EXPERIÊNCIA 4 DETERMINAÇÃO DA MASSA ATÔMICA DO MAGNÉSIO

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1 CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS - CCT Departamento de Ciências Básicas e Sociais - DCBS Disciplina Química Experimental QEX Prof. Sivaldo Leite Correia EXPERIÊNCIA 4 DETERMINAÇÃO DA MASSA ATÔMICA DO MAGNÉSIO 1. GASES IDEAIS E MISTURAS DE GASES IDEAIS Para 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 P, V e T são camadas 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: onde n = corresponde ao número de moles da substância. PV nrt (1) m n (2) M No caso de uma mistura de gases ideais, cada gás do sistema tem uma pressão parcial, P i, que corresponde a pressão do gás como se ele estivesse sozino no sistema. Pela Lei de Dalton para os gases ideais: Pi xi. P (3) onde x i = fração molar do gás na mistura e P é a pressão total da mistura gasosa. ni xi (4) n P n P1 P2... P n P i (5) i 1

2 2 2. 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, consideremos, Figura 1: Figura 1. Fluido em equilíbrio estático sujeito à ação da gravidade. P B e P C = pressões nos pontos B e C, respectivamente; g = aceleração da gravidade local; = massa específica do líquido = B C = distância vertical entre B e C Demonstra-se que a diferença de pressão entre os pontos B e C é: PB PC ou PB PC (6) 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 ceia de água. O excesso de pressão atmosférica, P P atm, denomina-se pressão manométrica, P g. Portanto,

3 3 P g (7) Figura 2. Paradoxo idrostático. 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: Patm Pvap (8) onde P vap é a pressão de vapor do fluido. A pressão absoluta simplesmente envolve a soma da pressão atmosférica com a pressão manométrica: Pabs Patm (9) Figura 3. Barômetro.

4 4 3.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 idrostática. 4. MATERIAIS Fita de magnésio Becker 1000 ml ou cuba Gaze Funil sem aste Proveta 100 ml Ácido clorídrico concentrado 5. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Com o auxílio de uma balança analítica, pese entre 40 a 80 mg de fita de magnésio, previamente lixada. A seguir, coloque a amostra no fundo de um béquer e cubra com um funil sem aste, como mostra a Figura 4. Adapte com fita adesiva um pedaço de gaze à saída do funil. Enca o béquer com água até ¾ de sua capacidade e emborque uma proveta de 100 ml totalmente ceia de água. Não deixe bolas de ar no sistema. Fixe a proveta verticalmente como indicado na figura. Depois do sistema montado, adicione lentamente no béquer com auxílio de um contagotas, 10 ml de ácido clorídrico concentrado. Essa adição dever ser feita com o conta-gotas bem próximo à borda do funil, para que o ácido entre rapidamente em contato com o magnésio. Tome cuidado para não introduzir bolas de ar no sistema. Espere até que todo o metal tena reagido, agite cuidadosamente para deslocar eventuais bolas de idrogênio retidas no funil e anote:

5 5 a) a massa do metal utilizado; b) o volume de gás na proveta; c) a medida da diferença entre os níveis de água na proveta e no béquer; d) a temperatura ambiente; e) a pressão atmosférica; f) a pressão de vapor da água (tabelas de livros); g) os desvios das medidas efetuadas Repita o experimento de 2 a 3 vezes para avaliar o erro experimental. Figura 4. Montagem do sistema para medida do volume de gás na proveta. FOLHA DE DADOS EQUIPE: TURMA: DATA / / 1ª Medida 2ª Medida 3ª Medida Massa do metal (Mg) utilizado Volume de gás na proveta Diferença entre os níveis de água na proveta e no béquer

6 6 Temperatura ambiente: Pressão atmosférica: Pressão de vapor da água (tabela em anexo): Anexo 1 - Variação da massa específica ( ) da água com a temperatura Temperatura ( C) Densidade absoluta ( kg/m 3 ) Temperatura ( C) Densidade absoluta ( kg/m 3 ) 0 999, , , , , , , , , , , , , , ,7 Anexo 2 - Variação da pressão de vapor da água com a temperatura t(ºc) P(mmHg) t(ºc) P(mmHg) 0 4, , , , , , , ,88 8 8, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,00

7 7 PRÉ-LABORATÓRIO 1. Numa experiência para determinar um valor exato da constante dos gases perfeitos, R, um estudante aqueceu um vaso de 20,000 L, ceio com 0,25132 g de élio gasoso, a 500 º C, e mediu a pressão num manômetro de água, a 25 º C, encontrando 206,402 cm de água. A densidade da água, a 25 º C, é 0,99707 g.cm -3. Calcule o valor de R a partir desses dados. 2. O volume interno de um sino de mergulo, no convés de uma embarcação, é de 3,0 m 3. Qual o volume ocupado pelo ar, no sino mergulado, a uma profundidade de 50 m? A densidade média da água do mar é 1,025 g.cm -3 e a temperatura do ar é igual à temperatura na superfície. Resp.: 500 L. 3. Que diferença de pressão deve aver entre as pontas de um canudino de refresco, vertical, de 15 cm, para aspirar um líquido aquoso com a densidade de 1,0 g.cm -3. Resp.: 1,5 kpa 4. Calcule o volume de dióxido de carbono, a 1,0 atm e 25 o C, que as plantas necessitam para produzir 1,0 g de glicose, C 6 H 12 O 6, por fotossíntese, de acordo com a reação: CO 2(g) + H 2 O (L) C 6 H 12 O 6(s) + O 2(g) Resp.: 0,81 L 5. A reação química dos gases H 2 e O 2 produz água líquida e é utilizada nas células de combustível do ônibus espacial para fornecer eletricidade. Que quantidade de água é produzida pela reação de 100,0 L de oxigênio estocado a 1,0 atm e 25 o C? Resp.: 147,3 g de H 2 O QUESTIONÁRIO A partir dos dados obtidos, calcule a massa atômica do Mg, comparando com a literatura. Calcule, também, a composição dos gases ( H 2 e H 2 O) em porcentagem molar e em massa na mistura gasosa.