Apostila de Físico-Química Expeimental II - aula 10

Apostila de Físico-Química Expeimental II - aula 10

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AULA NO 10: PROPRIEDADES COLIGATIVAS: DETERMINAÇÃO DO

Obter experimentalmente o grau de dissociação iônica de um sal pela elevação ebulioscópica, ou seja, pelo efeito coligativo da elevação da temperatura de ebulição.

Equipamentos:

Tubo de ensaio comum; Tubo de ensaio grande; Béquer de 250,0 mL;

Termômetro 0 até 110 o C com sensibilidade para 0,01 o

Rolhas para os tubos de ensaio comum e grande; Furador de rolhas; Suporte universal; Garras metálicas; Tela de amianto; Tripé de ferro; Bico de Bunsen; Pipeta de 20,0 mL; Balança com sensibilidade para 0,1 g; Chapa aquecedora.

Reagentes:

Água destilada;

Nitrato de potássio, KNO 3 ;

Óleo comestível.

Consideremos uma solução em equilíbrio com o vapor do solvente puro. A condição de equilíbrio é que:

Se a solução é ideal, teremos:

rearranjando a equação teremos:

A energia de Gibbs da vaporização molar é dada por: dessa forma, a equação acima pode ser escrita da seguinte forma:

Note que a Eq. (18) tem a mesma forma funcional que a Eq. (13.12), com exceção do sinal do segundo membro. A álgebra que segue é idêntica à usada na dedução das fórmulas do abaixamento crioscópico, exceto pelo fato de que o sinal é trocado em cada termo que contém G∆ ou .H∆ Essa diferença de sinal significa simplesmente que, enquanto o ponto de solidificação diminui, o ponto de ebulição aumenta.

Podemos escrever as equações finais imediatamente. As equações análogas às Eqs. 13.15 e 13.16 são:

ou xlnR T,

H∆ xln

.vapoo

O ponto de ebulição T da solução é expresso em função do calor de vaporização e do ponto de ebulição do solvente puro, .vap

H∆ e ,To e a fração molar x do solvente na solução. Se a solução for diluída relativamente a todos os solutos, então m tende para zero e T aproxima- se de

.To A constante ebulioscópica é definida por:

Para a água,

J/mol e assim .eb K= 0,51299 K kg/mol. A elevação ebulioscópica é

,Tθ o.eb −= de modo que .dTθd .eb = Para m pequeno, a integral da Eq.

(20) fica da seguinte forma:

A relação entre a elevação ebulioscópica e a molalidade de uma solução diluída ideal, dada pela Eq. (20), corresponde à relação entre o abaixamento crioscópico e a molalidade; para qualquer líquido a constante

.eb K é menor do que .f K

A elevação ebulioscópica é usada para determinar o peso molecular de um soluto da mesma maneira como se faz com o abaixamento crioscópico. É aconselhável usar um solvente com .eb K de valor elevado. Se 2 w kg de um soluto de massa molar desconhecida,

2 M, forem dissolvidos em w kg de solvente, então a molalidade do soluto é .wM/wm 2 = Levando esse valor de m à Eq. (21) e resolvendo para

M, chegamos a:

H∆ for substituído por ,S∆T .vapo teremos que:

Porém muito líquidos seguem a regra de Trouton: ≈S∆ 90,0 J/K mol.

Sendo R = 8,314 J/K mol, temos que, aproximadamente, ≈

Quanto mais elevada for a massa molar do solvente, mais elevado será o valor de .K .eb Os dados da tabela I ilustram essa relação.

Tabela I. Constantes ebulioscópica

Compostos M (kg/mol) t t e b.

C) K e b. (K kg/mol)

Como o ponto de ebulição o T é uma função da pressão, .eb K também será uma função da pressão. O efeito é bastante pequeno, mas deve ser levado em conta em medidas precisas. A equação de Clausius−Clapeyron fornece a relação entre o T e ,p necessária para calcular a grandeza da influência da pressão.

Em físico-química, a maioria das discussões matemáticas, é feita para sistemas que se comportam idealmente; os sistemas geralmente são constituídos por gases ideais, ou misturas ideais gasosas, líquidas ou sólidas. Muitos desses sistemas nem sempre são ideais; a questão que se levanta, então, é como trataremos matematicamente os sistemas não-ideais. Quando trabalhamos com soluções iônicas, devemos levar em conta o fator de Van’t Hoff ( i), que para soluções iônicas é diferente de 1,0.

As soluções iônicas são aquelas que possuem íons como partículas dispersas. Lembre-se de que uma solução iônica não possui, necessariamente, apenas íons dissolvidos. Uma solução iônica também pode apresentar moléculas não-ionizadas ou fórmulas mínimas não-dissociadas (íons agrupados) como partículas dispersas.

.vap

.vap wK M

.eb

Dessa forma, o número de partículas de soluto existentes na solução vai depender de dois fatores: (1) do número de íons presentes em cada fórmula mínima do composto e (2) do grau de dissociação ou ionização α desse composto a determinada temperatura.

Por exemplo, a 18 o

C, o ácido sulfúrico (H2 SO4

(aq) ), apresenta grau de ionização α = 0,61 ou 61%.

A reação de ionização do ácido sulfúrico é representada pela seguinte equação:

Dessa forma haverá 23 10022161X,. moléculas de ácido. E haverá concluímos que cada 100 moléculas de ácido sulfúrico que entram em contato com a água, apenas 61 moléculas ionizam, enquanto 39 permanecem na forma molecular.

De cada 100 moléculas de H 2 SO 4 (l) em contato com a água a 18 o C, teremos: que 39 moléculas não se ionizam e 61 moléculas se ionizam, assim, teremos:

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