DETERMINAÇÃO DA CONSTANTE DE FARADAY E DO NÚMERO DE AVOGADRO

20.1. Objetivos

Realizar a determinação experimental da constante de Faraday e do número de

Avogadro.

20.2. Conceitos envolvidos

Reações de oxirredução, Lei de Faraday.

20.3. Contextualização do experimento

20.2.1. A importância e a determinação da constante de Avogadro

Ao final do século XVIII, os químicos haviam identificado muitas substâncias,

principalmente no estado gasoso. Os estudos dos franceses Antoine Laurent de Lavoisier

(1743 -1794) e de Joseph Louis Proust (1754 - 1826) indicavam que essas substâncias eram

constituídas por pequenas partículas que definiam a característica química de cada uma delas.

Em 1803, o químico inglês John Dalton (1766-1844) propôs um modelo atômico. Considerando

as dificuldades científicas e tecnológicas existentes no início do século XIX, o modelo atômico

de Dalton foi importante por representar uma primeira aproximação muito útil. A pesquisa

científica na área da Química melhorou esse modelo conforme mais e melhores informações

foram obtidas e tornou irreversível a interpretação atômica associada à estrutura da matéria

(RUSSEL, 2004).

Uma das questões fundamentais relacionadas à existência dos átomos diz respeito ao

seu tamanho e ao valor de sua massa. As respostas só se tornaram possíveis quando o

número de Avogadro foi medido. Em 1811, o químico italiano Amedeo Avogadro (1776-1856)

propôs a seguinte hipótese “sob as mesmas condições de temperatura e pressão, volumes

iguais de todas as substâncias gasosas contêm a mesma quantidade de moléculas,

independente de suas propriedades químicas e físicas”. Em consequência dessa hipótese,

estabeleceu-se a ideia de que em um mol de qualquer substância existe sempre a mesma

quantidade de átomos ou moléculas: o número de Avogadro. Se o valor exato do número de

Avogadro fosse conhecido, seria possível determinar a massa atômica da substância, o que foi

realizado mais de cinquenta anos depois (RUSSEL, 2004).

Em 1865, com as pesquisas teóricas dos físicos escocês James Clerk Maxwell (1831-

1879) e austríaco Ludwig Boltzmann (1844-1906) sobre o comportamento dos gases, supondo

que os mesmos possuíam uma estrutura atômica, foi possível prever teoricamente o valor do

número de Avogadro. Usando métodos experimentais cada vez mais acurados desenvolvidos

para avaliar os resultados teóricos de Maxwell-Boltzmann, foi possível determinar o valor do

número de partículas por mol atualmente aceito. Com esse resultado foi possível determinar as

massas dos diversos átomos e estimar o volume dos mesmos (RUSSEL, 2004).

Porém, uma determinação precisa da constante de Avogadro (NA) requer o estado da

arte medições das quantidades envolvidas (MOHR, 2008).

A redeterminação da constante de Avogadro, através da medida da massa molar média,

espaçamento e densidade de rede de um único cristal de silício, foi realizada através de

padrões de densidade sólida (SDS) (SACCONI et al., 1988).

Para tanto, a Equação 20.1 foi usada:

Nr = z{

` | ρ

(20.1)

onde, M é massa molar média,

retículo cristalino (a0/√8) e da densidade (

1988).

Portanto, neste campo da pesquisa fundamental, são necessários padrões de volume

com precisão de 1 ppm, que possam ser usados como sólidos padrões de densidade. Os

padrões de densidade sólida (SDS),

estado líquido usado até agora, oferecem as seguintes vantagens:

a) rastreabilidade direta com padrões de massa e comprimento;

b) facilidade de manutenção e disseminação;

c) possibilidade de comparações mútuas e

d) aprimoramento no controle do processo de medida (SACCONI

O Istituto di Metrologia "G. Colonnetti"

ZerodurÒ, um material vitrocerâmico com coeficiente

K), como padrões de densidade sólidos posteriormente utilizados em comparações

interlaboratiorais. No caso desses padrões, a forma esférica oferece as seguintes vantagens:

a) o volume pode ser determinado por meio de uma vez procedimento de medida simples;

b) facilidade de manuseio e transporte, pela ausência de bordas mais frágeis e

c) no mesmo volume, a área da superfície é mínima, com ligeira redução consequente da

influência vários efeitos de superfície, tais como limpeza, adsorção e a adesão de bolhas

quando imersa durante hidrostática comparações (SACCONI

Figura 20.1 – Fotografia com padrões de densidade sólida de: (a) silício; Zerodur sob a forma

de um cubo e Zerodur sob a forma de uma esfera.

Fonte: adaptado de SACCONI

Ainda trabalhando com padrões