Equilíbrio de fases em um sistema formado por dois líquidos parcialmente miscíveis

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA

Instituto de Ciências Exatas

Departamento de Química
Curso de Licenciatura em Química à Distância

Relatório da Aula Prática Nº 01

Equilíbrio de fases em um sistema formado por dois líquidos parcialmente miscíveis

Alunos:

Anderson Assis Alves – 201259003B

Denilson Almeida Bonin – 20085927B

Henrique Mendes Werneck – 201259006B

Disciplina: Físico-Química Exp. II

Professor: Luiz Antônio Sodré Costa

Tutor (a) presencial: Marriete Gonçalves Simões

Polo: Cataguases - MG

Setembro – 2015

Introdução

        Seja um sistema constituído de dois líquidos parcialmente miscíveis a uma temperatura T1. Ao se elevar a temperatura, a miscibilidade aumenta até o ponto em que o sistema apresente somente uma fase, isto é, a miscibilidade dos dois líquidos é completa. A mais alta temperatura de miscibilidade é denominada temperatura crítica de solubilidade.

        Quando o sistema tem dois componentes, C = 2 e F = 4 – P. Se a pressão é constante, a variância remanescente é F’ = 3 – P, que tem um valor máximo de 2. A linha no símbolo F mostra que um dos graus de liberdade está inativo, no caso a pressão. Um dos dois graus de liberdade remanescentes é a temperatura, e o outro a composição (ATKINS e DE PAULA, 2002).

        No caso deste sistema binário de duas fases, à pressão constante, a regra das fases é igual a 1 (F’ = 3 – 2 = 1), ou seja, a variância do sistema é 1. Isto quer dizer que o estado do sistema é definido completamente pela temperatura ou pela sua composição. Assim, os estados deste sistema podem ser representados em um sistema isobárico (pressão constante) com temperatura vs fração molar ou em percentagem massa/massa (%m/m).

        Experimentalmente, o estudo da miscibilidade é feito variando-se a proporção molar dos componentes e determinando-se a temperatura em que o sistema atinge a miscibilidade total (BUENO e LEGRENE, 1980).

        Neste experimento mostraremos uma maneira de discutir as transformações físicas que sofrem as misturas de dois líquidos parcialmente miscíveis ao serem aquecidas e resfriadas ou ao terem modificadas as respectivas composições. Veremos também como usar o diagrama de fase para julgar se duas substâncias são, ou não, mutuamente miscíveis, se é possível um certo equilíbrio sobre uma faixa de condições, ou se o sistema tem que estar numa certa e definida condição de pressão, temperatura e composição para que possa haver o equilíbrio.

        Demonstraremos, também, a composição em uma das misturas deste experimento, onde um ponto na região de duas fases de um diagrama de fases indica as quantidades relativas de cada fase. Para achar a proporção entre os números de moles de duas fases α e β que estão em equilíbrio, medimos as distâncias lα e lβ sobre a linha de amarração e usamos a regra da alavanca (Figura 1):

nαlα = nβlβ

onde nα são os moles da fase α e nβ os moles da fase β

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Figura 1: A regra da alavanca. As distâncias lα e lβ servem para se achar as proporções dos moles das fases α e β presentes e em equilíbrio.

Objetivo

• Construir a curva de solubilidade para o sistema fenol-água e analisar suas características.

Materiais e Reagentes

• 03 Erlenmeyers de 250 mL;
• Termômetro de graduação ±0,1°C;
• Tigela;
• Garra de madeira;
• Suporte metálico com garra;
• Bureta de 25 mL;
• Balança analítica, capacidade 220 g;
• Ebulidor;
• Amostras de fenol de 2,5 g, 5,0 g e 10,0 g;
• Água destilada.

Procedimento Experimental

1. Pesou-se em 3 erlenmeyers corretamente identificados, 2,5 g, 5,0 g e 10,0 g de fenol em balança analítica (Figura 2). Colocou-se um termômetro nos erlenmeyers, mantendo-os durante todo o experimento.

Figura 2: Erlenmeyer contendo (a) 2,5 g de fenol, (b) 5,0 g de fenol e (c) 10,0 g de fenol.

1. Com auxilio de uma bureta de 25 mL, adicionou-se 4 mL de água destilada no erlenmeyer contendo 2,5 g de fenol. Observou-se uma mistura heterogênea de aspecto leitoso na temperatura ambiente (Figura 3).

Figura 3: Mistura heterogênea de aspecto leitoso.

1. Aqueceu-se o erlenmeyer em banho de água previamente preparado à aproximadamente 70°C. Agitou-se regularmente a mistura fenol-água até obter-se uma mistura homogênea.
2. Retirou-se o erlenmeyer com a mistura homogênea do aquecimento e deixou-se a mistura resfriar lentamente. Com auxilio de um termômetro, observou-se atentamente a temperatura neste processo de resfriamento até a mistura tornar-se novamente heterogênea, adquirindo a opacidade vista inicialmente (Figura 4). Anotou-se a temperatura lida no termômetro na Tabela 1.

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Figura 4: Mistura heterogênea (esquerda) e mistura homogênea (direita)

1. Aqueceu-se novamente o erlenmeyer no banho térmico até que a mistura tornou-se uma vez mais homogênea. Repetiu-se uma vez mais o procedimento do item 4, obtendo-se as temperatura de resfriamento em duplicata.
2. Repetiu-se todo o procedimento dos itens 3 a 6 para cada adição de água nas quantidades indicadas na Tabela 1 para a massa de 2,5 g.
3. Repetiu-se todo o procedimento para as massas de 5 g e 10 g de fenol e as quantidades de água indicadas na Tabela 1.
4. Colocou-se a mistura de número 9, logo após a medida das temperaturas, numa proveta de 50 mL e reservou-se para posterior observação da separação das fases à temperatura ambiente (Figura 5).

Figura 5. Separação das fases à temperatura ambiente, mistura 9.

Resultados e Discussão

Tabela 1 – Massas de fenol e volumes de água utilizados no preparo de diferentes misturas de fenol e água.

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