Sistema Ternário

Sistema Ternário

UFPB - UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA

CCEN - CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA NATUREZA

DISCIPLINA: FÍSICO-QUÍMICA II

PROFESSORA: SOCORRO BRITO

RELATÓRIO

DE

FÍSICO-QUÍMICA II

AULA PRÁTICA N° 4

TÍTULO: SISTEMA TERNÁRIO: ÁGUA-CLOROFÓRMIO-ÁCIDO ACÉTICO

ALUNOS:Dariston Kleber Sousa Pereira Matrícula: 10611464

Bruno Leite Ramalho Matrícula: 10611252

OBJETIVO

Construir o diagrama de fases do sistema ternário água-clorofórmio-ácido acético obtendo a linha de solubilidade das misturas.

INTRODUÇÃO

Diagrama de fase ou diagrama de equilíbrio é um diagrama que ilustra o equilíbrio entre várias fases de substâncias constituintes de um sistema. Define-se fase como sendo qualquer parte fisicamente distinta e homogênea de um sistema, separada das outras partes do sistema por superfícies definidas.

O número de componentes é o menor número de constituintes químicos independentes por meio dos quais é possível expressar a fase.

O número de graus de liberdade ou variância de um sistema é o número de variáveis independentes, como temperatura, pressão e concentração, que precisam ser fixados para que a condição do sistema em equilíbrio seja completamente definida. Sistemas de grau de liberdade um, dois, três, etc., são chamados de univariante, bivariante, trivariante, etc., respectivamente.

Admitindo-se que o equilíbrio entre as fases não é influenciado pela gravidade, por forças elétricas ou magnéticas, ou por forças de superfície, mas apenas pela temperatura, pressão e concentração, a regra das fases estabelece a relação entre o número de graus de liberdade (F) do sistema, o número de componentes (C) e o de fases (P) presentes no equilíbrio, pela equação:

F = C - P + 2

Para sistemas de três componentes é possível se ter 4 graus de liberdade, pois, a temperatura, pressão e as concentrações de dois componentes podem variar independentemente. Visando a simplificação da representação gráfica das condições de equilíbrio para três componentes, o procedimento usual é considerar um sistema condensado, isto é, ignora-se a fase vapor. Assim o número de graus de liberdade se reduz a três e pode-se recorrer a um modelo tridimensional; para a representação das composições do sistema a diferentes temperaturas.

Considerando-se a temperatura constante, pode-se indicar de uma maneira simples a composição do sistema de três componentes independentes por meio de um diagrama triangular eqüilátero. Estes apresentam a propriedade de a soma das distâncias de qualquer ponto interno aos três lados ser igual à altura do triângulo. Tomando-se o comprimento da altura por unidade, e exprimindo as quantidades dos três componentes do sistema em frações relativas à unidade, torna-se possível a representação da composição de qualquer sistema por meio de um ponto no diagrama.

Para facilitar a localização dos pontos correspondentes às várias composições no diagrama triangular, a altura é dividida em dez ou mais segmentos iguais, e traça-se a cada lado uma série de segmentos paralelos. Os vértices do triângulo representam os componentes puros. Qualquer ponto interno do triângulo indica um sistema de três componentes; um ponto situado em um dos lados representa somente dois componentes à quantidade do terceiro sendo zero.

PARTE EXPERIMENTAL

Material e substâncias

10 Erlenmeyers de 250 mL providos de tampas;

3 buretas de 50mL;

Clorofórmio;

Ácido acético glacial (99,5%);

Água destilada.

Procedimento

1. Primeiramente as três buretas foram cheias com água, clorofórmio e ácido acético, cada uma com um líquido.

2. Em seguida foram colocados em cada um dos erlenmeyers os volumes de água e clorofórmio listados na tabela 1.

Tabela 1:

Erlenmeyer

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Vol. Água (mL)

0,5

1,5

3

4

5

6

7

8

9

9,5

Vol. Clorofórmio (mL)

9,5

8,5

7

6

5

4

3

2

1

0,5

3. Com o auxílio da bureta, adicionou-se em cada erlenmeyer volumes de ácido acético suficientes para eliminar a turbidez e tornar a mistura completamente miscível.

4. Os volumes de ácido acético necessários para eliminar a turbidez da mistura para cada erlenmeyer estão na tabela 2.

Tabela 2:

Erlenmeyer

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Vol. HAc (mL)

4,8

6,55

8,9

9,7

10,6

10,9

11,2

9,9

7,8

4,5

TRATAMENTO DE DADOS

Obtidos os volumes do ácido acético que miscibilizaram completamente as misturas, encontrou-se as composições destas da seguinte forma:

Sabendo-se as densidades do clorofórmio (1,471 g/mL), do ácido acético (1,049 g/mL) e da água a 27°C (0,99652 g/mL), junto com os volumes dos componentes, fez-se os cálculos das massas dos componentes nas misturas, depois foram encontradas as quantidades de cada um em número de mols utilizando as massas molares das substâncias, encontrando-se em seguida as suas frações molares.

Para tais cálculos foram utilizadas as seguintes equações:

m i= vidi ni = mi/MMi nt = nH2O + nCHCl3 + nHAc X i= ni/nt

Onde:

Os valores encontrados estão na tabela 3:

Tabela 3: Composições das misturas

Solução

mH2O

mCHCl3

mHAc

nH2O

nCHCl3

nHAc

nt

XH2O

XCHCl3

XHAc

1

0,4983

13,975

5,0352

0,02767

0,11706

0,08385

0,22858

0,121

0,512

0,367

2

1,4948

12,5035

6,871

0,083

0,10474

0,11442

0,30216

0,275

0,347

0,378

3

2,9896

10,297

9,3361

0,166

0,08625

0,15547

0,40772

0,407

0,212

0,381

4

3,9861

8,826

10,1753

0,22133

0,07393

0,16945

0,46471

0,476

0,159

0,365

5

4,9826

7,355

11,1194

0,27666

0,06161

0,18517

0,52344

0,528

0,118

0,354

6

5,9791

5,884

11,4341

0,33199

0,04929

0,19041

0,57169

0,581

0,086

0,333

7

6,9756

4,413

11,7488

0,38732

0,03697

0,19565

0,61994

0,625

0,059

0,316

8

7,9722

2,942

10,3851

0,44265

0,02464

0,17294

0,64023

0,692

0,038

0,27

9

8,9687

1,471

8,1822

0,49798

0,01232

0,13626

0,64656

0,77

0,019

0,211

10

9,4669

0,7355

4,7205

0,52565

0,00616

0,07861

0,61042

0,861

0,01

0,129

GRÁFICO

A partir das frações molares dos componentes da mistura no momento em que uma certa quantidade de ácido acético miscibilizou totalmente a mistura foi construído um gráfico tricoordenado e ligando os pontos obteve-se sua linha de solubilidade na temperatura do experimento, que foi de 27°C.

A parte do gráfico que se encontra interior à curva de solubilidade é a região onde se tem duas fases em equilíbrio, uma rica em água, mas que também contém pequenas quantidades dos outros componentes dissolvidos, e outra rica em clorofórmio que também contém quantidades dissolvidas dos outros. Isso porque a água e o clorofórmio são parcialmente miscíveis, enquanto que o ácido acético é completamente miscível em cada um deles. Acima da linha de solubilidade tem-se uma região monofásica, onde os três componentes são completamente miscíveis.

CONCLUSÃO

Observando o gráfico pode-se ver que a linha de solubilidade da mistura não é simétrica. Isso por causa da diferença de solubilidade do ácido acético na água e no clorofórmio. Pode-se observar que comparando duas misturas, uma com uma grande quantidade de água e outra com essa mesma quantidade, só que de clorofórmio, a mistura que necessita menor volume de ácido acético para miscibilizá-la totalmente é a que contém uma grande quantidade de clorofórmio. Isso sugere que o ácido acético é mais solúvel em clorofórmio.

BIBLIOGRAFIA

CASTELLAN, G. W., Fundamentos da Físico-Química. Vol. 2. Livros Técnicos e Científico Editora S.A., Rio de Janeiro, 1986.

Roteiro das aulas práticas de físico-quimica II – UFPB , 2008

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