Universidade de Coimbra



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Universidade de Coimbra

Faculdade de Ciências e Tecnologia

Departamento de Engenharia Química


Termodinâmica Química I


Trabalho Laboratorial 2 – Determinação de volumes parciais molares


Objectivo: Determinação dos volumes parciais molares dos componentes de uma mistura binária de etanol e água.

Introdução

O conceito de propriedade parcial molar é muito importante no estudo de soluções, uma vez que traduz a variação duma determinada propriedade com a composição, temperatura e pressão constantes. Foi G. N. Lewis quem definiu propriedade parcial molar do seguinte modo: se M representa uma propriedade extensiva dum sistema homogéneo, então:


(1)
representa uma propriedade parcial molar do componente i, no mesmo sistema. Concretizando, se M for, por exemplo, o volume total duma mistura binária contendo n1 moles do componente 1 e n2 moles do componente 2, então os volumes parciais molares V1 e V2 dos componentes 1 e 2, respectivamente, serão dados por:
(2)
(3)
e estão relacionados com o volume total da solução através de:
(4)

Por transformação das equações (2) e (3) pode obter-se,


(5)
(6)
expressões que são adequadas ao cálculo dos Vi.

Vm é normalmente dado por um polinómio em x2 de grau 3,
(7)
Logo vem:
(8)
(9)
Há que acentuar o seguinte: embora a propriedade parcial molar do componente i, Mi, se refira a um só dos componentes da mistura, Mi reflecte a influência da interacções entre i e os restantes componentes da solução. Isto é, Mi depende, não só das variáveis termodinâmicas comuns mas também da natureza de todos os componentes presentes na mistura.
Define-se volume de excesso, VE, através de,
(10)
onde VE é uma função da composição usualmente expressa na forma,
(11)
Daqui se pode concluir que,
(12)
(13)

Parte experimental




Material a utilizar:

- 1 Banho termostatizado

- 1 Estufa

- 1 Balança analítica

- 9 Picnómetros

- 9 Balões de 150 ml

- Etanol

- Água destilada



Procedimento Experimental:


1- Ajustamento da temperatura. Liga-se o banho termostático e regula-se este para a temperatura desejada (20-40 ºC).

2- Determinação dos volumes dos picnómetros. Pesam-se os picnómetros (previamente lavados e secos). Em seguida, enchem-se com água destilada e colocam-se no banho termostático durante 15 minutos. Ao fim desse tempo retiram-se do banho, ajustam-se os capilares, tendo o cuidado de limpar bem o líquido que transbordar com de papel absorvente. Pesam-se novamente. Finda a pesagem, vazam-se os picnómetros e secam-se na estufa.


3- Preparação das soluções de etanol/água. A preparação deve ser rápida para evitar perdas por evaporação. Os volumes respectivos encontram-se indicados na Tabela 1, consoante a “hipótese” que lhe foi atribuída Para isso, deitam-se as quantidades de água especificadas, em balões de 150 ml previamente lavados, secos na estufa e pesados. Pesam-se novamente.
4- Determinação dos volumes parciais molares. Enche-se cada picnómetro com uma das soluções e repetem-se as operações tal como se fez para a água destilada, em 2.
Tabela 1. Soluções.

Solução

Volume de água / ml

Volume etanol / ml

Hipóteses:

A

B

C

1

50

3,5

3

2

2

50

6

5

4

3

50

8

7,5

7

4

50

12

15

10

5

50

25

27,5

20

6

20

45

40

35

7

10

52,5

50

45

8

5

70

65

60

9

0

100

100

100



Resultados

Cálculos:

- Calcular os volumes parciais molares dos dois componentes da mistura para as composições ensaiadas. Representar esses valores, bem como do volume molar da mistura, e verificar a consistência dos resultados obtidos, por aplicação da equação de Gibbs-Duhem (Eq. 14).


(14)
- Representar graficamente V1, V2 e Vm vs xetanol; calcular e representar graficamente VE vs xetanol.

- Determinar os erros experimentais.


Discussão:

- Interpretar os gráficos anteriores.

- Justificar as diferenças de Vm em relação a .

- Comparar V1 e V2 com os valores da literatura.

- Analisar a influência dos erros experimentais na determinação de V1 e V2.

Simbologia


V


Volume da mistura

Vi*


Volume molar de i quando puro

Vi


Volume parcial molar do componente i na mistura

xi

Fracção molar do componente i

Vm


Volume molar da mistura



Volume molar ideal

a, b, c

Constantes

A, B, C

Constantes



Referência Bibliográficas

Daniels, F., Mathews, J. H., Williams, J. W., Bender, P. e Alberty, R. A., Experimental Physical Chemistry, 2nd Ed., Pergamon Press, London, 1968.

Atkins, P. W., Physical Chemistry, 2nd Ed., Oxford University Press, 1982.

Van Ness, H. C. e Abbott, M. M., Classical Thermodynamics of Non Electrolyte Solutions, McGraw Hill, 1975.



Friedman, M. E., Schraga, H. A., “Volume Changes in Hidrocarbon-Water Systems. Partial Molal Volumes of Alcohol-Water Solutions”, J. Phys. Chem., 69 (1965) 3795.


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