EQUILÍBRIO TERNÁRIO SÓLIDO-SÓLIDO- LÍQUIDO TP7 100% H 2 O A a 1 PI a spi b spi c spi 2 b C 100% C c B 100% B LABORATÓRIOS DE ENGENHARIA QUÍMICA I 2009/2010
1. Objectivo chubo/água. Deterinar o diagraa de fases para o sistea ternário nitrato de sódio/nitrato de 2. Introdução Os sisteas constituídos por ais de dois coponentes tê solubilidades útuas afectadas pelos deais coponentes, podendo os seus diagraas ser uito coplexos. Os sisteas ternários são representados usualente por diagraas triangulares ou diagraas de Gibbs, onde os três coponentes são representados pelos vértices de u triângulo equilátero e os pontos sobre as arestas traduze coposições de isturas binárias. Os pontos internos representa isturas dos três coponentes indicados nos vértices. A Figura 1 ostra u diagraa de fases, isotérico, para u sistea ternário hipotético sólido-sólido-líquido. 100% H 2 O A a 1 PI a spi b spi c spi 2 b C 100% C c B 100% B Figura 1: Diagraa de fases para u sistea hipotético Sal B/Sal C/água. LABORATÓRIOS DE ENGENHARIA QUÍMICA I 2009/2010 2
Os síbolos a, b e c refere-se às percentagens e peso de água, sal B e sal C; a s, b s e c s são valores relativos à curva de solubilidade (curva 1-2). Para construir u diagraa ternário a partir de dados experientais, é conveniente representar a s vs. b/(b+c) coo ilustrado na Figura 2. Verifica-se que se pode obter linhas do tipo l n d, co u trecho onde a s é constante. l d a s n b b+c Figura 2: Representação gráfica de a s vs. b/(b+c). O ponto l corresponde a ua situação e que só existe C e o equilíbrio sólido-líquido observado corresponde à solubilidade do sal C puro. A linha l representa ua situação e que B é adicionado à solução, as, e proporções tais que este sal não chega a saturar, existindo apenas C na fase sólida. A linha n corresponde a ua situação e que B e C estão e proporções tais que abos precipita, forando-se ua solução saturada destes sais co ua coposição a spi b spi c spi e equilíbrio co os sólidos dos dois sais. O ponto e que este equilíbrio sólido-sólido-líquido acontece é designado por ponto invariante (PI). Por analogia, a linha nd te u significado seelhante à linha l, sendo que, neste caso apenas tereos B na fase sólida. No ponto d teos ua situação e que só há B e o equilíbrio sólido-líquido observado é a solubilidade do sal B puro. O ponto invariante do sistea pode ser deterinado através da representação gráfica da olalidade de B vs olalidade de C das aostras e equilíbrio. Nesta representação, os pontos experientais apresenta duas tendências lineares distintas (Figura 3). Da intercepção das duas rectas, obté-se a coposição do ponto invariante. LABORATÓRIOS DE ENGENHARIA QUÍMICA I 2009/2010 3
5 4 B (ol B/ kg A) 3 BPI 2 1 0 0 1 2 3 4 CPI 5 6 C (ol C/ kg A) Figura 3: Representação gráfica de B vs. C Ua vez deterinado o ponto invariante do sistea, o diagraa triangular da Figura 1 te a seguinte explicação. Qualquer aostra co ua coposição abc que se situe na área definida pelo vértice C, o ponto invariante e 1, terá o sal C coo único sal na fase sólida. Na área siilar do lado direito do triângulo, o único sal que se encontra na fase sólida é o sal B. Na região definida pelos vértices C e B e pelo ponto invariante, abos os sais precipita. Na região acia da curva de solubilidade 1-2 estaos nua situação de não saturação, observando-se apenas 1 fase. 3. Procediento Experiental Preparar as seguintes isturas para cada u dos frascos co tapas: Aostra Água (g) * NaNO 3 (g) Pb(NO 3 ) 2 (g) 1 5.00 7.50 0.00 2 5.00 7.00 0.50 3 5.00 6.50 1.00 4 5.00 6.00 1.50 5 5.00 4.00 3.50 6 5.00 3.00 4.50 7 5.00 2.00 5.50 8 5.00 1.00 6.50 9 5.00 0.50 7.00 10 5.00 0.00 7.50 * cerca de 5 L de água LABORATÓRIOS DE ENGENHARIA QUÍMICA I 2009/2010 4
Colocar os frascos no agitador à teperatura abiente durante 1 hora. Deixe repousar as soluções durante 15 in e depois, para cada solução, recolha 1 L de líquido co ua pipeta graduada, tendo o cuidado de não contactar co o sólido depositado. Colocar essa aostra nu goblé, cuja tara é conhecida, sendo e seguida pesado. Para cada solução use diferentes pipetas e goblés. Aquecer as aostras recolhidas a 140 ºC, a fi de reover a água. De seguida, feche os frascos e deixe arrefecer nu excicador antes de pesar. Para representar a curva de solubilidade no diagraa ternário do sistea e estudo, terá de ter e consideração os procedientos a seguir descritos. As aostras co ua coposição inicial abc que esteja representadas na Figura 2 sobre a linha l são aostras e que apenas C se encontra na fase sólida, por isso toda a assa de B que se adicionou estará dissolvida. Logo, é possível calcular a s b s c s pelas seguintes relações: Da toa recolhida (1 L): A + B + C = x (1) Após evaporação de A: e B + C = y (2) A = x- y (3) Coo todo o B se encontra dissolvido e A, as razões entre as assas de A e B iniciais e as da aostra líquida recolhida serão iguais: Ai = A => B (4) Bi B e, por diferença, C = y - B (5) LABORATÓRIOS DE ENGENHARIA QUÍMICA I 2009/2010 5
Sabendo A, B e C, é possível deterinar a s b s c s para cada aostra. Da esa fora, por u raciocínio análogo é possível deterinar a s b s c s para as aostras co ua coposição inicial abc que esteja representadas na Figura 2 sobre a linha nd. 4. Trataento dos resultados o Construir o gráfico a s vs. b/(b+c). Construir o gráfico olalidade NaNO 3 vs. Molalidade Pb(NO 3 ) 2 e deterinar o ponto invariante do sistea. o Construir o diagraa triangular. 5. Bibliografia recoendada E. G. de Azevedo, Terodinâica Aplicada, 2ª edição, Escolar Editora, Lisboa, 2000 G. M. Barrow, Physical Cheistry, 6 th edition, McGraw-Hill Book Co., New York, 1996. D. R. Lide, CRC Handbook of Cheistry and Physics, 81 st edition, CRC Press, New York, 2000. LABORATÓRIOS DE ENGENHARIA QUÍMICA I 2009/2010 6