Trabalho prático 8 Determinação dos Coeficientes de actividade em soluções de acetona e clorofórmio Henrique Silva Fernandes João Manuel Rodrigues Ricardo Jorge Almeida 30 de março de 2013
Índice TRABALHO PRÁTICO 8... 1 ÍNDICE... 2
Dados Tabela 1 Valores para a pressão de vapor do clorofórmio e acetona enquanto puros (p i *). Componente Pressão de Vapor (p i *) /mmhg Clorofórmio 297,15 Acetona 344,12 Equação da recta, que relaciona o índice de refracção com as fracção molar de clorofórmio na solução: x "#$#%ó"#$ = 11.201 n 15.21 (1) Resultados Obtidos Tabela 2 Valores de refracção (n) para as soluções de líquido e solução condensada e respectivo valor de pressão total. Ensaio n líquido n condensado p TOTAL /bar 1 1,37200 1,36410 0,429 2 1,39006 1,37619 0,376 3 1,40390 1,39364 0,348 4 1,41397 1,41372 0,339 5 1 1,43693 1,43893 0,382 6 1 1,42905 1,43090 0,365 7 1 1,41864 1,41325 0,346 8 1 1,41206 1,40299 0,335 1 Os valores de pressão foram obtidos por outro grupo.
Tratamento de resultados Conversão da unidade de pressão medida (bar) para mmhg Laboratório de Química Física Biológica P "# = P "# 750,06 Tabela 3 Valores de p TOTAL convertidos de bar para mmhg Ensaio P TOTAL /bar P TOTAL /mmhg 1 0,429 321,8 2 0,376 282,0 3 0,348 261,0 4 0,339 254,3 5 0,382 286,5 6 0,365 273,8 7 0,346 259,5 8 0,335 251,3 Tabela 4 Valores para as fracções molares a partir dos valores de refratometria medidos experimentalmente a por substituição na equação 1. Os valores para as frações molares de propanona (acetona) foram obtidos por diferença, ou seja, 1-n clorofórmio. Ensaio xclorofórmio (líquida) yclorofórmio (Condensado) xpropanona (líquida) ypropanona (Condensado) 1 0,157 0,0692 0,842 0,930 2 0,360 0,204 0,639 0,795 3 0,515 0,400 0,484 0,599 4 0,627 0,625 0,372 0,374 5 0,885 0,907 0,114 0,0925 6 0,796 0,817 0,203 0,182 7 0,680 0,619 0,319 0,380 8 0,606 0,504 0,393 0,495 O coeficiente de actividade de um determinado composto pode ser calculado a partir da seguinte expressão: γ = (2)
Laboratório de Química Física Biológica Sabendo que: 𝑎 = (3) Substituindo, obtém- se: 𝛾 = (4) Tendo em conta que se obtiveram as fracções molares, deduz- se a fórmula y = e aplica- se à equação 4, obtendo- se: γi = (5) A partir da equação 5 é possível obter os coeficientes de actividade dos dois componentes da mistura. As pressões parciais dos componentes da mistura foram calculadas a partir da seguinte equação: 𝑝 = 𝑝 𝑦 (6) Tabela 4 Coeficientes de atividade obtidos analiticamente a partir da equação 5 e pressões de vapor parciais obtidas a partir da equação 6. ptotal Ensaio /mmhg 1 2 3 4 5 6 7 8 321,8 282,0 261,0 254,3 286,5 273,8 259,5 251,3 Clorofórmio x γ 0,157 0,360 0,515 0,627 0,885 0,796 0,680 0,606 0,475 0,539 0,682 0,851 0,988 0,945 0,795 0,703 Acetona pi / mmhg 2,2 10 5,8 10 1,0 10 1,6 10 2,6 10 2,2 10 1,6 10 1,3 10 x γ 0,842 0,639 0,484 0,372 0,114 0,203 0,319 0,393 1,03 1,01 0,938 0,744 0,670 0,714 0,896 0,918 pi / mmhg 3,0 10 2,2 10 1,6 10 9,5 10 2,7 10 5,0 10 9,9 10 1,2 10
0,97 0,87 γ i 0,77 0,67 0,57 0,47 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 x i Clorofórmio Propanona Figura 1 Representação gráfica do coeficiente de actividade em função da fracção molar, nas duas misturas. 320,0 310,0 300,0 p t 290,0 280,0 270,0 260,0 250,0 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 x clorofórmio y clorofórmio yi xi Figura 2 Representação gráfica da pressão total obtida em função das fracções molares do líquido e do condensado.
350 300 250 200 p i / mmhg 150 100 50 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 x Clorofórmio Clorofórmio Comportamento Ideal Pressão total da mistura Comportamento Ideal Acetona Pontos Experimentais Acetona Comportamento ideal Clorofórmio Pontos experimentais Pressão total Pontos experimentais Figura 3- Representação gráfica da pressão parcial de clorofórmio e propanona em função da fracção molar de clorofórmio.
Discussão/ Conclusão Com este trabalho experimental foi possível avaliar a importância dos coeficientes de actividade no cálculo de concentrações. Foi possível concluir que o coeficiente de actividade pode ser bastante díspar da unidade e que não e correcto pressupor que este seja 1. É possível verificar, pela análise do gráfico 1, que quando x tende para 1 o coeficiente de actividade também se aproxima de 1 este facto deve- se às reduzidas interacções que ocorrem entre soluto- soluto Lei de Henry. Ou seja, para diluições elevadas o coeficiente de actividade aproxima- se da unidade. O mesmo se pode concluir em relação ao solvente quando γ 1, pi pi*, da mesma forma que o solvente sofre interacções maiores entre moléculas de ele próprio do que com as de soluto Lei de Raoult. Pela análise do gráfico da figura 2, e possível verificar que para a mesma pressão as fracções molares são diferentes em relação ao líquido e ao condensado. Existe um mínimo comum que corresponde a temperatura em que o ponto de ebulição não se altera, e em que as fracções molares de clorofórmio na fase líquida e na fase gasosa são iguais. Este comportamento, quase ideal, acontece quando a fracção molar de clorofórmio é aproximadamente 0,60. Os desvios à idealidade são uma constante quando se trabalha com misturas de compostos, em que estes sofrem interacções entre eles. A análise do gráfico da figura 3 corroborar isso mesmo. Como já havia sido dito, para soluções em que um dos componentes está em muito menor quantidade o comportamento e quase ideal. Uma forma de medir esses desvios à idealidade, é através do coeficiente de actividade. O gráfico em questão mostra desvios negativos à idealidade uma vez que os coeficientes de actividade deram inferiores ao que seria esperado num comportamento ideal. Mesmo assim e possível verificar que quando a fracção molar de clorofórmio e alta, a Acetona segue um comportamento ideal com um coeficiente de actividade próximo de 1.
Bibliografia - J. Z. Ozog and J.A. Morrison, J. Chem. Ed., 60, 72, 1983. - P. W. Atkins, Physical Chemistry, 6th edition, Oxford University Press, Oxford, 1999. - R. Chang, Physical Chemistry for the Chemical and Biological Sciences, 3ª Edição, University Science Books, California, 2000. http://books.google.pt/books?id=8l4rackksaic&pg=pa149&lpg=pa149&dq= aze%c3%b3tropo+acetona+clorof%c3%b3rmio&source=bl&ots=jx_vu7sbpf &sig=kquo6dyl-elpweo9dadzkv93v_k&hl=pt- PT&sa=X&ei=RI5_UefZHI2KhQeun4HYCg&ved=0CEUQ6AEwAw#v=onepage &q=aze%c3%b3tropo%20acetona%20clorof%c3%b3rmio&f=false