MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CENTRO DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ANALÍTICA E FÍSICO-QUÍMICA

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1 MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CENTRO DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ANALÍTICA E FÍSICO-QUÍMICA MANUAL DE PRÁTICAS DISCIPLINA: FÍSICO-QUÍMICA II Físico-Química Experimental /02 1

2 EXPERIMENTOS 1. DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE VISCOSIDADE PELO VISCOSÍMETRO DE OSTWALD INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA NO COEFICIENTE DE VISCOSIDADE DE LÍQUIDOS POLARIMETRIA: VERIFICAÇÃO DA LEI DE BIOT EM SOLUÇÃO CONSTRUÇÃO DO DIAGRAMA TERNÁRIO DE COMPOSIÇÃO ÁCIDO ACÉTICO CLOROFÓRMIO ÁGUA CONSTRUÇÃO DO DIAGRAMA TERNÁRIO DE COMPOSIÇÃO ÁGUA ETANOL BENZENO DETERMINAÇÃO DO VOLUME MOLAR PARCIAL NaCl/H 2 O DETERMINAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO MICELAR CRÍTICA DE UM SURFACTANTE MEDIDA DA TENSÃO SUPERFICIAL: MÉTODO DA GOTA ABAIXAMENTO DO PONTO DE FUSÃO ANEXOS...27 Físico-Química Experimental /02 2

3 DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE VISCOSIDADE PELO VISCOSÍMETRO DE OSTWALD 1. Objetivos: Determinar o coeficiente de viscosidade relativa, dinâmica e cinemática de soluções, utilizando o viscosímetro de Ostwald ou de Cannon-Fenske. 2. Teoria: Reologia é a ciência que trata das deformações e fluxo de materiais causados pela aplicação de uma força. O estudo da reologia é importante pois o conhecimento das propriedades reológicas do material (como viscosidade) permite conhecer o comportamento dos materiais nas mais variadas situações durante a produção, transporte, armazenagem, etc. As faixas de viscosidade apresentadas por materiais comuns, encontram-se abaixo. Viscosidades de alguns materiais muito comuns: MATERIAL VISCOSIDADE (Pa-s) Vidro Vidro Fundido Polímeros Fundidos 10 3 Mel 10 Glicerol 1 Óleo de oliva 0,1 Água 0,001 Ar 10-6 Quando um líquido escoa através de um tubo estreito, sem turbulência, isto é, de modo contínuo e regular, a velocidade de escoamento depende, em primeiro lugar, da força que o produz. Além disso, uma vez que as diferentes partes do líquido não se movem no interior do tubo com a mesma velocidade, isto é, as camadas mais próximas às paredes do tubo se movem mais lentamente que as camadas centrais, e a velocidade alcança um máximo no centro do tubo, podemos considerar a corrente líquida como composta de um grande número de cilindros concêntricos, cada um movendo-se com velocidade constante, à qual é superior à do vizinho imediato e de maior diâmetro. Produz-se, assim, um deslizamento ou movimento das diferentes camadas, umas em relação às outras, na direção do escoamento. A este deslocamento das diferentes camadas, opõe-se o atrito interno (atrito entre os cilindros sucessivos) e o coeficiente de viscosidade de um líquido é uma medida deste atrito. Se considerarmos uma camada retangular e delgada (de espessura dx) do líquido, cuja superfície superior (de área A) se move relativamente à superfície inferior (também de área A) com uma velocidade dv, a força F que se necessita aplicar, tangencialmente, às superfícies superior e inferior, para manter o gradiente de velocidade (dv/dx), dependerá da viscosidade do líquido, isto é: (F/A) (dv/dx) ou (F/A) = η(dv/dx) (1) A grandeza η (eta), definida por esta equação, é o coeficiente de viscosidade dinâmica. Este coeficiente de viscosidade é numericamente igual à força tangencial, por unidade de área, necessária para manter uma unidade de velocidade de deslocamento de dois pontos paralelos, afastados de uma unidade de distância, o espaço entre eles estando cheio com um líquido viscoso. A viscosidade de um fluido pode ser determinada por vários métodos experimentais, como, por exemplo, a medida do tempo de vazão de um líquido através de um capilar (neste caso o coeficiente de viscosidade é dado pela Lei de Poiseuille); a medida do Físico-Química Experimental /02 3

4 tempo de queda de uma esfera através de um líquido (utilizando-se a lei de Stoke obtém-se o coeficiente de viscosidade) etc. No sistema CGS a unidade de viscosidade dinâmica é o Poise (g/cm.s). A viscosidade cinemática, definida como ν = η/ρ, onde η é a viscosidade dinâmica e ρ a massa específica do líquido, tem por unidade o Stoke (cm 2 /s). No caso da vazão de um líquido através de um capilar o coeficiente de viscosidade, segundo Poiseuille, é: 4 π. r. t. p η = (2) 8. V. l onde: P é a pressão hidrostática sobre o líquido, em N.m -2, V é o volume em m 3 (volume do líquido que flui em t segundos através do capilar de raio r e de comprimento l, ambos em metros). O viscosímetro de Ostwald (Fig.1) ou de Cannon-Fenske permite uma determinação simples do coeficiente de viscosidade desde que seja conhecida sua constante. No entanto, quando se desconhece a constante, as medidas de viscosidade são feitas por comparação entre o tempo de vazão do líquido cuja viscosidade se deseja determinar e de um líquido de viscosidade conhecida, geralmente água. Na mesma temperatura e no mesmo aparelho. Líquido a Figura 1 : Viscosímetro de Ostwald. b A partir da equação (2) aplicada ao líquido de viscosidade desconhecida e ao líquido padrão, obtém-se a equação (3), a qual nos permite determinar a viscosidade relativa do líquido: rel η η = ρ 1 t ρ t 1 1 = (3) η onde : η 1 e η 2 são os coeficientes de viscosidade dinâmica, do líquido em estudo e da água, respectivamente. ρ 1 e ρ 2 são os valores de massa específica dos fluidos desconhecido e conhecido, respectivamente, e t 1 e t 2 são os tempos gastos para que se escoem volumes iguais. Físico-Química Experimental /02 4

5 As viscosidades dinâmica e cinemática podem ser calculadas, respectivamente, através das equações: η 1 = η rel. η 2 (4) e υ = η 1 / ρ 1 (5). A viscosidade é uma propriedade importante, tanto em trabalhos práticos como teóricos. Em biologia e fisiologia o viscosímetro é utilizado no estudo das propriedades do sangue. Em tecnologia, tem sido aplicado na solução de uma grande variedade de problemas relacionados com: tintas, fibras, colas, borracha e outros produtos industriais. Em projetos de Engenharia Química, a viscosidade é um fator importante, pois o custo de bombas é muitas vezes considerável e isto depende muito da viscosidade dos líquidos ou gases a serem transportados. A precisão na operação, com este viscosímetro, depende do controle e da medida das seguintes variáveis: temperatura, tempo, alinhamento vertical do capilar e volume da substância estudada. 3. Material Necessário: 1 viscosímetro de Ostwald, 1 cronômetro, 1 picnômetro, tubo de borracha, 1 pipeta (seu volume depende do volume do viscosímetro), 1 termômetro C, 1 banho termostático. 4. Técnica Experimental: 1. O viscosímetro deve estar limpo e seco. 2. Prepare 100 ml de uma solução de NaCl 0,500 mol/l e, por diluião, 50 ml das soluções de 0,300 e 0,100 mol/l. 3. Prepare 100 ml de uma solução de C 12 H 22 O 11 (sacarose) 0,010 mol/l e, por diluião, 50 ml das soluções de 0,006 e 0,002 mol/l. 4. Coloque um certo volume (6mL) de água no viscosímetro pela extremidade 1. Por sucção com um tubo de borracha na extremidade 2, eleve o líquido no interior do tubo e verifique se este volume é suficiente para ultrapassar a marca A sem que falte líquido entre as marcas A e C (ver Figura 1 b). 5. Verifique se o nível do líquido em repouso está a +/- 1 cm abaixo da marca B. 6. Determine (com uma pipeta), o volume de água do viscosímetro que satisfaça estas condições e ANOTE este valor. 7. Coloque o viscosímetro, contendo o volume de água acima determinado, num banho termostático a 25 0 C (a parte do viscosímetro que contém o líquido deve ficar submersa). Espere que o sistema atinja o equilíbrio térmico. 8. Por sucção, através do tubo de borracha, eleve o líquido no interior do tubo até a marca A. Deixe o líquido escoar para verificar se o escoamento está se processando convenientemente e sem que gotas fiquem aderidas às paredes do tubo. Se isto acontecer, o viscosímetro deve ser esvaziado e novamente limpo com cuidado. Torne a aspirar o líquido até uns 2 centímetros acima da marca superior (reproduzir sempre esta mesma posição em todas as medidas, não devendo elevar-se acima do nível da água do banho termostático) e tire o tubo de sucção. Quando o menisco do líquido passar pelo traço superior, dê partida ao cronômetro. Quando o menisco alcançar a marca inferior, trave o cronômetro. Repita a determinação três vezes com o mesmo líquido. Se o viscosímetro estiver convenientemente limpo, os tempos de escoamento não diferirão de mais de 0,2%. No caso de tempos de escoamento diferirem de mais de 0,2%, precisa-se examinar cuidadosamente a técnica e o material para encontrar a origem dos erros. 9. Retire o viscosímetro do banho termostático e seque-o. Lave então com o líquidoproblema para se ter certeza de que não ficou nenhum resíduo do líquido anterior. 10. Torne a colocar o viscosímetro no banho termostático. Por meio da pipeta coloque no viscosímetro, o volume da substância (ou solução) cuja viscosidade deve ser determinada. Espere ± 5 minutos para que se estabeleça o equilíbrio térmico, e repita o Físico-Química Experimental /02 5

6 procedimento, tendo o cuidado de conduzir as operações nas mesmas condições anteriores. 11. Observe que é necessário determinar a massa específica de cada líquido ou solução. PICNÔMETRO: Utilize um picnômetro de 25 ou 50 ml para determinar a massa específica de cada líquido nas respectivas temperaturas em que foram feitas as determinações das viscosidades. COMO PROCEDER: Pese o picnômetro vazio. Depois de pesado, encha o picnômetro com o líquido-problema (faça primeiro para a água) e coloque-o para termostatizar (mesma temperatura do viscosímetro) durante +/- 5 minutos. Tire o picnômetro do banho rapidamente, seque-o bem e pese-o. Repita este procedimento para as outras temperaturas utilizadas (30 e 40 0 C) (menos para a água). Através da fórmula (ρ = m / v) você obtêm o valor da massa específica do líquido naquela temperatura. (Não esqueça de descontar a massa do picnômetro vazio). OBS: Este procedimento é feito para a água a 25 0 C para aferir o volume do picnômetro. O valor da massa específica da água se encontra na TABELA I, para a temperatura utilizada. À pressão de uma atmosfera, a viscosidade da água, segundo o National Bureau of Standards, é dada na TABELA I. TABELA I - Coeficiente de viscosidade e massa específica da água a várias temperaturas. Obs: 1 Poise = din.s.cm -2 Temperatura Coeficiente de viscosidade Massa específica (g.cm -3 ) ( 0 C) (milipoise) 10 13,070 0, ,390 0, ,020 0, ,904 0, ,975 0, ,194 0, ,529 0, ,468 0, ,665 0, Tratamento dos Dados Experimentais: Para cada líquido-problema, complete a seguinte tabela em seu caderno: η H2O = ρ H2O (g/ml) = t H2O (segundos) = Líquido ρ (g/ml) t (segundos) η Rel η 1 υ Concentração (mm) t 1 t 2 t 3 água Tire a média dos 3 tempos de cada solução, faça um cálculo de erro. Faça um gráfico do coeficiente de viscosidade dinâmica pela concentração da solução. Físico-Química Experimental /02 6

7 INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA NO COEFICIENTE DE VISCOSIDADE DE LÍQUIDOS 1. Objetivos: Determinar o coeficiente de viscosidade de alguns líquidos a várias temperaturas, utilizando o viscosímetro de Ostwald ou de Cannon-Fenske. 2. Teoria: O efeito da temperatura sobre o coeficiente de viscosidade de um fluido difere notadamente segundo o fluido é líquido ou gás. Nos gases, o coeficiente aumenta com a temperatura, mas nos líquidos diminui marcadamente com a elevação da temperatura. A relação dos coeficientes de viscosidade dos líquidos com a temperatura é dada pela equação de Carrancio: B η = A. exp B/RT ou ln η = ln A + (1) R. T onde : A e B são constantes próprias dos líquidos dados, sendo B uma medida de energia necessária para fazer o líquido fluir. A partir da determinação do coeficiente de viscosidade de um líquido em diferentes temperaturas é possível, graficamente, determinar-se os valores das constantes A e B. Neste experimento também será determinado o coeficiente de viscosidade relativa para posterior cálculo do coeficiente de viscosidade da substância ou solução. 3. Técnica Experimental: Repita o processo descrito anteriormente (para uma única temperatura), para diferentes temperaturas 30 e 40 0 C, desde que a temperatura de ebulição do líquido-problema não esteja muito próximo da temperatura do banho termostático. Para cada temperatura, faça os experimentos com água e com os líquidos-problemas. 1. O viscosímetro deve estar limpo e seco. 2. Coloque um certo volume de água no viscosímetro pela extremidade 1. Por sucção com um tubo de borracha na extremidade 2, eleve o líquido no interior do tubo e verifique se este volume é suficiente para ultrapassar a marca A sem que falte líquido entre as marcas A e C (ver Figura 1 b, do roteiro anterior). 3. Verifique se o nível do líquido em repouso está a +/- 1 cm abaixo da marca B. 4. Determine (com uma pipeta), o volume de água do viscosímetro que satisfaça estas condições e ANOTE este valor. 5. Coloque o viscosímetro, contendo o volume de água acima determinado, num banho termostático a 25 0 C (a parte do viscosímetro que contém o líquido deve ficar submerso). Espere que o sistema atinja o equilíbrio térmico. 6. Por sucção, através do tubo de borracha, eleve o líquido no interior do tubo até a marca A. Deixe o líquido escoar para verificar se o escoamento está se processando convenientemente e sem que gotas fiquem aderidas às paredes do tubo. Se isto acontecer, o viscosímetro deve ser esvaziado e novamente limpo com cuidado. Torne a aspirar o líquido até uns 2 centímetros acima da marca superior (reproduzir sempre esta mesma posição em todas as medidas, não devendo elevar-se acima do nível da água do banho termostático) e tire o tubo de sucção. Quando o menisco do líquido passar pelo traço superior, dê partida ao cronômetro. Quando o menisco alcançar a marca inferior, trave o cronômetro. Repita a determinação três vezes com o mesmo líquido. Se o viscosímetro estiver convenientemente limpo, os tempos de escoamento não diferirão de mais de 0,2%. No caso de tempos de escoamento diferirem de mais de 0,2%, precisa-se examinar cuidadosamente a técnica e o material para encontrar a origem dos erros. Físico-Química Experimental /02 7

8 7. Retire o viscosímetro do banho termostático e seque-o. Lave então com o líquidoproblema para se ter certeza de que não ficou nenhum resíduo do líquido anterior. 8. Torne a colocar o viscosímetro no banho termostático. Por meio da pipeta coloque no viscosímetro o volume da substância (ou solução) cuja viscosidade deve ser determinada (mesmo volume utilizado anteriormente). Espere ± 5 minutos para que se estabeleça o equilíbrio térmico, e repita o procedimento, tendo o cuidado de conduzir as operações nas mesmas condições anteriores. 9. Observe que é necessário determinar a massa específica de cada líquido ou solução em cada temperatura. 4. Tratamento dos Dados Experimentais: Para cada líquido e para cada temperatura, complete a seguinte tabela em seu caderno: Líquido = Temperatura η H2O ρ H2O (g/ml) t H2O (seg.) ρ Liq (g/ml) t Liq (seg.) η Liq Líquido = Temperatura η H2O ρ H2O (g/ml) t H2O (seg.) ρ Liq (g/ml) t Liq (seg.) η Liq Líquido = Temperatura η H2O ρ H2O (g/ml) t H2O (seg.) ρ Liq (g/ml) t Liq (seg.) η Liq Em seguida complete a tabela abaixo: Líquido T(K) T -1 η ln η Faça um gráfico do logaritmo do coeficiente de viscosidade dinâmica em função do inverso da temperatura absoluta, para cada líquido (inclusive a água). Usando a equação (1), determine graficamente as duas constantes A e B para cada líquido. Se for necessário, calcule estas constantes pelo método dos mínimos quadrados. Apresente os resultados de viscosidades utilizando as unidades em Pa.s (kg.m -1 s -1 ) e os termos relacionados com energia em Joules/mol. Compare os valores de A e B dos diferentes líquidos. Físico-Química Experimental /02 8

9 POLARIMETRIA: VERIFICAÇÃO DA LEI DE BIOT EM SOLUÇÃO 1. Objetivos: Determinar o poder rotatório ótico específico da sacarose, e o teor de sacarose em uma amostra impura (com contaminante não ativo oticamente). 2. Introdução: Sabe-se que a luz natural é constituída de ondas eletromagnéticas que se propagam em todas as direções, em infinitos planos de vibração. Como exemplo cita-se a luz solar, uma lâmpada incandescente etc. Por outro lado, quando a luz natural é passada através de um prisma polarizador de Nicol a radiação emergente vibra em apenas um plano de vibração e é denominada luz polarizada. Poderá ser policromática ou monocromática, dependendo da fonte luminosa. Quando um feixe de luz plano-polarizada monocromática atravessa um tubo de comprimento igual a L, cheio com uma solução contendo uma substância oticamente ativa (possui em sua molécula um átomo de carbono assimétrico ou chiral ), de concentração C, o desvio angular do plano de polarização á dado por: α = 20 [ α] LC () 1 D 20 A constante [ α] é o poder rotatório ótico específico característico da substância (em D 20,0ºC a rotação específica da sacarose, sob luz de sódio, é 66,53 o e a da glicose 52,7 o ) e depende do comprimento de onda do feixe de luz e da temperatura. É definido como sendo o ângulo-desvio (em graus angulares) apresentado por uma alíquota de uma solução cuja concentração é de um quilograma (1000 g) de substância oticamente ativa por metro cúbico (1000L) de solução, colocada em um tubo polarimétrico de 1 metro (10 dm) de comprimento e observada, a 20,0ºC, sob luz de sódio; L é o comprimento, em dm, do tubo polarimétrico; C é a concentração da solução em g/cm 3 e α é a rotação observada, em graus angulares. No Sistema 20 Internacional (SI), [ α] = α m e sua unidade é rad.m 2 /kg. D Pela expressão (1) vê-se que o ângulo-desvio varia linearmente com a concentração. O desvio angular é medido com um polarímetro, cujo esquema é o seguinte: Figura 1 A luz proveniente de uma fonte luminosa monocromática (L), é polarizada ao atravessar um prisma de Nicol (P). Após este prisma, o feixe luminoso atravessa o líquido contido no tubo (T) e, em seguida, outro prisma de Nicol chamado analisador (A). O campo do instrumento é observado com a ocular (0). O analisador pode girar em torno do eixo longitudinal do instrumento enquanto que o polarizador é fixo. Quando o tubo (T) contém uma substância que não possui atividade ótica (por exemplo, a água) e o analisador está cruzado com o polarizador, nenhuma luz passará e o campo do instrumento, portanto, se apresentará escuro. Esta situação corresponde ao zero gravado no limbo do aparelho. Caso o tubo (T) contenha uma substância oticamente ativa, o raio luminoso sofrerá uma rotação no seu plano de polarização. Para que o Físico-Química Experimental /02 9

10 campo fique novamente escuro é necessário girar o analisador de certo ângulo, que será registrado no limbo e representa o desvio angular. O polarímetro tem um dispositivo auxiliar, que torna a medida do desvio angular mais precisa. Graças a ele o campo visual do instrumento fica dividido em três partes (ver Figura 2). Quando o analisador está um pouco antes da posição cruzada em relação ao polarizador a parte central do campo visual torna-se escura e as partes laterais tornam-se claras (ver Figura 3). Quando o analisador está um pouco além da posição cruzada em relação ao polarizador, a parte central do campo visual torna-se clara e as partes laterais tornam-se escuras (ver Figura 4). Uma posição intermediária, em que as três partes do campo estão totalmente sombreadas, corresponde ao cruzamento dos dois prismas (ver Figura 5). Caso o prisma analisador esteja na mesma posição que o prisma polarizador, o campo apresenta-se totalmente iluminado (ver Figura 6). Fig. 2 Campo visual dividido em três partes. Fig.03 Analisador um pouco antes da posição cruzada em relação ao polarizador Fig.04 Analisador um pouco além da posição cruzada em relação ao polarizador. Fig. 05 Analisador na posição cruzada em relação ao polarizador, com o campo visual totalmente sombreado. Fig. 06 Analisador paralelo ao polarizador com o campo visual totalmente claro. Leitura da escala Sempre que se adicionar uma nova solução no tubo para uma leitura, antes de se fazer o ajuste do analisador deve-se ajustar a escala (lateral ao visor) na posição 0,00, conforme figura 7, ao lado. Alinhamento das marcações do ponto zero da escala de dentro (fixa) com a marcação do ponto zero da escala de fora (móvel). Escala fixa Se a solução no tubo não apresentar desvio da luz plano-polarizada (desvio 0,00) o campo visual será idêntico ao da figura 6, com a escala conforme figura ao lado. No entanto, estando a escala ajustada na posição 0,00 e se for adicionada ao tubo uma solução que apresente desvio da luz plano-polarizada (desvio 0,00) o campo visual será idêntico ao da figura 3 ou ao da figura 4. Uma vez visto isso, deve-se procurar ajustar (lentamente) o analisador de modo a se observar novamente a imagem da figura 6. Para o caso de uma solução de sacarose, que apresenta desvio positivo, devemos girar o analisador no Figura 7: Escala polarímetro. Físico-Química Experimental /02 10

11 sentido horário. Após encontrar-se a posição na qual se observa a imagem da figura 6 faz-se a leitura do desvio angular. Supondo que para uma solução hipotética o ajuste tenha ficado conforme a figura 8, ao lado. O valor lido será de 6,15 graus. O ponto de referência é a marcação do zero da escala fixa. Como ele está entre 6 e 7 da escala móvel devemos anotar 6,. Os dois últimos algarismos (os dois depois da vírgula) são obtidos na escala fixa da seguinte maneira. Procure a primeira marcação (risco) da escala fixa que coincida exatamente com uma marcação (qualquer) da escala móvel, o número correspondente a esta marcação (fixa) lhe fornece os números depois da vírgula. Neste caso teremos 6,15 pois a quarta marcação da escala fixa está alinhada com uma da móvel. Obs.: Observe a divisão das escalas Figura 8: Escala polarímetro. A rotação específica (tal como o ponto de fusão e o de ebulição) é uma constante física importante para a identificação de substâncias. A polarimetria, dentre outras aplicações, é utilizada na indústria alimentícia e na análise de produtos farmacêuticos. 3. Procedimento Experimental: Obs. Atenção para o item 9. A primeira leitura a ser feita deve ser da solução mais concentrada. 1. Prepare 100 ml de uma solução contendo 0,15 g/ml de sacarose. 2. Por diluição prepare 50 ml de solução de sacarose com as seguintes concetrações: 0,10, 0,05 e 0,02. Tenha o cuidado de restar ao menos 30 ml de cada solução. 3. Ligue a lâmpada de sódio. 4. Encha o tubo do polarímetro com água destilada e coloque-o no instrumento. Tenha o cuidado de não deixar bolhas de ar no interior do tubo e de limpar suas faces externamente. 5. Observe a ocular do instrumento de maneira a distinguir nitidamente as linhas que separam as três partes do campo visual do polarímetro. Gire a alavanca que comanda a posição do analisador no sentido horário ou anti-horário, até observar que há uma inversão na iluminação das partes central e lateral do campo visual. Em seguida, gire o analisador no sentido que torne as três partes igualmente iluminadas. Determine, cuidadosamente, este ponto e anote o ângulo encontrado, que deve ser igual a zero (ou 90) grau(s). Caso isto não ocorra o polarímetro necessita de um ajuste especial. Mesmo assim, anote a leitura (α s ). 6. Esvazie o tubo polarimétrico e lave-o com a solução a ser analisada. Em seguida, encha-o com a própria solução e elimine as bolhas de ar, caso existam. Por fim, feche o tubo e limpeo externamente. Repita as operações do item 6 e anote o desvio angular (α obs ). 7. Operando de maneira análoga, determine o desvio angular para as demais soluções. 8. Prepare a solução da amostra problema (sacarose impura) e faça a leitura. 9. Depois de feita a leitura do desvio apresentado pela solução mais concentrada, devolva a mesma para seu frasco e em seguida adicione 0,5 ml de HCl concentrado e ao final da aula repita a leitura da mesma. Físico-Química Experimental /02 11

12 4. Cálculos e Resultados: a) Organize seus dados sob a forma da seguinte tabela: Desvio angular do solvente (H 2 O) = α s = º Comprimento do tubo = dm Temperatura = ºC Solução Concentração Desvio angular C (g/cm 3 ) observado (α obs ) solvente problema??? OBS.: α f é o desvio angular final e α obs é o desvio angular observado. Desvio angular final, α f = α obs - α s b) Construa um gráfico relacionando o desvio angular com a concentração de sacarose e, apartir deste, obtenha o valor do poder rotatório ótico específico da sacarose. c) Graficamente encontre o valor da concentração de sacarose na solução da amostra problema, para em seguida determinar qual é o teor de sacarose na mesma. d) Discuta o resultado observado no item 10 do procedimento. Físico-Química Experimental /02 12

13 CONSTRUÇÃO DO DIAGRAMA TERNÁRIO DE COMPOSIÇÃO ÁCIDO ACÉTICO CLOROFÓRMIO ÁGUA 1. Objetivos: Construir um diagrama de fases de um sistema de três componentes. 2. Introdução: De acordo com a regra das fases, quando o número de componentes for igual a três, o número de graus de liberdade de um sistema monofásico deve ser igual a quatro (pressão, temperatura e numero de moles de dois componentes). L = C + 2 F = 5 F Mantendo-se constantes a temperatura e a pressão, temse 2 variáveis independentes e o diagrama pode ser construído no plano. L** = 3 F O sistema em estudo é constituído por dois componentes líquidos parcialmente miscíveis entre si e um completamente miscível nos dois. O diagrama de fases desses 3 componentes pode ser apresentado na forma triangular, onde cada vértice corresponde a um componente puro (Figura ao lado). Nessa figura, a curva dentro do diagrama representa a interface de separação entre duas regiões distintas: acima da curva a região de uma fase, e abaixo a região de duas fases. Cada lado irá indicar sistemas binários. As linhas que indicam uma concentração constante de um dado componente são paralelas ao lado oposto do vértice representando este componente. Por exemplo, considerando-se o componente B, a linha AC (o próprio lado oposto) indica os pontos onde não há componente B, existindo apenas A e C (0% de B). As linhas paralelas ao lado AC e em direção ao vértice B indicam, sucessivamente, as concentrações crescentes de B (10%, 20%, etc.). De modo similar podemos traçar as linhas que definem as concentrações de A e C. Uma linha passando por um dos vértices por exemplo, pelo vértice C apresenta proporção constante entre os dois outros componentes, no caso A e B. Isto é, ao se deslocar o ponto representativo do sistema ao longo desta linha, varia-se a quantidade de C, mantendo-se A e B (As concentrações variam, mas o quociente das concentrações permanece constante). Experimentalmente, o diagrama ternário é obtido preparando-se inicialmente misturas conhecidas dos 2 líquidos parcialmente miscíveis. Em seguida, com o auxílio de uma bureta, o terceiro líquido é adicionado até que a turbibez desapareça. 3. Procedimento Experimental 0,9 0,8 0,7 0,6 Parte A 1. Em um frasco erlenmeyer adicione 9,0 ml de clorofórmio. 2. Com o auxílio de uma bureta adicione 0,5 ml de H 2 O ao frasco. Titule então com CH 3 COOH até a formação de uma única camada (1 fase). Nesse instante, assim que Físico-Química Experimental / ,5 0,4 0,3 0,2 CH 3 COOH 0,1 0,0 1,0 0,0 CHCl 3 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 H 2 O

14 perceber uma única fase anote na tabela o volume de CH 3 COOH utilizado. (primeiro ponto A). 3. Em seguida adicione 0,2 ml de H 2 O ao frasco de modo que no total tenha sido adicionado 0,7 ml de H 2 O (anterior mais a presente). Titule então com CH 3 COOH até a formação de uma única camada (1 fase). Nesse instante, assim que perceber a formação de uma fase anote na tabela o volume de CH 3 COOH utilizado. (segundo ponto A). 4. Adicione novamente ao frasco, mais 0,9 ml de H 2 O e torne a titular com CH 3 COOH até a formação de uma única camada (1 fase). Nesse instante, assim que perceber a formação de uma fase anote na tabela o volume de CH 3 COOH utilizado. (terceiro ponto A). 5. Obtenha mais dois pontos repetindo o procedimento anterior, porém com a adição de um volume de H 2 O de modo a obter um total de 3,0 ml e depois mais uma quantia que totalize 6,0 ml. Obs.: Enquanto houver duas fases, sob agitação o sistema fica turvo. Parte B 1. Em um frasco erlenmeyer adicione 14,0 ml de água. 2. Com o auxílio de uma pipeta adicione 0,5 ml de CHCl 3 na água (observe a presença de uma segunda camada). Titule então com CH 3 COOH até a formação de uma única camada (1 fase). Nesse instante, assim que perceber a formação de uma fase anote na tabela o volume de CH 3 COOH utilizado (primeiro ponto B). 3. Novamente com o auxílio de uma pipeta adicione mais 1,1 ml de CHCl 3 no frasco (observe a formação de uma segunda camada). Titule então com CH 3 COOH até a formação de uma única camada (1 fase). Nesse instante, assim que perceber a formação de uma fase anote na tabela o volume de CH 3 COOH utilizado. (segundo ponto B). 4. Obtenha mais três pontos repetindo o procedimento anterior, porém com a adição de: 1,5, 3,2 e 3,2 ml de CHCl 3 por vez. Sempre titulando com CH 3 COOH após cada adição. 4. Tratamento dos Dados Calcule as massas dos 3 componentes para cada ponto anotado. Organize os resultados na tabela a seguir: Obs.: Os valores de volume total de clorofórmio e água de cada ponto anotados na tabela Ponto Clorofórmio Água Ácido acético volume massa % m volume massa % m volume massa % m 1 9,0 0,5 2 9,0 0,7 3 9,0 1,6 4 9,0 3,0 5 9,0 6,0 6 0,5 14,0 7 1,6 14,0 8 3,1 14,0 9 6,2 14,0 10 9,4 14,0 Mostre todos os cálculos. Construa o diagrama ternário utilizando as percentagens em massa de clorofórmio, água e ácido acético das misturas monofásicas. Determine experimentalmente o valor da massa específica de cada componente. Caso contrário utilize os seguintes dados de massas específicas: Ácido acético 1,05 g/ml Clorofórmio 1,49 g/ml Água 1,00 g/ml Físico-Química Experimental /02 14

15 CONSTRUÇÃO DO DIAGRAMA TERNÁRIO DE COMPOSIÇÃO ÁGUA ETANOL BENZENO 1. Objetivos: Construir um diagrama de fases para um sistema de três componentes líquidos parcialmente miscíveis, em T e P constantes. 2. Introdução: (Mesmas considerações gerais do roteiro anterior). 3. Procedimento Experimental Parte A Com auxílio de buretas ou de pipetas, em tubos de ensaio prepare as seguintes soluções e feche-as com papel alumínio. Ponto Água Etanol Benzeno volume massa % m volume massa % m volume massa % m 1 4,0 2,5 2 4,0 4,0 3 4,0 6,0 4 2,7 5,0 5 1,5 5,0 6 0,5 3,5 7 0,3 3,5 Obs.: Note que o etanol do frasco estoque não é 100% puro. Parte B Com o auxílio de uma bureta titule com benzeno até que apareça uma turbidez. Nesse instante, anote o volume. Mostre todos os cálculos. Construa o diagrama ternário utilizando as percentagens em massa de cada componente. Físico-Química Experimental /02 15

16 DETERMINAÇÃO DO VOLUME MOLAR PARCIAL NaCl/H 2 O Estude PICNOMETRIA para realizar esta prática. 1. Objetivos: Calcular o volume molar parcial de soluções de NaCl como uma função da concentração a partir da massa específica das soluções (picnometria). 2. Introdução: O volume molar parcial é de particular interesse devido a sua conecção termodinâmica com outra propriedade molar parcial, a energia livre de Gibbs molar parcial, conhecida como potencial químico. Uma importante propriedade do potencial químico é que, quando em equilíbrio, para uma dada substância ele possui o mesmo valor em todas as fases do sistema. Considere um sistema contendo uma substância sólida pura (ex. NaCl) em equilíbrio com uma solução saturada. O potencial químico do soluto é o mesmo em ambas as fases. Imagine agora que a pressão sobre o sistema seja mudada isotermicamente. O soluto tenderá a migrar de uma fase para outra, refletindo em uma mudança na solubilidade? Para uma mudança de equilíbrio em temperatura constante envolvendo somente trabalho de expansão, a mudança na energia livre de Gibbs (G) é dada por dg = VdP (1) Diferenciando relativamente a n 2, o número de mols do soluto, obtemos dg 2 = V 2dP (2) Onde a energia livre de Gibbs molar parcial (potencial químico) e o volume molar parcial aparecem. Para a mudança de estado NaCl (S) == NaCl (aq) Podemos escrever ( G 2 ) d( G 2 ) = V 2dP, ou = V 2 (3) P T Então, se o volume molar parcial do soluto em solução for maior que o volume molar parcial do soluto sólido, um aumento na pressão acrescerá o potencial químico do soluto em solução relativamente àquele da fase sólida; o soluto então deixará a solução até que um novo equilíbrio seja atingido. Por outro lado, se o volume molar parcial em solução for menor que aquele no sólido, a solubilidade aumentará com a pressão. Volume molar parcial, e em particular seus desvios apresentados em relação aos valores esperados para soluções ideais, são de considerável interesse em conjunto com a teoria das soluções, especialmente quando aplicado a misturas binárias de componentes líquidos onde estão relacionados aos calores de mistura e desvios da lei de Raoult. O volume total (V) de uma mistura binária é igual à soma dos volumes de todos os componentes na solução; por sua vez, o volume de cada componente é igual ao produto entre o número de mols daquele componente presente na solução e seu volume molar parcial. Assim, V = n1. V1 + n2. V2 (4) A partir desta equação vemos que o volume total de uma quantidade de solução contendo 1 kg (55,51 mol) de água e m mol de soluto é dado por V = 55,51. V + mv (5) Onde o subscrito 1 e 2 refere-se ao solvente e ao soluto, respectivamente. Seja V 1 o volume molar da água pura (=18,016/0, = 18,069 cm 3 /mol a 25,00 0 C). Então definimos o volume molar aparente φ do soluto pela equação Físico-Química Experimental /02 16

17 0 0 V = n1. V 1 + n2. φ = 55,51. V 1 + mφ (6) A qual pode ser rearranjada para dar φ = ( V n1. V ) ( ) = V 55,51. V n 1 2 m (7) Como: mm V = 2 (cm 3 ) ρ (8) n 1. V 1 = (cm 3 ) ρ0 (9) onde ρ é a massa específica da solução e ρ o é a massa específica do solvente puro, ambos em g/cm 3, e M 2 é a massa molecular do soluto em gramas. Substituindo as equações 8 e 9 na 7, obtemos w w0 φ = M 2., w e = massa do picnometro vazio, w 0 = massa do ρ m w0 w e picnometro cheio de água e w = massa do picnometro com a solução. Agora pela definição de volume molar parcial e pelo uso das equações 5 e 6, V φ φ V = + n = + m n 2 = φ 2 φ 2 n2 m (10) T, P, n φ 0 m φ V = n V n = V n n (11) ,51 m Podemos proceder graficando φ por m, obtendo uma curva suave com os pontos, e posteriormente traçando tangentes aos pontos requeridos de m na curva e obter os coeficientes angulares.. No entanto, para soluções de eletrólito simples, foi determinado que muitas quantidade molar aparente tal como φ varia linearmente com m, mesmo em concentrações moderadas. Este comportamento está de acordo com o previsto pela teoria de Debye-Hückel para soluções diluídas. Como dφ dφ d m 1 dφ = = (12) dm d m dm 2 m d m A partir das equações 10 e 11 obtemos m dφ m dφ 0 m dφ V 2 = φ + = φ + = φ + (13) 2 m d m 2 d m 2 d m 0 m m dφ V 1 = V 1 (14) 55,51 2 d m Onde φ 0 é o volume molar aparente extrapolado para concentração zero. Agora se pode plotar φ versus m e determinar a melhor reta entre os pontos. A partir do coeficiente angular dφ e do valor deφ 0, ambos V 1 e V 2 podem ser obtidos. d m 3. Procedimento Experimental 1. Prepare 200 ml de uma solução aquosa (de NaCl) de aproximadamente 3,2 m (3,0 M). 2. Por diluição da solução estoque prepare 100 ml de soluções com: 1/2, 1/4, 1/8 e 1/16 da concentração da solução estoque. Físico-Química Experimental /02 17

18 3. Com o emprego de um picnômetro determine a massa específica de cada solução preparada, inclusive a solução estoque. PICNÔMETRO: Utilize um picnômetro de 25 ou 50 ml para determinar a massa específica de cada líquido em temperatura constante. COMO PROCEDER: Pese o picnômetro vazio e seco. Depois de pesado, encha o picnômetro com o líquido-problema (faça primeiro para a água) e seque-o bem para pesagem. Repita este procedimento para todas as soluções. Através da fórmula (ρ = m / v) você obtém o valor da massa específica do líquido naquela temperatura. (Não esqueça de descontar a massa do picnômetro vazio). OBS: Este procedimento é feito para a água pura para aferir o volume do picnômetro. O valor da massa específica da água se encontra na tabela 1 dos anexos. 4. Cálculos e Resultados A molalidade (m, mol/kg) pode ser obtida da molaridade (M, mol/l) da solução através da seguinte equação: 1 m =, onde M 2 = massa molar do soluto (58,45 g/mol), e ρ = massa ρ M 2 M 1000 específica da solução (g/cm 3 ). Calcule o φ para cada solução. Faça um gráfico de φ versus m para cada solução. Determine o coeficiente angular dφ ( ) e o valor do coeficiente linear (φº) através da reta que melhor correlaciona os pontos da d m figura. Calcule V 1 e V 2 para m = 0.0, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0 e 2.5. Construa um gráfico de V 1 e V 2 versus m e trace as duas melhores curvas para estes pontos. Para discussão: A massa específica do NaCl (S) é 2,165 g/cm 3 a 25ºC. Como a solubilidade do NaCl em água será afetada por um acréscimo de pressão? Físico-Química Experimental /02 18

19 DETERMINAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO MICELAR CRÍTICA DE UM SURFACTANTE 1. Objetivos: Determinar, graficamente, a concentração micelar crítica de um surfactante por condutometria. 2. Introdução: Os detergentes, também chamados surfactantes, apresentam em sua estrutura molecular uma região hidrofóbica, que é constituída por uma longa cadeia de hidrocarbonetos e uma região hidrofílica, que é um grupo polar ou iônico. De acordo com a região hidrofílica os surfactantes classificam-se em catiônicos, aniônicos e não iônicos. Em soluções diluídas os surfactantes existem na forma de monômeros, os quais atuam como eletrólitos fortes. À medida que a concentração aumenta os monômeros formam agregados (MICELAS) e a concentração mínima de surfactante em que se inicia a formação de micelas é denominada Concentração Micelar Crítica (C.M.C.). A C.M.C. de um surfactante é uma propriedade física tão importante como os pontos de fusão e ebulição ou o índice de refração de substâncias puras. As micelas podem ser usadas como catalisadores ou inibidores no estudo cinético de reações químicas e têm grande aplicação na área farmacêutica, em operações industriais etc. A C.M.C. de um surfactante é determinada através do estudo da variação de propriedades físicas tais como tensão superficial, condutância elétrica e outras, em função da concentração do mesmo; graficamente, uma descontinuidade na curva obtida quando se loca condutância elétrica, medida em microsiemens (µs), versus concentração milimolar (mm) do detergente, indica o valor da C.M.C. Nesta experiência determina-se a C.M.C. de um surfactante aniônico (dodecilsulfato de sódio SDS) através da mudança no coeficiente angular da curva acima citada. 3. Procedimento Experimental PARTE A 1. Prepare 100mL de dodecilsulfato de sódio (SDS) 40mM (surfactante aniônico). 2. Monte um sistema, bureta com agitador magnético e eletrodo do cundutivímetro, similarmente a um sistema de titulação potenciométrica. Conforme figura ao lado 3. Coloque na célula de condutância inicialmente 50mL de água; meça a condutâmcia elétrica inicial da água. 4. Com auxílio de uma bureta adicione a solução estoque do surfactante de 1,5 em 1,5 ml até 25 ml sob agitação. Leia a condutância após cada volume adicionado da solução estoque, calcule a concentração da solução completando assim a tabela a seguir. Físico-Química Experimental /02 19

20 Resultados 1. Preencha as lacunas e a tabela abaixo: Temperatura = ºC; Conc. da sol. Estoque de SDS = mm; Volume inicial de água = ml; Condut. inicial da água (L i ) = µs; V, ml C, mm L obs, µ S L f, µ S V, ml Volume de surfactante adicionado, em ml; C, mm Conc. milimolar da solução resultante; L obs, µ S Condut. elétrica observada da solução resultante, em microsiemens; L f, µ S Condut. elétrica final da solução resultante, em microsiemens L f = L obs - L i 2. Construa o gráfico da condutância elétrica versus concentração do surfactante e determine a C.M.C. do surfactante empregado. PARTE B (Efeito da adição de etanol) 1. Coloque na célula de condutância inicialmente 40mL de água e mais 10 ml de etanol; meça a condutâmcia elétrica inicial da solução. 2. Novamente com auxílio de uma bureta adicione a solução estoque do surfactante de 1,5 em 1,5 ml até 40 ml sob agitação. Leia a condutância após cada volume adicionado da solução estoque, calcule a concentração da solução completando assim a tabela a seguir. Físico-Química Experimental /02 20

21 Resultados 1. Preencha as lacunas e a tabela abaixo: Temperatura = ºC; Conc. da sol. Estoque de SDS = mm; Volume inicial de água = ml; Condut. inicial da água (L i ) = µs; Volume inicial de etanol = ml; Concentração inicial de etanol = M; V, ml C, mm L obs, µ S L f, µ S V, ml Volume de surfactante adicionado, em ml; C, mm Conc. milimolar da solução resultante; L obs, µ S Condut. elétrica observada da solução resultante, em microsiemens; L f, µ S Condut. elétrica final da solução resultante, em microsiemens L f = L obs - L i 3. Construa o gráfico da condutância elétrica versus concentração do surfactante e determine a C.M.C. do surfactante empregado sob a influência do etanol. Físico-Química Experimental /02 21

22 MEDIDA DA TENSÃO SUPERFICIAL: MÉTODO DA GOTA 1. Objetivos: Determinar a influência da concentração de um surfactante na tensão superficial da água. 2. Introdução: As moléculas da superfície de um líquido são submetidas a forças intermoleculares desiguais, resultando na tensão superficial. Esta tensão superficial é expressa como a energia livre de superfície por unidade de área e pode ser representada como uma força que age no plano da superfície do líquido. Como consequência, ao introduzir um tubo capilar em um líquido que o molhe, o líquido eleva-se pelo capilar (Fig. 1). Figura 1. Ascenção de um líquido em um capilar. A força que sustenta a coluna líquida é proporcional à tensão superficial do líquido, fato este que permite determiná-la experimentalmente a partir da seguinte equação: ' g( ρ ρ ) r γ = r L + (1) 2.cosα 3 Onde γ é a tensão superficial do líquido, ρ é a sua massa específica, ρ' é a massa específica do sistema que faz a interface com o líquido-problema (gás ou líquido), g é a aceleração da gravidade, α é o ângulo de contato do menisco, L é a altura da coluna líquida e r é o raio do tubo capilar. Outro aparelho utilizado para a medida da tensão superficial é o tensiômetro de Noüy, o qual usa um anel de arame usualmente de platina com comprimento P= 4πr, onde r é o raio do anel. Este anel é suspenso por um braço semelhante ao de uma balança de pesagem. Num extremo está o anel e no outro pode ser aplicada uma força variável (ver figura 2). O anel deve tocar a superfície líquida, a força aplicada deve ser então corrigida para representar a tensão superficial do líquido através da equação. Na prática o tensiômetro fornece leitura diretamente no dial (escala circular) a partir da torção aplicada sobre um cabo metálico conforme a figura 3. Físico-Química Experimental /02 22

23 (a) (b) Figura 2: a) distenção de uma película superficial durante a medida de tensão superficial. b) condição da película de superfície no ponto de ruptura. Figura 3: Tensiômetro de Nouy, aparelho utilizado para medir a tensão superficial de um líquido. Existem vários métodos de medida da tensão superficial; nesta experiência adota-se o baseado na lei de Tates, em que se determina a massa (m) de uma gota do líquido que se desprende, sob a ação do próprio peso, da extremidade de um tubo cilíndrico, de raio R, mantido na vertical. Nestas circunstancias se tem: γ = mg/2πr Onde γ é a tensão superficial e g a aceleração da gravidade. A expressão anterior só é válida quando a gota se desprende integralmente da extremidade do tubo, o que não ocorre na realidade. Utiliza-se por isso a fórmula γ = (mg/r)f` Físico-Química Experimental /02 23

24 Onde F` é um fator determinado empiricamente, e que depende da razão entre o volume V da gota e R 3. Tabelas ou gráficos apropriados possibilitam a sua estimativa. Um aparelho simples que se pode utilizar para medir a massa m é o esquematizado na figura que segue. Na extremidade do tubo capilar forma-se a gota que, ao se desprender é recolhida no pesa filtro. Mangueira Pipeta graduada Válvula Seringa Tubo capilar Pesa filtro Tampa do pesa filtro Figura 4: Sistema utilizado para determinar a tensão superficial de um líquido. A velocidade de formação das gotas é controlada por meio de uma válvula colocada no circuito. A tensão superficial é uma propriedade cujo valor é sensível à modificação da temperatura; é conveniente medi-la em temperatura constante. Ela também é influenciável pela presença de diminutas quantidades de substâncias adsorvida à superfície do liquido (ácidos graxos, por exemplo); é indispensável, por isso, que se tome escrupuloso cuidado para evitar a contaminação da superfície. Neste experimento será determinada a variação do valor da tensão superficial da água devido a diferentes concentrações de um surfactante. 3. Procedimento Experimental 1. Com base no experimento para a determinação da CMC de um surfactante prepare seis (6) soluções do mesmo surfactante, de modo a abranger todo o intervalo de concentração do experimento anterior. Concentrações no valor de: 0, 2, 4, 6, 8, 10 e 15 mm. Físico-Química Experimental /02 24

25 2. No instrumento, limpo, coloque um volume de água suficiente para encher a pipeta. Este procedimento é efetuado com o auxílio de uma seringa do seguinte modo: O béquer com o líquido deve ser colocado na base do suporte de modo que o capilar fique mergulhado no mesmo (certifique-se de que a válvula esteja aberta). Através da seringa conectada a uma mangueira na extremidade superior da pipeta, faz-se sucção (lenta) do líquido até que o volume atinja um nível pouco superior à marca do zero da pipeta (não permita que o líquido entre na mangueira). Após ter enchido a pipeta feche a válvula e em seguida desconecte a seringa e então ajuste o menisco na marca da pipeta. Antes de iniciar as medidas, verifique o controle da velocidade de formação e desprendimento das gotas. Ajuste o fluxo de modo que as gotas se formem lentamente. Obs. Anote o volume inicial do líquido na pipeta bem como o valor da massa do pesa filtro limpo e seco. 3. Conseguido o ajuste de velocidade, o frasco pesa filtro imediatamente abaixo do tubo capilar e recolha 10 gotas, fechando-o logo em seguida. Retire o pesa filtro e determine sua massa (m 1 ) e, na pipeta, determine o volume (v 1 ) das 10 gotas. 4. Retorne com o pesa filtro (com o líquido recolhido) e recolha mais 10 gotas; retire-o novamente, tampe-o e determine novamente sua massa (m 2 ) e o volume (v 2 ). A diferença entre as duas pesagens é a massa de 10 gotas. Repita este procedimento 3 vezes para cada solução (conforme tabela). 5. O pesa filtro deve estar limpo e seco externamente, antes de se efetuar cada pesagem. 6. Meça e anote o raio externo do tubo, e anote a temperatura. 7. Ao terminar limpe o instrumento e a vidraria. Obs. Após ter recolhido as trinta gotas de cada solução, não há a necessidade de efetuar a lavagem do pesa filtro para o recolhimento das gotas da solução seguinte. 4. Resultados Preencha as lacunas e a tabela abaixo: T ( C) = Massa do pesa filtro (g) = g = 979 cm/s 2 R (cm) = Solução Massa de 10 gotas (g) Volume de 10 gotas (cm 3 ) m 1 m 2 m 3 v 1 v 2 v 3 Massa de 1 gota (g) Vol de 1 gota (cm 3 ) F` Água É fácil realizar o experimento e obter resultados com erros relativos menores que 1 a 2%. Uma causa freqüente de erro é a contagem errônea do número de gotas. Construa um gráfico de tensão superficial em função da concentração e, outro gráfico de tensão superficial em função do logaritmo decimal da concentração. Físico-Química Experimental /02 25

26 ABAIXAMENTO DO PONTO DE FUSÃO 2. Objetivos: Medir o decréscimo do ponto de fusão de um solvente devido a presença de um soluto. Determinar a massa molar do soluto a partir da propriedade coligativa estudada. 3. Introdução: Ver Propriedades Coligativas em livros de Físico-Química. 4. Experimental: Ponto de fusão do cicloexano. 1. Adicione 15 ml de cicloexano em um tubo de ensaio. Determine a massa desse volume. 2. Monte o sistema conforme Figura abaixo. termômetro rolha Fio para agitação Obs.: NÃO use o termômetro como agitador 3. Mergulhe o tubo de ensaio com o termômetro em um banho de gelo. 4. Quando a temperatura atingir 10 o C faça leituras (anotações) a cada 30 segundos duranto 15 minutos (agite com o fio), anotar o instante em que se forma o sólido. 5. Retire o banho de gelo para que o sistema sofra fusão. Em seguida repita o procedimento anterior. 6. Faça um gráfico de temperatura pelo tempo e determine a temperatura de fusão do cicloexano. Ponto de fusão das soluções. 1. Pese 0,100 g de nafataleno e o dissolva no cicloexano do tubo. 2. Repita o procedimento descrito anteriormente para verificação do ponto de fusão. 3. Adicione mais 0,100 g de naftaleno e repita o processo anterior. Faça isso mais três vezes. 4. Determine a temperatura de fusão das soluções, gráficamente. 5. Construa um gráfico da variação de temperatura de fusão observada em função da concentração do naftaleno, e determine o valor da constante crioscópica. 6. Construa um gráfico da temperatura inicial de formação do sólido observada em função da concentração do naftaleno. 7. Estime a massa molar do soluto. Físico-Química Experimental /02 26

27 ANEXOS Tab. 1: Massa específica da água em diferentes temperaturas. Físico-Química Experimental /02 27

28 Tab. 2: Valores de viscosidade da água em diferentes temperaturas. o C o C η(cp) η(cp) η(cp) η(cp) 0 1, , , , ,728 27, , , ,671 28, , , ,618 29, , , ,567 30, , , ,519 31, , , ,472 32, , , ,428 33, , , ,386 34, , , ,346 35, , , ,307 36, , , ,271 37, , , ,235 38, , , ,202 39, , , ,169 40, , , ,139 41, , , ,109 42, , , ,081 43, , , ,053 44, , , ,027 45, , , ,002 46, , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,3684 o C o C Físico-Química Experimental /02 28