Primeiro relatório de química indústrial

Primeiro relatório de química indústrial

(Parte 1 de 2)

QUÍMICA INDUSTRIAL

Nomes:

Rafael Humberto Mota de Siqueira nº 06524-6

Samya Danuta Brejão de Sousa n° 07162-6

Vinícius Carvalho Vieira nº 07235-6

Vivian Cesarino n° 07183-6

Vivian Maria Ciavarelli n° 07195-6

PREPARAÇÃO DO HIDROGÊNIO/ DETERMINAÇÃO DO NÚMERO DE AVOGADRO ATRAVÉS DA ELETRÓLISE

OBJETIVOS:

Obter de forma simplificada o hidrogênio gasoso e determinar, experimentalmente, o número de Avogadro por meio da eletrólise da água a partir de uma solução diluída de acido sulfúrico.

INTRODUÇÃO TEÓRICA:

Hidrogênio

O hidrogênio é um elemento químico de símbolo H, número atômico 1 e de massa atômica 1. Na temperatura ambiente é um gás diatômico (H2) inflamável, incolor, inodoro, insípido e insolúvel em água, pertencente ao grupo 1. É o elemento químico mais abundante do Universo. Aparece também em milhões de substâncias, como por exemplo na água e nos compostos denominados orgânicos, e é capaz de reagir com a maioria dos elementos.

Em laboratório é obtido pela reação de ácidos com metais, tais como o zinco. Industrialmente é obtido pela eletrólise da água. O hidrogênio é empregado na produção industrial do amoníaco e pode ser utilizado como combustível.

O hidrogênio pode ser obtido de várias formas:

O hidrogênio tem uma eletronegatividade intermediária (2,2) podendo formar compostos com elementos de maior ou menor caráter metálico. Tanto com os elementos metálicos dos grupos 1A e 2A como com os elementos ametálicos dos grupos 5 A, 6 A e 7A .

Eletrólise da água

A palavra eletrólise é originária dos radicais eletro (eletricidade) e lisis (decomposição), ou seja, decomposição por eletricidade.

Algumas reações químicas ocorrem apenas quando fornecemos energia na forma de eletricidade, enquanto outras geram eletricidade quando ocorrem. A eletrólise da água ocorre quando passamos uma corrente elétrica contínua por ela, desde que a tornemos condutora, pois a água pura não conduz corrente elétrica.

A eletrólise da água é uma maneira direta de obter hidrogênio e oxigênio no estado gasoso com elevado grau de pureza. Desses elementos àquele que apresenta maior aplicação prática é o hidrogênio, pois pode ser utilizado como, por exemplo, para hidrogenação de moléculas orgânicas, fabricação de semicondutores, produção e refino de metais de alta pureza.

O processo de eletrólise da água consiste na quebra das ligações da molécula de água por uma corrente elétrica que circula entre os dois eletrodos inertes em uma solução eletrolítica adequada. A reação global na célula é dada como:

Termodinamicamente esta reação requer uma diferença de potencial de 1,23 V e temperatura ambiente para qualquer valor de pH. O hidrogênio e o oxigênio são gerados quando é aplicada uma diferença de potencial maior que o potencial reversível de 1,23 V, dependendo da quantidade que se deseja obter; dos materiais eletrolíticos utilizados através de sua capacidade eletrocatalítica perante as respectivas semi-reações:

Cátodo

Ânodo

MATERIAS E REAGENTES:

  • Solução de H2SO4 10% em massa

  • Termômetro

  • Cronômetro

  • Aparelho montado conforme o esquema da figura (Voltâmetro de Holfmann para eletrolise da água a partir de uma solução de H2SO4 diluido).

  1. Voltâmetro

  2. Frasco nivelador

  3. Eletrodo de platina e de aço

  4. Fonte (corrente continua, c.c)

Procedimento experimental

Primeiramente colocamos a solução de acido sulfúrico diluído no voltâmetro, expulsamos o ar e fechamos as torneiras. Em seguida, realizamos uma pré eletrolise para a saturação da solução. Após expulsarmos os gases formados, nivelamos os volumes e os ajustamos para 50ml. Demos inicio a eletrolise, submetida a uma corrente constante de 200mA, e cronometramos o tempo necessário para obter-se 25ml de hidrogênio.

RESULTADOS:

  • Dados da literatura:

Carga do elétron (qe)

(1,60199 0,00016)x 10-19 C

0 ºC

(273,16 0,01) K

Constante do gás ideal (R)

(62,361 0,001) L mmHg K-1 mol-1

Valores de pressão de vapor da solução de H2SO4 10% (em massa) em água a diferentes temperaturas:i

Temperatura , °C (t = 0,1)

Pressão de vapor, mmHg (p = 0,1)

15,0

12,3

20,0

16,6

25,0

22,4

30,0

30,0

35,5

40,1

  • Tabela de medidas diretas:

Intensidade (i)

0,2 A

Tempo (t)

864 s

Volume de Hidrogênio (V)

0,0252 L

Pressão atmosférica (Pa)

712 mmHg

Temperatura do Hidrogênio (tH)

25 °C

  • Tabela de medidas indiretas:

Temperatura do Hidrogênio (T)

298 K

Pressão do Hidrogênio (P)

689,6 mmHg

  • Dedução da expressão que fornece: N0

Pela lei de Faraday temos:

m= E * Q

m= M/Z* 1/ F * i *t

m=M/Z * 1/(N0 * qe)* i* t

Pela lei dos gases temos:

P*V = n*R*T

P*V= m/M* R*T

m= (P*V*M)/ R*T

Substituindo m na lei de Faraday:

(P*V*M)/ R*T = (M/Z)* 1/N0*qe* i* t

N0 = (i * t * R * T)/ (P * V * Z* qe)

Utilizando os dados do experimento chegamos em:

N0 = 5,77 x 1023

m= massa

M = massa molar

F = constante de Faraday

Z = elétrons envolvidos

i= corrente elétrica

qe= carga fundamental do elétron

t= tempo de reação

P = pressão do H2

V= volume do H2

R = constante de Avogadro

T = temperatura

DISCUÇÃO DOS RESULTADOS:

Hidrogênio muito puro (99,9%) é preparado por eletrolise de água ou solução de NaOH ou KOH. È um método bastante caro devido ao consumo elevado de energia elétrica. Utilizando um método mais simples, conseguimos obter um valor bastante próximo do valor literário. Essa pequena diferença pode ter sido gerada devido as limitações dos aparelhos, de não estar na CNTP, entre outros fatores.

CONCLUSÃO:

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