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Universidade Estadual de Campinas – UNICAMP

Instituto de Química – IQ QF952A – 2s/2009

Ebuliometria Rodrigo Steter Rocco RA017300 Flávia da Silva Nascimento RA032861 Flávio Araújo de Freitas RA032880 11/09/2009

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1- Introdução

O experimento da prática relacionada a este experimento está ligada as propriedades coligativas das

moléculas. Em soluções diluídas, estas propriedades dependem exclusivamente do número de partículas.

Por isso, essas propriedades são denominadas propriedades coligativas (significando que “dependem do

conjunto” e não do indivíduo).

Todas as propriedades coligativas provêm da diminuição do potencial químico do solvente líquido provocado

pela presença do soluto. A redução faz este potencial passar de µA* , quando o solvente está puro para µA

* +

RT lnxa , quando o soluto está presente. Um exemplo de propriedade coligativa é a elevação ebulioscópica

que será a matéria de estudo desta prática.

Na elevação ebulioscópica o equilíbrio heterogêneo que interessa quando se considera a ebulição é o

equilíbrio entre o vapor do solvente e o solvente na solução, a 1 atm. O solvente será simbolizado por A e o

soluto por B. O equilíbrio ocorre numa temperatura em que µA*(g) = µA

*(l) + RT lnxa.

Quando se acrescenta um soluto B a presença de uma fração molar xB provoca um aumento no ponto de

ebulição normal do solvente de T1 para T1 + ∆T, onde:

∆T = K xB K = RT*2/∆vapH

O valor de ∆T depende das propriedades do solvente, e as maiores elevações ocorrerão com solventes que

tem pontos de ebulição elevados. Para aplicações práticas, observamos que a fração molar de B é

proporcional à sua molalidade, b, pois as soluções são diluídas e escrevemos:

∆T = Kebb ,

onde Keb é a constante ebulioscópica do solvente. Através da molalidade então, torna-se possível determinar

a massa molar do soluto já que a molalidade é tipicamente reportada como a fração de mols de soluto por

massa de solvente, mol.kg-1. 1 adaptado de Atkins, P., Paula J. “Físico Química” 7ª ed. vol.1 editora LTC, 2003. Cap. 7. Misturas Simples.

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2- Objetivo

Determinar a massa molar de um soluto através da elevação do ponto de ebulição de um solvente

orgânico, o metanol.

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3- Materiais e Métodos

3.1- Materiais

Aparelho de Cotrell

Condensador para refluxo

Erlenmayers de 125ml

Termômetro digital

Cronômetro

“Macaco” para vidrarias de bancada

Proveta de 50 ml

Balança Analítica

Suportes, pinças e garras para vidrarias

3.2- Reagentes

Ácido Benzóico

Metanol

Glicerina

3.3- Procedimento

Primeira Parte – Montagem da aparelhagem

1. Montar o sistema com o aparelho Cotrell dentro da capela. A base do aparelho Cotrell deve ser

instalada sobre uma manta de aquecimento e esta por sua vez ficar posicionada sobre um “macaco”

de bancada, sobre ele deve ser conectado um condensador para refluxo e um termômetro deve ser

instalado na parte superior do Cotrell (glicerina deve ser colocada no orifício para o termômetro.

Cobrir o Cotrell com papel alumínio.

Vide ao lado foto do esquema instalado:

Figura 1. esquema da aparelhagem montada

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Segunda Parte – Determinação do ponto de ebulição do solvente puro

1. Através da abertura do condensador, adicionar exatamente 50 mL do solvente. Ligar o aquecimento

para que o solvente entre em ebulição

2. Assim que o sistema entrar em ebulição, fazer leituras a cada 2 minutos até se obter 3 leituras

constantes

3. Após obter as leituras da etapa anterior, desligar a manta e afastar a base do Cotrell para que o

solvente resfrie

Terceira Parte – Determinação do ponto de ebulição da mistura solvente e ácido benzóico

1. Após o solvente da etapa anterior ter se resfriado, introduza pelo orifício onde está conectado o

condensador duas pastilhas de ácido benzóico, previamente pesadas. Conecte novamente o

condensador e espere cerca de 10 min. Ligue a manta e reinicie lentamente o aquecimento,

determinando a temperatura de ebulição como anteriormente.

2. Repita o processo para mais duas adições, de uma pastilha de cada na mesma solução

4- Resultados e Discussão Tabela 1. Dados do monitoramento da temperatura de ebulição em função da massa de soluto

adicionada

massa (g) ac. Benzóico 0 massa (g) ac. Benzóico 1,9086 To (ºC) 60 To (ºC) 62,9 T(C°) T (min) T(C°) T (min)

62,9 2 63,4 2 63,1 4 63,5 4 63,2 6 63,6 6 63,2 8 63,6 8 63,2 10 63,6 10

massa (g) ac. Benzóico 2,7954 massa (g) ac. Benzóico 3,8606 To (ºC) 62,9 To (ºC) 62,6 T(C°) T (min) T(C°) T (min)

63,6 2 63,8 2 63,7 4 63,9 4 63,7 6 63,9 6 63,7 8 63,9 8 63,7 10 63,9 10

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T(°C) X T (min) - 1,9086 g ac.benzoico

63,3563,4

63,4563,5

63,5563,6

63,65

0 2 4 6 8 10 12

T (min)

T (°

C)

T(°C) X T (min) - solvente puro

62,8562,9

62,9563

63,0563,1

63,1563,2

63,25

0 2 4 6 8 10 12

T (min)

T(°C

)

T (°C) x T (min) - 3,8606 g ac. benzoico

63,7863,8

63,8263,8463,8663,8863,9

63,92

0 2 4 6 8 10 12

T (min)

T (°

C)

T(ºC) X T (min) - 2,7954 g ac. benzoico

63,5863,6

63,6263,6463,6663,6863,7

63,72

0 2 4 6 8 10 12

T (min)

T (°

C)

Abaixo seguem os gráficos das temperaturas x tempo de aquecimento em função da massa de Ac.

Benzóico acrescida

Gráficos de 1 a 4: Temperatura de ebulição do solvente em função da massa de AC. Benzóico acrescida

Nos dados apresentados acima e nos gráficos plotados é notável que a adição do soluto ácido benzóico

contribuiu para a elevação do ponto de ebulição do solvente. O solvente puro apresentou ponto de

ebulição em 63,2ºC e o solvente com a máxima concentração de soluto ebuliu em 63,9°C.

Determinação da Massa Molar do soluto:

As equações fundamentais para se determinar a MM do soluto são:

Porém, antes é necessário encontrar o novo valor de ∆H do solvente e o valor de Keb já

que T0 não está em suas condições normais, para isto é necessário utilizar a equação

de Clausius Clayperon descrita abaixo:

ln P2/ P1 = - ∆H/R (1/T2 - 1/T1)

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ln 709/ 760 = - ∆H/8,3145 (1/335,8 - 1/337,7)

ln 0,9329 = - ∆H/8,3145 [(337,7-335,8)/(335,8)(337,7)]

ln 0,9329 = - ∆H/8,3145 [1,9/113399,66]

ln 0,9329 = - 1,9.∆H/942861,5

-65488,58 = - 1,9.∆H

∆H = 34467,67 J

Calculando Keb :

Keb = (MMCH3OH x R x T2)/ ∆H

Sendo T : temperatura de ebulição com a adição de todas as pastilhas do soluto

Keb = (0,032 x 8,3145 x (336,2)2)/34467,67 = 0,8725

Calculando a MM do soluto:

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Massas molares encontradas:

MM etapa 1 105,4 etapa 2 123,7 etapa 3 121,8 média 117 SD 10,1

Dados teóricos:

Estrutura:

Ácido benzoico

Massa molar: 122

E%: (122-117/122)*100 = 4%

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5- Conclusão

Neste trabalho foram determinados experimentalmente a massa molecular de um soluto através da

técnica de ebuliometria. Pode-se concluir que o experimento é uma ótima opção para se determinar a Massa

Molecular de um soluto, sendo necessário o uso de poucos utensílios de laboratório e das fórmulas e

equações previstas na literatura. O desvio da massa molecular encontrada para o ácido benzóico em relação

a massa molecular teórica foi de 4% para nosso experimento, um valor considerado baixo, levando-se em

conta as condições disponíveis para nosso experimento. A média do nosso valor encontrado foi de 117

contra 122 da massa teórica, esta diferença pode ser atribuída a possíveis perdas de calor durante nosso

processo já que o experimento não foi realizado em condições totalmente isoladas, a calibração de

equipamentos utilizados como balança e termômetro ou a pureza do ácido utilizado.

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6- Bibliografia 1- Atkins, P., Paula J. “Físico Química” 7ª ed. vol.1 editora LTC, 2003. Cap. 7.

Misturas Simples.

2- Atkins, P., Paula J. Physical Chemistry for the Life Sciences Lincoln College,

Oxford U. 2005, Chapter 3 The thermodynamic description of mixtures