Determinação da massa molar do gás butano e efeito da pressão no ponto de ebulição da água

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Determinação da massa molar do gás butano e efeito da pressão no ponto de ebulição da água

Por

CAROLINE PAVAN

CRISTINE VOGEL

PATRICIA OPATA

Alunas do Curso de Graduação em Engenharia de Alimentos

Trabalho apresentado ao Professor Valdemir Velani na disciplina de Fisico-quimica experimental.

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Laranjeiras Do Sul- PR

24  de agosto de 2015

1. INTRODUÇÃO

O gás butano é um composto orgânico de fórmula molecular C4H10, pertencente a família dos hidrocarbonetos. É um dos principais componentes do gás liquefeito do petróleo (GLP) e é usualmente encontrado em isqueiros descartáveis (CARVALHO, 2008)

Este gás tem comportamento semelhante a um gás ideal, especialmente em temperaturas mais altas e pressões mais baixas (CARVALHO, 2008). Nestas condições três propriedades podem ser relacionadas entre si, como volume, pressão e temperatura para determinação do numero de mols de uma determinada amostra (CASTELLAN, 2011).

Estas propriedades empíricas podem ser descritas:

• Pela lei de Boyle, a qual relaciona o volume com a temperatura, de tal modo que a pressão permaneça constante.

PV= C ou P = C/V            (1)

• Pela lei de Charles, a qual demonstra que o volume de uma data substancia e diretamente proporcional a sua temperatura (K) se a pressão for mantida constante.
• E pelo principio do Avogadro (Lei de Charles-Gay Lussac), o qual nos diz que o volume de um gás é proporcional ao numero de mols desse gás (CASTELLAN, 2011).

            Quando estas três leis são combinadas, obtemos a equação que rege a lei dos gases ideais, (pV = nRT) conhecida como equação de estado do gás ideal. Esta lei pode ser útil na determinação das massas molares de substancias voláteis como o gás butano, pois pode ser reescrita na forma:

MM = mRT/Vp              (2)

Pois o volume e massa do gás serão conhecidos a partir do experimento e as demais variáveis, como pressão e temperatura também serão controladas (CASTELLAN, 2011).

 Outro importante conceito para a físico-quimica é a pressão, e o estudo de como ela pode variar o ponto de ebulição das substancias.

De acordo com a definição IUPAC, ponto de ebulição é a temperatura na qual a pressão de vapor líquido iguala-se a pressão da atmosfera a qual se encontra submetido. Este efeito acontece devido a interação das moléculas, a medita que é fornecido calor ao sistema, as moléculas de água tendem a se movimentar com maior intensidade, ate o momento em que as forças existentes entre elas sejam insuficientes para mantê-las unidas, sendo assim a água passa do estado liquido, para o gasoso (MACIEL, 2012).

             Durante este processo ocorre o chamado “equilíbrio liquido-vapor”, este equilíbrio esta relacionado com a movimentação relativas das moléculas em relação a interface que divide uma fase da outra, de modo que a todo o momento as moléculas atravessem a interface, tanto na direção da fase liquida como na fase gasosa, eventualmente como resultado deste efeito tem-se uma “nuvem de vapor” juntamente com uma pressão exercida sobre o liquido pelo choque das moléculas gasosas na interface, chamada de pressão de vapor (MACIEL, 2012).

Experimentalmente pode-se verificar que uma mudança de pressão exercida sobre a substância implica na mudança da temperatura para o ponto de ebulição, pois essa pressão do ar sobre as moléculas pode dificultar a sua movimentação (MACIEL, 2012).

Ao receber energia, na forma de calor, o liquido tem seu volume aumentado (lei de Charles) de forma proporcional, se a pressão for mantida constante. Entretanto em valores de pressão variável, observa-se que este efeito muda, de modo geral, à medida que se aumenta a pressão, aumenta também a sua temperatura de ebulição para um liquido (CASTELLAN, 2011).

O objetivo deste trabalho é Determinar a massa molar do gás butano bem como avaliar o efeito da pressão na temperatura de ebulição da água.

1. Parte Experimental

Reagente

1. Água

Material

1. Bacia;
2. Balança;
3. Isqueiro;
4. Proveta;
5. Tubo de borracha;
6. Termômetro;
7. Seringa (60 mL).

Procedimento Experimental

1. Determinação da massa molecular de um gás

Iniciou-se o procedimento com a medição da massa do isqueiro em uma balança semi-analítica. Após o registro da massa, uma proveta totalmente preenchida com água, foi invertida cuidadosamente afim de não formar bolhas de ar, em uma bacia com água até 2/3 de seu volume. Em seguida uma das extremidades do tubo de borracha, foi então, conectado ao isqueiro de gás butano (C4H10), vedando-o bem com o auxílio de plástico filme e a outra extremidade do tudo inserida no interior da proveta invertida. A válvula do isqueiro foi acionada vagarosamente, liberando o gás do mesmo para o interior da proveta, resultando no deslocamento do líquido no interior da mesma. Em seguida foi feita a leitura do volume de gás direto na proveta e medido a massa do isqueiro novamente. Após este procedimento foi calculado a massa molar do gás, realizando essa metodologia em triplicata.

1. Efeito da pressão no ponto de ebulição

Para realização desse experimento aqueceu-se água em uma chapa elétrica até a temperatura da mesma atingir 80 °C. Usando uma seringa plástica de 60 mL, realizou-se a operação de preencher a seringa com água quente e devolve-lá ao béquer até a mesma estar aquecida. Após esse procedimento, succionou-se 10 mL de água e com o bico voltado para cima foi removido o ar presente em seu interior. Segurando a extremidade da seringa com os dedos para impedir a entrada de ar o êmbolo foi puxado.        

1. RESULTADOS E DISCUSSÕES

1. Determinação da massa molecular de um gás

A primeira parte do experimento consistiu na determinação da massa molar do gás butano coletado de um isqueiro, a partir do volume de água deslocada em uma proveta.  A massa do isqueiro e o volume de água deslocada na proveta estão apresentados na Tabela 1.