Atividade do Solvente em Soluções não Ideais

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS - ICEX DEPARTAMENTO DE QUÍMICA BELO HORIZONTE, MG, BRASIL

 

 

Físico-Química Experimental CII - QUI268

 

RELATÓRIO EXPERIMENTO 4:

ATIVIDADE DO SOLVENTE

EM SOLUÇÕES NÃO IDEAIS

 

 

 

 

Belo Horizonte, 03 de outubro de 2020.

1. INTRODUÇÃO

A definição de potencial químico μ é de grande importância para o estudo das propriedades termodinâmicas, já que a partir dela é possível deduzir as condições necessárias para a existência do equilíbrio de fases entre soluções ideais, ou soluções diluídas ideais, e seus vapores, ou seja, as leis de Henry e Raoult, além das diferenças termodinâmicas entre uma solução ideal e seus componentes puros2. A expressão (1) retrata a definição de potencial químico, válida para soluções ideais e reais.[pic 2]

        Sendo μA* o potencial químico de A puro na fase líquida a 1 bar e temperatura T, ou seja, nas condições padrão, PA a pressão parcial do vapor A na solução e PA* a pressão de vapor de A puro. No caso de uma solução ideal, é possível considerar que a razão entre as pres sões é igual à fração molar, portanto a expressão que define o potencial químico se converteria de (1) para (2). Porém, não existe na natureza nenhuma solução completamente ideal, ou seja, todas apresentam desvios em relação a idealidade e a inclusão desses desvios é altamente necessária para a correta elucidação das propriedades termodinâmicas. Sendo isso essencial em diversos campos de aplicação, como a bioquímico, o ambiental e o industrial3.

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Para tal, é definido o conceito de atividade como uma espécie de concentração de efetiva que preserva a forma da expressão para o potencial químico, de forma similar ao conceito de fugacidade utilizado no estudo de gases não ideais1. Como apresentado pela equação (3), a atividade pode ser determinada de maneira simples, utilizando dados experimentais. E por meio de tal grandeza, torna-se possível determinar o potencial químico de uma solução não ideal, substituindo a atividade pela fração molar, como visto em (4).

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        Ao considerar então que os solventes puros obedecem à lei de Raoult, a fração molar desse solvente é igual a 1, e a atividade é igual a fração molar. Portanto é ainda possível definir uma forma de exprimir a convergência entre esses valores estabelecendo o coeficiente de atividade γ, conforme representado em (5). Por meio disso, é possível determinar que quanto mais próximo de 1 está o coeficiente de atividade, maior a semelhança entre uma solução ideal, que segue a lei de Raoult, e a solução real em questão.

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2. OBJETIVOS

Este experimento teve como objetivo determinar a atividade de um solvente, nesse caso água, em uma solução não ideal em várias concentrações, sendo estas soluções de sacarose.

3. MATERIAIS EM GERAL 

Tubos de ensaio, béqueres, proveta, ebulidor, mufa, haste agitadora manual, suporte universal, bastão de vidro, pedaço de tecido, termômetros com escala decimal, cronômetros, martelo.

4. REAGENTES E/OU SOLVENTES

Sacarose, sal grosso, gelo picado, água deionizada.

5. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL/METODOLOGIA.

• Primeiramente preparou-se em um béquer pequeno, com o auxílio de um bastão de vidro, a solução de sacarose, sendo que para tal, utilizaram-se massas previamente medidas, de acordo com as concentrações representadas na Tabela 1, de sacarose e 25 mL de água deionizada, estes medidos por meio de uma proveta.

Tabela 1: Concentrações das soluções de sacarose

Concentração da solução de sacarose (mol Kg-1)
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8

 

• Em seguida para o preparo da solução refrigerante a ser utilizada, triturou-se o gelo, por meio do uso de um pedaço de tecido e um martelo. Com um béquer de 100 mL foram realizadas 4 medidas de gelo triturado e uma de sal grosso em um béquer de 1000 mL, sendo este último adicionado aos poucos. Com o auxílio de uma espátula esse sistema foi misturado, em seguida teve sua temperatura conferida por um termômetro até que estivesse próxima a -12 °C.
• Adicionou-se água destilada a um tubo de ensaio, em seguida mergulhou-se um termômetro e uma haste agitadora manual. Com o auxílio de um suporte universal, uma mufa e uma garra, foi montado o sistema representado na figura 1, ao colocar o tubo dentro da mistura refrigerante, sendo necessário certificar se o gelo cobriu todo o entorno do tubo. Utilizando-se o cronômetro, enquanto simultaneamente se agitava de forma constante e suave, foi anotada a temperatura em intervalos de 30 segundos, até que houvesse completa solidificação do líquido presente no tubo.

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Figura 1: Montagem utilizada durante o experimento.

• Repetiu-se esses procedimentos para todas as soluções de sacarose previamente preparadas, obtendo valores de temperatura de solidificação para cada amostra.

6. RESULTADOS E DISCUSSÃO 

Os valores de temperatura encontrados experimentalmente, tanto para as soluções de sacarose, quanto para a água destilada foram utilizados para construir curvas de solidificação, sendo que nessas é possível determinar as temperaturas de solidificação para cada uma, como representado pela figura 2.