Experiência 05 - DETERMINAÇÃO DA MASSA ATÔMICA DO MAGNÉSIO DETERMINAÇÃO DA MASSA ATÔMICA DO MAGNÉSIO

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1 DETERMINAÇÃO DA MASSA ATÔMICA DO MAGNÉSIO 1 Objetivos No final dessa experiência o aluno deverá ser capaz de: Determinar a massa atômica do magnésio através do volume de gás desprendido na sua reação com ácido clorídrico Ilustrar a utilização da lei dos gases ideais, de misturas gasosas e princípios de hidrostática 2 Introdução 21 Gases ideais e misturas de gases ideais ara discutir as transformações que ocorrem em um sistema, é necessário definir precisamente suas propriedades antes e depois da transformação Isto se faz pela especificação do estado do sistema, ou seja, algum conjunto particular de condições de pressão, temperatura, número de moles de cada componente e suas formas físicas (gás, líquido, sólido ou forma cristalina) Quando se especificam estas variáveis, todas as propriedades do sistema estão definidas As quantidades, V e T são chamadas funções de estado ou variáveis de estado, pois servem para determinar o estado físico de qualquer sistema dado Há alguns casos em que as inter-relações entre funções de estado podem ser expressas sob forma de equação, uma equação de estado A equação de estado para um gás ideal é um exemplo: V = nrt (1) onde n = corresponde ao número de moles da substância m n = (2) M No caso de uma mistura de gases ideais, cada gás do sistema tem uma pressão parcial, i, que corresponde a pressão do gás como se ele estivesse sozinho no sistema ela Lei de Dalton para os gases ideais: i = xi (3) onde x i = fração molar do gás na mistura e é a pressão total da mistura gasosa ni xi = (4) n n = n = i (5) 22 Fundamentos de hidrostática Admitindo os pontos B e C no interior da massa fluída, supondo-a em equilíbrio estático e sujeita à ação da gravidade, sejam, Figura 1: i= 1

2 Figura 1 Fluido em equilíbrio estático sujeito à ação da gravidade B e C = pressões nos pontos B e C, respectivamente; g = aceleração da gravidade local; ρ = massa específica do líquido h = h B h C = distância vertical entre B e C Demonstra-se que a diferença de pressão entre os pontos B e C é: = ρ g h ou B C = + ρ g h (6) B C A Eq 6 é a lei de Stevin ou Equação Fundamental da Hidrostática, indica que a pressão depende somente da profundidade abaixo da superfície livre A Figura 2 mostra diversos recipientes com diferentes formas e diversas orientações, porém a pressão é a mesma em todos os pontos dos diferentes recipientes situados sobre o plano y O estudante atencioso verá, com este conceito, como é possível atingir os cantos de um edifício usando uma mangueira de jardim cheia de água O excesso de pressão atmosférica, atm, denomina-se pressão manométrica, g ortanto, g = ρ g h (7) Figura 2 aradoxo hidrostático Uma vez que muitos dispositivos medidores de pressão indicam em relação ao ambiente (a atmosfera em muitos casos), em geral é mais conveniente usar a pressão manométrica A pressão atmosférica padrão é a pressão média ao nível do mar A pressão atmosférica local, em qualquer elevação, pode ser medida por um barômetro O mais comum é o barômetro de mercúrio, com escalas em uma das extremidades, Figura 3 Um simples balanço de força sobre o fluído no tubo fornece:

3 = + ρ g h (8) atm vap onde vap é a pressão de vapor do fluido A pressão absoluta simplesmente envolve a soma da pressão atmosférica com a pressão manométrica: = + ρ g h (9) abs atm Figura 3 Barômetro R= 0,0821 atm L / molk R= 8,314 J / molk 3 Material - Fita de magnésio - Becker 1000 ml ou cuba - Gaze - Fita durex - Funil sem haste - roveta 100 ml - Ácido clorídrico concentrado - Becker 250 ml 4 rocedimento Experimental DESCARTAR OS RESÍDUOS NA IA Com o auxílio de uma balança analítica, pese entre 40 a 80 mg de fita de magnésio A seguir, coloque a amostra no fundo de um béquer e cubra com um funil sem haste, como mostra a Figura 4 Adapte com fita adesiva um pedaço de gaze à saída do funil Encha o béquer com água até ¾ de sua capacidade e emborque uma proveta de 100 ml totalmente cheia de água Não deixe bolhas de ar dentro da proveta Fixe a proveta verticalmente como indicado na Figura 4 Depois do sistema montado, adicione lentamente dentro do béquer 10 ml de ácido clorídrico concentrado com auxílio de uma pipeta Essa adição deve ser feita com a pipeta bem próxima à borda do funil, para que o ácido entre rapidamente em contato com o magnésio Tome cuidado para não introduzir bolhas de ar no sistema Espere até que todo o metal tenha reagido e agite cuidadosamente para deslocar eventuais bolhas de hidrogênio retidas no funil

4 Figura 4 Montagem do sistema para medida do volume de gás na proveta 5 Resultados A partir dos dados obtidos, calcule: a) A massa atômica do Mg b) O erro da massa atômica do Mg, comparando a encontrada com a da tabela periódica (correta) c) A composição dos gases (H 2 e H 2 O) em porcentagem molar d) A composição dos gases (H 2 e H 2 O) em massa na mistura gasosa 6 Referências 1 Atkins, W Físico-Química 6ed University ress: Oxford, 1997, v1, 2 e 3 2 Castellan, G Fundamentos de Físico-Química: Ed Livros Técnicos e Científicos: São aulo, Felicíssimo, Ana Maria et al Experiências de Química Ed Moderna: São aulo, 1982

5 FOLHA DE DADOS Equipe: Turma: Data / / Dados coletados: Massa do metal (Mg) utilizado Volume de gás na proveta Diferença entre os níveis de água na proveta e no béquer Temperatura ambiente: ressão atmosférica: ressão de vapor da água (tabela em anexo): Resultados (MOSTRAR OS CÁLCULOS) a) Massa atômica do Mg determinada experimentalmente: b) Erro da medida : c) A composição dos gases em porcentagem molar H 2 : H 2 O: d) A composição dos gases em massa na mistura gasosa H 2 : H 2 O:

6 ANEXOS: Anexo 1 - Variação da massa específica (ρ) da água com a temperatura Temperatura ( C) Densidade absoluta (ρ kg/m 3 ) Temperatura ( C) Densidade absoluta (ρ kg/m 3 ) 0(água) 999, , , , , , , , , , , , , , ,7 Anexo 2 - Variação da pressão de vapor da água com a temperatura T (ºC) (mmhg) T (ºC) (mmhg) 0 4, , , , , , , ,88 8 8, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,349