apostila completa de físico

Universidade Federal do Ceará - Departamento de Química Analítica e Físico-Química
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 - 2006/02
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EXPERIMENTOS
1. DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE VISCOSIDADE PELO
VISCOSÍMETRO DE OSTWALD.......................................................................3
2. INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA NO COEFICIENTE DE
VISCOSIDADE DE LÍQUIDOS ...........................................................................7
3. POLARIMETRIA: VERIFICAÇÃO DA LEI DE BIOT EM SOLUÇÃO.......9
4. CONSTRUÇÃO DO DIAGRAMA TERNÁRIO DE COMPOSIÇÃO
ÁCIDO ACÉTICO – CLOROFÓRMIO – ÁGUA............................................13
5. CONSTRUÇÃO DO DIAGRAMA TERNÁRIO DE COMPOSIÇÃO
ÁGUA – ETANOL – BENZENO ........................................................................15
6. DETERMINAÇÃO DO VOLUME MOLAR PARCIAL – NaCl/H2O ...........16
7. DETERMINAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO MICELAR CRÍTICA DE
UM SURFACTANTE...........................................................................................19
8. MEDIDA DA TENSÃO SUPERFICIAL: MÉTODO DA GOTA ...................22
9. ABAIXAMENTO DO PONTO DE FUSÃO ......................................................26
10. ANEXOS................................................................................................................27
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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
1040
Vidro Fundido
1012
Polímeros Fundidos
103
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
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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 (cm2/s).
No caso da vazão de um líquido através de um capilar o coeficiente de viscosidade,
segundo Poiseuille, é:
η=
π .r 4 .t. p
(2)
8.V .l
onde: P é a pressão hidrostática sobre o líquido, em N.m-2,
V é o volume em m3 (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
b
Figura 1 : Viscosímetro de Ostwald .
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:
η
rel
=
η
η
1
2
=
ρ t
ρ t
1
1
2
2
(3)
onde : η1 e η2 são os coeficientes de viscosidade dinâmica, do líquido em estudo e da água,
respectivamente.
ρ1 e ρ2 são os valores de massa específica dos fluidos “desconhecido” e “conhecido”,
respectivamente, e t1 e t2 são os tempos gastos para que se escoem volumes iguais.
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As viscosidades dinâmica e cinemática podem ser calculadas, respectivamente, através
das equações: η1 = ηrel . η2 (4) e υ = η1 / ρ1 (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 0-100 0C , 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 C12H22O11 (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 0C (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
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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 0C) (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 0C 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
0,99973
15
11,390
0,99913
20
10,020
0,99822
25
8,904
0,99707
30
7,975
0,99568
35
7,194
0,99406
40
6,529
0,99225
50
5,468
0,98807
60
4,665
0,98323
5. Tratamento dos Dados Experimentais:
Para cada líquido-problema, complete a seguinte tabela em seu caderno:
ηH2O =
ρ H2O (g/mL) =
tH2O (segundos) =
Líquido
t (segundos)
η1
υ Concentração (mM)
ρ (g/mL)
η Rel
t1
t2
t3
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.
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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
(1)
ln η = ln A +
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 0C, 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 0C (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.
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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 ηH2O
ρ H2O (g/mL)
tH2O (seg.)
ρ Liq (g/mL) t Liq (seg.)
η Liq
Líquido =
Temperatura ηH2O
ρ H2O (g/mL)
tH2O (seg.)
ρ Liq (g/mL) t Liq (seg.)
η Liq
Líquido =
Temperatura ηH2O
ρ H2O (g/mL)
tH2O (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-1s-1) e os
termos relacionados com energia em Joules/mol.
Compare os valores de A e B dos diferentes líquidos.
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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 =
[α ]
20
A constante
D
[α ] LC
20
D
(1)
é o poder rotatório ótico específico característico da substância (em
20,0ºC a rotação específica da sacarose, sob luz de sódio, é 66,53o e a da glicose 52,7o) 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/cm3 e α é a rotação observada, em graus angulares. No Sistema
α]
Internacional (SI), [
20
D
= αm e sua unidade é rad.m2/kg.
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
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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. 05 – Analisador na posição
cruzada em relação ao polarizador, com
o campo visual totalmente sombreado.
Fig.04 – Analisador um
pouco além da posição
cruzada em relação ao
polarizador.
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
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Figura 7: Escala polarímetro.
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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 (αs).
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 (αobs).
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.
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4. Cálculos e Resultados:
a) Organize seus dados sob a forma da seguinte tabela:
º
Desvio angular do solvente (H2O) = αs =
Comprimento do tubo =
dm
Temperatura =
ºC
Solução
Concentração
C (g/cm3)
Desvio
angular Desvio angular final,
αf = αobs - αs
observado (αobs)
solvente
1
2
3
4
???
problema
OBS.: αf é o desvio angular final e αobs é o desvio angular observado.
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.
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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).
CH3COOH
L=C+2–F=5–F
0,0 1,0
Mantendo-se constantes a
temperatura e a pressão, tem0,1
0,9
se 2 variáveis independentes e
0,2
0,8
o
diagrama
pode
ser
construído no plano.
0,3
0,7
L** = 3 – F
0,4
0,6
O sistema em estudo é
constituído
por
dois
0,5
0,5
componentes
líquidos
0,6
0,4
parcialmente miscíveis entre si
0,7
0,3
e um completamente miscível
nos dois. O diagrama de fases
0,8
0,2
desses 3 componentes pode
0,9
0,1
ser apresentado na forma
triangular, onde cada vértice
1,0
0,0
corresponde a um componente CHCl3 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
H2O
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
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 H2O ao frasco. Titule então com
CH3COOH até a formação de uma única camada (1 fase). Nesse instante, assim que
Físico-Química Experimental - 2006/02
13
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perceber uma única fase anote na tabela o volume de CH3COOH utilizado. (primeiro
ponto A).
3. Em seguida adicione 0,2 mL de H2O ao frasco de modo que no total tenha sido
adicionado 0,7 mL de H2O (anterior mais a presente). Titule então com CH3COOH 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 CH3COOH utilizado. (segundo ponto A).
4. Adicione novamente ao frasco, mais 0,9 mL de H2O e torne a titular com CH3COOH 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 CH3COOH utilizado. (terceiro ponto A).
5. Obtenha mais dois pontos repetindo o procedimento anterior, porém com a adição de um
volume de H2O 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 CHCl3 na água (observe a presença de
uma segunda camada). Titule então com CH3COOH 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 CH3COOH utilizado (primeiro ponto B).
3. Novamente com o auxílio de uma pipeta adicione mais 1,1 mL de CHCl3 no frasco
(observe a formação de uma segunda camada). Titule então com CH3COOH 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 CH3COOH 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 CHCl3 por vez. Sempre titulando com CH3COOH 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
Clorofórmio
Água
Ácido acético
Ponto
volume massa % m
volume massa % m
volume massa % m
9,0
0,5
1
9,0
0,7
2
9,0
1,6
3
9,0
3,0
4
9,0
6,0
5
0,5
14,0
6
1,6
14,0
7
3,1
14,0
8
6,2
14,0
9
9,4
14,0
10
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:
Clorofórmio Æ 1,49 g/mL
Água Æ 1,00 g/mL
Ácido acético Æ 1,05 g/mL
Físico-Química Experimental - 2006/02
14
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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.
Água
volume
4,0
4,0
4,0
2,7
1,5
0,5
0,3
Ponto
1
2
3
4
5
6
7
massa
%m
Etanol
volume
2,5
4,0
6,0
5,0
5,0
3,5
3,5
massa
%m
Benzeno
volume massa
%m
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 - 2006/02
15
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DETERMINAÇÃO DO VOLUME MOLAR PARCIAL – NaCl/H2O
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 n2, o número de mols do soluto, obtemos
d G 2 = V 2 dP
(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 2 dP , ou 
(3)
 = ∆V 2
 ∂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.V1 + m.V2
(5)
0
Onde o subscrito 1 e 2 refere-se ao solvente e ao soluto, respectivamente. Seja V 1 o
volume molar da água pura (=18,016/0,997044 = 18,069 cm3/mol a 25,00 0C). Então definimos o
volume molar aparente φ do soluto pela equação
Físico-Química Experimental - 2006/02
16
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0
0
V = n1 .V 1 + n2 .φ = 55,51.V 1 + mφ (6)
A qual pode ser rearranjada para dar
0
0
1
1
φ=
V − n1 .V 1 = V − 55,51.V 1
n2
m
Como:
1000 + mM 2
V =
(cm3)
) (
(
ρ
0
n1 .V 1 =
1000
ρ0
(cm3)
)
(7)
(8)
(9)
onde ρ é a massa específica da solução e ρo é a massa específica do solvente puro, ambos
em g/cm3, e M2 é a massa molecular do soluto em gramas. Substituindo as equações 8 e 9 na 7,
obtemos
1
1000 w − w0 
 , we = massa do picnometro vazio, w0 = massa do
.
φ =  M 2 −
ρ
m w0 − we 
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

(10)
V2 = 
= φ + n2
=φ +m
∂n2
∂m
 ∂n2  T , P ,n
1
0
0
1
m 2 ∂φ
∂φ 
 = V 1 −
 n1V 1 − n22
(11)
n1 
55,51 ∂m
∂n 2 
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
dφ
1
=
=
(12)
dm d m dm
2 md m
A partir das equações 10 e 11 obtemos
m dφ
m dφ
m dφ
V2 =φ +
=φ +
=φ0 +
(13)
2 d m
2 d m
2 md m
V1 =
m  m dφ 


(14)
55,51  2 d m 
Onde φ 0 é o volume molar aparente extrapolado para concentração zero. Agora se pode
0
V1 =V1 −
plotar φ versus m e determinar a melhor reta entre os pontos. A partir do coeficiente angular
dφ
e do valor de φ 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 - 2006/02
17
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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
, onde M2 = massa molar do soluto (58,45 g/mol), e ρ = massa
m=

 ρ  −  M 2

1000 
 M 
específica da solução (g/cm3).
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/cm3 a 25ºC. Como a solubilidade do NaCl em
água será afetada por um acréscimo de pressão?
Físico-Química Experimental - 2006/02
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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 - 2006/02
19
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Resultados
1. Preencha as lacunas e a tabela abaixo:
Temperatura =
ºC;
Volume inicial de água =
V, ml
C, mM
mL;
Conc. da sol. Estoque de SDS =
mM;
Condut. inicial da água (Li) =
µS;
Lobs , µ S
Lf , µ S
V, ml ÎVolume de surfactante adicionado, em mL; C, mM ÎConc. milimolar da solução
resultante; Lobs , µ S Î Condut. elétrica observada da solução resultante, em microsiemens;
Lf , µ S Î Condut. elétrica final da solução resultante, em microsiemens
Lf = Lobs - Li
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 - 2006/02
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Resultados
1. Preencha as lacunas e a tabela abaixo:
Temperatura =
ºC;
Volume inicial de água =
Volume inicial de etanol =
V, ml
C, mM
Conc. da sol. Estoque de SDS =
mM;
Condut. inicial da água (Li) =
µS;
mL;
mL;
Concentração inicial de etanol =
Lobs , µ S
M;
Lf , µ S
V, ml ÎVolume de surfactante adicionado, em mL; C, mM ÎConc. milimolar da solução
resultante; Lobs , µ S Î Condut. elétrica observada da solução resultante, em microsiemens;
Lf , µ S Î Condut. elétrica final da solução resultante, em microsiemens
Lf = Lobs - Li
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 - 2006/02
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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:
γ =r
g(ρ − ρ ' ) 
r
L + 
2. cos α 
3
(1)
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 - 2006/02
22
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(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 - 2006/02
23
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Onde F` é um fator determinado empiricamente, e que depende da razão entre o volume
V da gota e R3. 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 - 2006/02
24
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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 (m1) e, na pipeta, determine o volume (v1) 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 (m2) e o volume (v2). 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) =
g = 979 cm/s2
Solução
Massa do pesa filtro (g) =
R (cm) =
Massa de 10 gotas (g)
m1
m2
m3
Volume de 10 gotas
(cm3)
v1
v2
v3
Massa de 1
gota (g)
Vol de 1
gota (cm3)
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 - 2006/02
25
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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 10oC 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.
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ANEXOS
Tab. 1: Massa específica da água em diferentes temperaturas.
Físico-Química Experimental - 2006/02
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Tab. 2: Valores de viscosidade da água em diferentes temperaturas.
o
C
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
η(cP)
1,787
1,728
1,671
1,618
1,567
1,519
1,472
1,428
1,386
1,346
1,307
1,271
1,235
1,202
1,169
1,139
1,109
1,081
1,053
1,027
1,002
0,9779
,9548
,9325
,9111
,8904
o
C
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
η(cP)
0,8705
,8513
,8327
,8148
,7975
,7808
,7647
,7491
,7340
,7194
,7052
,6915
,6783
,6654
,6529
,6408
,6291
,6178
,6067
,5960
,5856
,5755
,5656
,5561
,5468
,5378
Físico-Química Experimental - 2006/02
o
C
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
η(cP)
0,5290
,5204
,5121
,5040
,4961
,4884
,4809
,4736
,4665
,4596
,4528
,4402
,4398
,4335
,4273
,4213
,4155
,4098
,4042
,3987
,3934
,3882
,3831
,3781
,3732
,3684
o
C
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
η(cP)
0,3638
,3592
,3547
,3503
,3460
,3418
,3377
,3337
,3297
,3259
,3221
,3184
,3147
,3111
,3076
,3042
,3008
,2975
,2942
,2911
,2879
,2848
,2818
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Tab. 3: Fator F’ para o calcula da tensão superficial de um líquido a partir da massa de uma gota
do líquido.
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