AP07 - UFG

INSTITUTO DE QUÍMICA – UFG 1
Físico-Química Experimental
Ebuliometria
Objetivo
Determinar o teor alcoólico de uma amostra de bebida usando ebuliometria.
Introdução
As propriedades físicas podem depender do tamanho da amostra, como massa e volume e
serem extensivas, ou podem ser independentes desse tamanho, como densidade e concentração, e
serem intensivas. Uma terceira categoria, conhecida como propriedades coligativas, pode ser
aplicada somente às soluções. Nesse caso, essa propriedade depende da razão entre o número de
partículas do soluto e do solvente na solução, não da identidade do soluto.
Como exemplo, considere o que acontece à pressão de vapor do solvente quanto um soluto
é adicionado para formar uma solução. Vamos definir Po como a pressão de vapor do líquido puro
(solvente) e P a pressão de vapor do solvente após a adição do soluto.
Quando a temperatura de um líquido está abaixo do seu ponto de ebulição, podemos
assumir que apenas as moléculas que estão próximas à superfície do líquido são as que podem
escapar do líquido para formar o gás.
Figura 1. Ocupação da interface do líquido
pelas moléculas do soluto (azul)
Quando um soluto é adicionado ao solvente,
algumas moléculas do soluto ocupam os espaços
próximos à superfície do líquido, conforme ilustrado na
Figura 1. Quando o soluto é dissolvido no solvente, o
número de moléculas do solvente próximo à superfície
diminui e, consequentemente, a pressão de vapor do
solvente diminui. No entanto, apesar desse efeito não
alterar a velocidade com a qual as moléculas do solvente
na fase gasosa se condensam para formar o líquido, ele
diminui a velocidade com a qual as moléculas do
solvente escapam da solução quando comparada à
velocidade para o solvente puro. Como resultado, a
pressão de vapor do solvente que escapa da solução
será menor do que a pressão de vapor do solvente puro
(P < Po).
INSTITUTO DE QUÍMICA – UFG 2
Físico-Química Experimental
Figura 2. Diagrama de fases para o solvente
(vermelho) e para solução (verde)
A figura 2 ilustra as consequências do fato
do soluto diminuir a pressão de vapor do solvente.
A curva acentuada em vermelho contém as
combinações de temperatura e pressão onde o
solvente puro e o seu vapor estão em equilíbrio.
Cada ponto nessa linha descreve, portanto, a
pressão de vapor do solvente puro em uma dada
temperatura. A curva acentuada em verde
descreve as propriedades de uma solução obtida
pela dissolução de um soluto no solvente. Em uma
dada temperatura, a pressão de vapor do solvente
que escapa da solução é menor que a pressão de
vapor do solvente puro (Psoln < Psolv). Por esse
motivo, essa linha verde fica abaixo da linha
vermelha.
De acordo com a Figura 2, a solução não pode entrar em ebulição na mesma temperatura do
solvente puro. Se a pressão de vapor do solvente que escapa da solução é menor do que a pressão
de vapor do solvente puro em uma dada temperatura, a solução deve ser aquecida em uma
temperatura maior antes que entre em ebulição. Ou seja, a diminuição da pressão de vapor do
solvente que ocorre quando ele está em solução aumenta o ponto de ebulição do líquido.
A equação que descreve a magnitude do aumento do ponto de ebulição é
∆𝑇𝑒𝑏 = 𝑘𝑒𝑏 𝑚
onde ∆𝑇𝑒𝑏 é a elevação do ponto de ebulição, 𝑘𝑒𝑏 é uma constante de proporcionalidade
conhecida como constante de elevação do ponto de ebulição molal e 𝑚 é a molalidade da solução.
Ebuliometria envolve a medida da diminuição do ponto de ebulição causada pela presença
de álcool em bebidas alcoólicas como vinho e cachaça. Essa análise se baseia na Lei de Raoult para a
diminuição do ponto de ebulição:
𝑃 = ℎ𝑥1
com 𝑃 a pressão de vapor da solução, ℎ uma constante de proporcionalidade e 𝑥1 a fração molar do
solvente. Ou seja, a pressão de vapor do etanol na água vai variar proporcionalmente à sua
concentração.
INSTITUTO DE QUÍMICA – UFG 3
Físico-Química Experimental
Figura 3. Diagrama de equilíbrio líquido-vapor para a mistura etanol-água.
A Figura 3 ilustra a relação entre temperatura de ebulição e composição para o sistema
água-etanol. A curva inferior representa a temperatura de ebulição de várias misturas água-etanol à
pressão constante. A curva superior representa a composição da fase vapor que está em equilíbrio
com o líquido em ebulição. Note que a fase vapor contém, proporcionalmente, mais etanol do que a
fase líquida devido ao menor ponto de ebulição e à menor pressão de vapor do etanol em
comparação com a água. Qualquer perda de vapor do sistema, portanto, acontecerá em uma
proporção maior de etanol. Como as duas fases estão em equilíbrio, essa perda de vapor influencia a
temperatura de ebulição da fase líquida, e o etanol é, então, removido da fase líquida para que o
sistema reestabeleça o equilíbrio. Como consequência, o ponto de ebulição da fase líquida aumenta.
Em função disso, é crítico que o sistema opere sob refluxo total evitando a perda de vapor de etanol
para uma determinação precisa do teor de etanol.
INSTITUTO DE QUÍMICA – UFG 4
Físico-Química Experimental
Devido ao fato de que o ponto de
ebulição de uma solução também varia
com a pressão atmosférica, os efeitos do
etanol são avaliados em relação ao ponto
de ebulição de uma amostra referência de
água destilada, determinada em condições
idênticas. A relação entre
∆𝑇(𝑇𝑒𝑏,á𝑔𝑢𝑎 − 𝑇𝑒𝑏,𝑏𝑒𝑏𝑖𝑑𝑎 )
e o teor alcoólico na amostra de bebida é
apresentada na Figura 4.
Procedimento Experimental
Figura 4. Gráfico do teor alcoólico da bebida em função da
1. Determinação do ponto de ebulição da
diferença de temperatura de ebulição entre uma amostra
amostra de bebida (diluição 1:1)
diluída 1:1 bebida:água e uma amostra referência de água
 Adicione 50 mL de água destilada destilada.
no balão de destilação;
 Adicione 50 mL da amostra de bebida no balão de destilação (diluição 1:1);
 Adicione cuidadosamente a rolha com o termômetro ao balão de destilação (Figura 5); O
bulbo do termômetro deve estar submerso cerca de 1 cm;
 Abra, lentamente, a torneira da água de resfriamento do condensador;
 Ligue o aquecimento no máximo;
 Monitore o aumento de temperatura; Comece
anotando a temperatura em intervalos de 30
segundos após a temperatura passar de 80 °C;
 A temperatura de ebulição é alcançada quando a
temperatura se mantiver constante por 20
medidas consecutivas;
 Anote, então, a temperatura de ebulição da
amostra de bebida diluída (𝑇𝑒𝑏,𝑏𝑒𝑏𝑖𝑑𝑎 ).
2. Determinação do ponto de ebulição para a água
destilada (referência atmosférica)
 Deixe o aparato de destilação resfriar;
 Retire o líquido do balão de destilação;
 Adicione 100 mL de água destilada ao balão de
destilação;
Figura 5. Aparato de destilação para
 Determine o ponto de ebulição da água destilada
ebuliometria.
da mesma forma que para a amostra de bebida;
Anote 𝑇𝑒𝑏,á𝑔𝑢𝑎 ;
3. Cálculo do teor alcoólico da bebida
 Determine a diferença nos pontos de ebulição: ∆𝑇 = 𝑇𝑒𝑏,á𝑔𝑢𝑎 − 𝑇𝑒𝑏,𝑏𝑒𝑏𝑖𝑑𝑎 ;
 Use a equação abaixo para o cálculo do teor alcoólico (%v/v)
𝑇𝑒𝑜𝑟 𝐴𝑙𝑐𝑜ó𝑙𝑖𝑐𝑜 (%v/v) = 0,435 + 1,6687∆𝑇 + 0,1234∆𝑇 2