Experimento N 3 DETERMINAÇÃO EXPERIMENTAL DA MASSA MOLAR DO GÁS BUTANO E DO MAGNÉSIO

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1 Experimento N 3 DETERMINAÇÃO EXPERIMENTAL DA MASSA MOLAR DO GÁS BUTANO E DO MAGNÉSIO 1) INTRODUÇÃO A maioria dos gases reais mostra um comportamento aproximado ao de um gás ideal, especialmente se a pressão não for muito alta e a temperatura não for muito baixa. Para uma amostra de gás constituído de certo número de mols, há três propriedades que são matematicamente relacionadas entre si: volume, pressão e temperatura. Relação pressão-volume: Lei de Boyle: O aumento da pressão diminui o volume de um gás de tal modo que o produto da pressão e volume permanece constante. P.V = k ou P = k/v Onde, P representa a pressão do gás, V é o volume e k é uma constante. Isto significa que se dobrarmos a pressão, o volume será dividido ao meio. Se triplicarmos a pressão, o volume ficará V/3 do seu valor original, etc. Efeitos da temperatura: Lei de Charles: Esta lei indica que o volume de uma quantidade determinada (número de mols) de um gás é diretamente proporcional a sua temperatura na escala de Kelvin se a pressão é mantida constante.escrevemos a relação de proporcionalidade como: V α T Combinando as duas expressões, a da Lei de Boyle e a da Lei de Charles, temos a lei combinada dos gases; = Princípio de Avogadro: Lei de Charles-Gay Lussac: Outra relação importante é V α n, ou seja, o volume (V) de um gás é diretamente proporcional ao número de mols (n) desse gás. Avogadro em 1811 sugeriu que volumes iguais de gases diferentes contêm a mesma quantidade de moléculas quando medidos nas mesmas condições de pressão e temperatura. Isto hoje é conhecido como Princípio de Avogadro. 1

2 A lei do gás ideal: as leis de Boyle, de Charles e o Princípio de Avogadro podem ser resumidos pela combinação das três proporcionalidades de forma que escrevemos: = onde R = constante de proporcionalidade (R=0,0821 atm.l/mol.k). Essa igualdade é comumente escrita na forma; PV=nRT e é conhecida como lei do gás ideal ou lei do gás perfeito. Usando a lei dos gases ideais, o volume ocupado por um mol, ou volume molar de um gás ideal nas CNTP (1 atm, 273,1K) é 22,4 L. Mistura de gases: Lei de Dalton ou Lei das pressões parciais, propõe que a pressão total em uma mistura de gases é a soma das pressões que seriam exercidas se cada gás estivesse sozinho no recipiente. = + + Gases coletados sobre água: é comum no laboratório coletar um gás pelo deslocamento de água, como representado esquematicamente na Figura 1. Figura 1: Sistema usado para coleta e medida de volume de gás em cilindro graduado - proveta Quando o nível da água dentro do recipiente que coleta o gás é o mesmo que o nível do lado de fora, podemos igualar: = = + á 2

3 Caso o nível no cilindro de coleta do gás não seja o mesmo do recipiente submetido a pressão atmosférica, a pressão associada a coluna de água deve ser levada em consideração. Para isso deve ser medido a altura da diferença na coluna de água entre o interior da proveta e o nível externo. Medindo-se a temperatura da água, a pressão de vapor d água (P vapor de água ) pode ser estimada a partir de valores tabelados (vide tabela 1, no final do roteiro da experiência). A pressão atmosférica pode ser obtida com o auxílio de um manômetro, comum em laboratórios de Físico-Química. Assim, a pressão do gás coletado pode ser obtida isolando-se P gas na equação acima. 2) OBJETIVO Determinar a massa molar do gás butano, utilizando a equação dos gases ideais, através do recolhimento deste gás sobre água. Determinar a massa molar do magnésio indiretamente, pela medida do volume de hidrogênio coletado da reação entre ácido clorídrico e magnésio metálico. 3) MATERIAIS E REAGENTES Balança Termômetro Mangueira Bequer de 300 ml Proveta de 100 ml Suporte universal Isqueiro (tipo BIC) Fita de magnésio Solução HCl 6,0 molar. Filme de PVC Lixa Bastão de vidro Garra 3

4 4) PROCEDIMENTO 4.1) Massa molar do butano 1. Adicione cerca de 50 ml de água no béquer de 300 ml. 2. Preencha uma proveta de 100 ml com água e feche com um pedaço de filme de PVC evitando que fiquem bolhas retidas na proveta. 3. Coloque a proveta invertida em um Becker de 300 ml (ver Figura 1). 4. Fixe a proveta com o uso de uma garra e um suporte universal. 5. Com o uso de uma pinça retire o filme de PVC evitando que haja formação de bolhas no interior da proveta. 6. Coloque uma das extremidades de um tubo de borracha no interior da proveta (se necessário utilize a pinça). 7. Pese e anote a massa do isqueiro 8. Conecte a outra extremidade da mangueira a um isqueiro de gás (tipo Bic). 9. Abra a válvula do isqueiro de modo que o gás butano liberado desloque a água do interior da proveta até cerca de 80 ml. 10. Ajuste o nível da água na proveta com o nível da água no béquer, igualando assim a pressão dos gases na proveta com a pressão atmosférica. 11. Leia e anote o volume de gás na proveta. 12. Meça e anote a temperatura da água. Estime a pressão do vapor de água a partir dos dados da Tabela Remova a mangueira e meça a massa do isqueiro. Anote a massa. (caso o isqueiro esteja molhado secar com papel toalha antes de pesar). 14. Calcule a massa de gás pela diferença de massa do isqueiro nas duas pesagens. 15. Repita o experimento por 3 vezes. 16. Usando a equação dos gases ideais calcule a quantidade de matéria (número de mols) de butano usado em cada replica do experimento. 17. Calcule a massa molar do butano a partir da quantidade de matéria e da massa de gás utilizada em cada experimento. 18. Calcule a média dos valores e compare com o valor real. Obs: Se a conexão do tubo ao isqueiro vazar, seus resultados estarão errados. 4.2) Massa molar do magnésio 1. Meça cerca de 10 cm de fita de magnésio. Corte e lixe. 2. Meça e anote a massa da fita tomando cuidado para que ela fique entre 0,06 e 0,08 g. 3. Ponha cerca de 40 ml de água destilada em um béquer de 300 ml 4. Encha a proveta de 100 ml com água destilada e feche com um pedaço de filme de PVC, evitando a formação de bolhas. 5. Coloque a proveta invertida dentro do béquer de 300 ml, conforme Figura 1. 4

5 6. Utilizando uma pinça retire o plástico da proveta de modo que não haja formação de bolhas. 7. Enrole a fita de magnésio de forma que ela caiba na proveta. Coloque a fita na proveta evitando que sejam inseridas bolhas. Fixe a proveta com o uso da garra e do suporte universal. 8. Na capela, coloque cerca de 25 ml de solução 6,0 molar de HCl em um béquer de 50 ml. 9. Transfira a solução de HCl para o béquer de 300 ml contendo a fita de magnésio. Tome cuidado para que todo o gás gerado na reação seja coletado no interior da proveta. Se necessário homogenize a solução com um bastão de vidro. 10. Após o final da reação deixe o sistema em repouso por 10 minutos. 11. Meça e anote a temperatura da solução. Estime a pressão associada ao vapor de água a partir dos dados da Tabela Anote a pressão atmosférica. 13. Ajuste o nível do liquido na proveta com o nível da solução no béquer, igualando assim a pressão dos gases na proveta com a pressão atmosférica. 14. Leia e anote o volume de gás na proveta. 15. Utilizando a equação dos gases ideais calcule o numero de mols de hidrogênio formado. 16. Utilizando a equação da reação balanceada determine o numero de mols de magnésio que reagiram para formar o hidrogênio. 17. Com a massa de magnésio e com o numero de mols determine a massa molar do magnésio e compare com o valor real. Tabela1: Variação da pressão de vapor d água com a temperatura. Temperatura / ( C) Pressão / (mmhg) 15 12, , , , , , , , , , , , , , , ,8 5

6 BIBLIOGRAFIA 1) BRADY, J. & HUMISTON, G.E., Química Geral Vol. 1, Capítulo 1, Rio de Janeiro, Livros Técnicos e Científicos Editora S.A., ) RUSSEL, J.B., Química Geral., Vol. 1, 2 Ed., São Paulo, Mc Graw-Hill, ) VOGEL, A.I, et al., Química Analítica Quantitativa, Editora Kapelusz, QUESTIONÁRIO 1) Quando no cálculo da pressão total (P T ) devem ser considerado a pressão da coluna de água ( Pcoluna de água ) e do vapor de água (P vapor de água )? 2) Se a proveta dentro do Béquer está totalmente preenchida com água, como é possível fazer a coleta de qualquer gás? 3) Cite prováveis erros deste experimento da determinação da massa molar do butano. 4) Se o gás butano dentro do isqueiro estivesse contaminado com outro gás, que erro na determinação da massa molar do butano este fato acarretaria se: a) O gás contaminante possui massa molar maior que o butano. b) O gás contaminante possui massa molar menor que o butano 5) Escreva a equação da reação entre o magnésio e o acido clorídrico. 6) A solubilidade do hidrogênio em água é alta ou baixa? Justifique. 7) Cite erros prováveis na determinação da massa molar do magnésio. 6