturaNatureza do lquidoTemperatura de EbulioPresso de vapor se iguala a Presso atmosfrica.PvaporPatm =Ebulio da guaPropriedades coligativas para solutos no-volteis e de natureza molecular.Tonoscopia: Estudo do abaixamento da presso de vapor de um lquido. Igualquantidadesemmolsdediferentessolutos moleculares e no volteis, dissolvidos numa mesma quantidadedesolvente,mesmatemperatura, causa o mesmo abaixamento na presso de vapor do solvente.Ebulioscopia: Estudo do aumento da temperatura de ebulio.Igualquantidadesemmolsdediferentessolutos moleculares e no volteis, dissolvidos numa mesma quantidadedesolvente,mesmatemperatura, causa o mesmo aumento na temperatura de ebulio desse solvente na soluo.Oaumentodatemperaturadeebulioprovocado pelapresenadeumsolutono-voltilemolecular dependenicaeexclusivamentedonmerode partculasdosoluto dissolvidasnosolvente.Assim, quantomaisconcentradaforasoluo(maior quantidadedepartculasdosoluto),maiorsera temperatura de ebulio.Crioscopia: Abaixamento da temperatura de congelamento.Igualquantidadesemmolsdediferentessolutos moleculares e no volteis, dissolvidos numa mesma quantidadedesolvente,mesmatemperatura, causaomesmoabaixamentonatemperaturade congelamento desse solvente na soluo.O abaixamento da temperatura de congelamento depende do nmero de partculas.Presso Osmtica ( )OSMOSE:fenmeno que permite a passagem do solvente do meio mais diludo para o meio mais concentrado.Anlise microscpica:Interrompendo a osmose:PRESSO OSMTICAObtendo gua pura a partir da gua do mar: osmose reversaGlbulos vermelhosDissoluo isotnica (mesmo que osfluidos intracelularesdos glbulos)Dissoluo hipotnica (menor ) (entra agua e pode causara ruptura: hemlisis)Dissoluc. hipertnica (maior ) (sai agua: desidratao)Soro fisiolgicoSeosolutoumnoeletrlito:soluescom solutosdiferentes,masapresentandoamesma quantidade em mols para determinada quantidade desolvente(mesmamolaridade),apresentamos mesmos efeitos coligativos.Seosolutoumeletrlito(partculasdosoluto soons):soluescomsolutosdiferentes,mas apresentandoamesmaquantidadeemmols para determinadaquantidadedesolvente(mesma molaridade),podemnoapresentarosmesmos efeitos coligativos.PropriedadesColigativaspara eletrlitosno-volteisedenatureza inica.1 C6H12O6(s)1C6H12O6(s) H2O1 mol de glicose 1 mol de partculas dissolvidas1NaCl(s)1Na++1Cl-H2O1 mol de NaCl2 mols de partculas dissolvidas1CaCl2(s) 1Ca2++ 2Cl-H2O1 mol de NaCl3 mols de partculas dissolvidasProcedimento Experimentalv IntroduoO experimento a seguir baseado na crioscopia, propriedade que dizrespeitoaoabaixamentodopontodefusodasoluoem relao ao solvente.Tf = Kf. mOnde,Tf = Tf Tf, Tf a temperatura de fuso da soluo e Tf a temperatura de fuso do solvente (K).Kf a constante crioscpica (K.Kg/mol).M a molalidade da soluo (mol/Kg).Do conceito de molalidade:m =DesignandoasgrandezasrelativasaosolventepelondiceAeas grandezas relativas ao soluto pelo ndice B.m =Onde a massa de soluto e sua massa molar.m =m =Foi usado um fator de converso 1000 para transformar a massa do solvente de Kg para g.Assim,Tf = Kf Onde,mA e mB massa do soluto e do solvente em gramas (g);MB massa molar da substncia em g/mol;Kfconstante crioscopica em K.Kg/mol;Tfabaixamento crioscopico em kelvin (K).vv Parte Experimental Materiais:terc-butanol,clorofrmioedicloro-metano, etanol, hexano tetracloreto de carbono, tolueno, gua.vMtodoNobquerAcoloca-seemtornode200mLdeguaa aproximadamente28C. No centro dessebquer coloca-seo tuboexternoB(vazio)enocentrodesteotubointernoC, ambosfixadosemsuporteuniversalporgarras.Atravsde pipetavolumtricade5mLadiciona-seoterc-butanolao tubo interno C.Introduz-seotermmetronotuboCjcontendooterc-butanol, faz-seasleiturasdetemperatura,introduzindoguaesfriada (abaixo de 25 C) no bquer. Mede-se o ponto de congelamento do terc-butanol.Ovolumedapipetade5mL,apscalibraocomguarecm fervida e submetida a corrente de nitrognio, correspondeu a 5,005 mL. Assim a massa de terc-butanol resultante foi 3,909 g (d= 0,781 g/mL).Aequaopodeserreescritacomoabaixo,sendodB eVB, respectivamente, a densidade e o volume do soluto:Tf = 8,3. v Resultados e DiscussoT ( )| nuru Os Sc!u!cs |!!!!zudcs ( ) \ m! \cc!cnu \uu C!crccrm!cD!c!crcmc!uncl!unc! Hcxunc Tc!ruc!crc!c dccurbcncTc!ucnc, O O8 , ? 5 , !O 8 , 8 ! , 8 O , 8 O , ! O , ? ! , ? !, O !O , 8 ? , !? 5 , 8 5 , 8 G , 4 8 , ? 8 , ? 8 , ? 4, O !? , 8 O , !8 O , 4 8 , 4 ! , 5 ? , ? , 8 O , 8 O, O !G , 5 ! , !G 4 , 5 ! , 5 ? , G O , 8 ? , 8 O , 8 , O ?O , G ! , !O ! , G ! , G 8 , 8 ! , 8 O , 4 5 , 4 8A partir dos resultados da tabela, para cada composto, construiu-se umgrficodadepressonatemperaturadecongelamento(Tf) versusvolumedesolutoadicionado(VB)paracadasubstncia. Mostra-se trs exemplos.Apartirdocoeficienteangularpode-secalcularasmassasmolares (MB)dessessolutos,cujosvaloressoapresentadosnatabela abaixo.Sc!u!c dl ( / ) m! .Ccc \nu!ur Ml. ( / ) cxn mc! Ml. ( / ) vcrd mc! (%) lrrc\cc!cnu , O OO 8O , 55 O , 58 ! 4\uu , O OO8 , O G5 , 8O O , !8 O -GC!crccrm!c , ! 488 , ?5 O8 , !?5 G , !!O 4 -5D!c!crcmc!unc , ! 8? , ? 8? , !O8 ! , 84 O -?!l!unc! , O 8O , 8G G , 45 G , 4G ! !Hcxunc , O GGO , !G !G , 8G , 8G ? -!Tc!ruc!crc!cdc Curbcnc, ! 5O4 , ?! !G , !GO O , !58 8 -4Tc!ucnc , O 8G , !8 5 , O8 ? , O? ! -vConclusoAtravs do experimento foi possvel medir a massa molar de umasubstnciabaseando-seemumadesuaspropriedades coligativas, a crioscopia Mtodo Simples Materiais acessveis A vantagem do solvente Erros Volatilidade Interaes especficas soluto-solvente Impurezas Contaminaes