Calor médio de solução

Introdução

As soluções são sistemas que contêm certa quantidade de um soluto, a uma dada temperatura, na qual se apresentam em apenas uma fase. Sendo que quando há uma máxima quantidade de soluto, são chamadas soluções saturadas. Quando há menos soluto que o solvente é capaz de dissolver é uma solução insaturada e há um terceiro tipo, supersaturada, quando há uma quantidade de soluto, numa determinada temperatura, muito maior que a esperada para aquela temperatura[1]

As atrações moleculares que mantém as moléculas próximas umas das outras nos sólidos e líquidos também desempenham um papel fundamental na formação das soluções. À medida que o soluto se dissolve no solvente, as partículas componentes do soluto vão se dispersando pelo solvente. Suas partículas vão sendo envolvidas por camadas de solvatação, o solvente vai ocupando posições ao redor das estruturas do soluto.

Para que o soluto seja totalmente solvatado, o solvente deve possuir uma constante dielétrica tal que rompa a força das interações soluto-soluto e estabeleça uma estrutura suficiente estável de mais baixa energia que mantenha suas partículas unidas às partículas do soluto. [1]

O calor de solução é a variação de entalpia associada com a adição de uma dada quantidade de um soluto a uma certa quantidade de solvente, a temperatura e pressão constantes.[2] Por essa razão o calor médio de solução é associado à variação de temperatura.

Quando esse processo ocorre, havendo liberação ou absorção de energia em forma de calor, diz-se que há variação de entalpia média de solução possível de ser calculada sem a utilização de calorímetro através da equação de Van’t Hoff:

[pic 1]

Onde é o calor-padrão médio de solução por mol da substância dissolvida na faixa de temperatura em que se realiza o experimento. Esse valor é praticamente constante numa pequena faixa de temperatura. Esse calor médio pode ser estimado pela inclinação da reta .[pic 2][pic 3]

Objetivo

Determinar o calor médio de solução do ácido benzoico em água baseado na dependência de sua solubilidade com a temperatura.

Materiais e reagentes necessários:

-Béquer

-Bastão de vidro

-Proveta

-Pipeta

-Termômetro

-Bureta

- 5 erlenmeyers

- Banho termostático

-Solução de ácido benzoico

-Solução de Hidróxido de Sódio 0,1 mol L-1

-Fenolftaleína

Procedimento experimental

Pesou-se e anotou-se a massa de 5 erlenmeyers vazios. Preparou-se 500mL de solução de ácido benzoico (4,5 g) à temperatura de 80°C. Manteve-se a solução em banho termostático.

Converteu-se a massa da solução em volume, considerando que a densidade da mesma seja igual a da água 1,0 g cm-3.

Adicionou-se ao erlenmeyer aproximadamente 20 mL de água destilada e 3 a 5 gotas de fenolftaleína.

Titulou-se a solução resultante com NaOH 0,1 mol L-1.

Repetiu-se o procedimento para temperaturas de 60°C, 40°C, temperatura ambiente e resfriada em banho de gelo a 9°C.

Calculou-se o teor (a solubilidade) de HBZ (ácido benzoico) em cada alíquota, através da expressão

[pic 4]

Determinou-se o número de mols de HBZ em cada alíquota de acordo com a fórmula:

[pic 5]

A massa de ácido benzoico na alíquota foi igual a

[pic 6]

A massa de água na alíquota foi, portanto

[pic 7]

 E o número de mols de água,

[pic 8]

Daí a fração molar de ácido benzoico em cada alíquota foi igual a

[pic 9]

Resultados e discussão

Pode-se preparar uma solução saturada por mistura do solvente com um excesso de um soluto solido. Passado algum tempo a concentração do soluto não aumenta mais, e obtemos uma solução saturada. Este sistema está em equilíbrio dinâmico, com moléculas e íons que constantemente abandonam e regressam ao sólido com velocidades iguais. [3]

Em uma manta aquecedora colocou-se um béquer contendo uma solução de água destilada e ácido benzoico (~4,5g) que estava em excesso para que a solução ficasse saturada, a temperatura de aproximadamente 80ºC, sempre deixando um corpo de fundo.

A adição de uma pequena quantidade de soluto a uma solução é uma maneira simples de distinguir entre soluções insaturadas, saturadas e Supersaturadas. Se a solução está insaturada, o soluto adicionado dissolve-se, aumentando a concentração da solução. Se a solução está saturada, a adição de soluto não produz alteração na concentração da solução. Quando a solução está supersaturada, a adição de soluto puro provoca a rápida precipitação de soluto adicional. A precipitação do soluto continua até que a concentração da solução tenha diminuído para o seu valor de equilíbrio – a solubilidade. [3]

Uma vez estabelecido o equilíbrio não há uma variação observável da concentração da solução, desde que a temperatura e a pressão não sejam alteradas. O princípio de Le Chatelier aplica-se a qualquer sistema em equilíbrio dinâmico, pelo que o usaremos para estabelecer a influência da temperatura na solubilidade de um composto.[3]

O procedimento consistia primeiramente em pesar os cinco erlenmeyer vazios e em cada um adicionou-se uma colher(cerca de 20mL)dessa solução a temperaturas de 83ºC, 57ºC, 42ºC, 25ºC, 9ºC, respectivamente. Feito isso, pesou-se a massa do conjunto (erlenmeyer + solução), anotou-se os valores para encontrar a massa da solução através da fórmula

msolução= mfinal- minicial .

Obtendo os seguintes resultados:

Tabela 1 – Massas do erlenmeyer, do ácido benzoico e temperatura da solução

Erlenmeyer	Massa vazio (g)	Temperatura (ºC)	Massa do conjunto (g)	msolução= mfinal- minicial
1	130,44	83	134,44	4
2	126,61	57	133,68	7,07
3	130,57	42	138,62	8,05
4	155,24	25	159,78	4,54
5	139,64	9	146,57	6,93

Adicionou-se 20 mL de água destilada e algumas gotas de fenolftaleína. Preencheu-se uma bureta com NaOH 0,1 mol/L até a marcação zero e fez-se uma titulação na solução de ácido benzoico.  Interrompeu-se a titulação quando a solução passou de transparente para uma coloração rosa claro.