Micro Gerador de Gases O2 e H2

Físico-Química I

Juliana Bertoldi

Prática Livre: Micro Gerador de gases O2 e H2

Alunos: Gerson Kroenke

               Greice Michele Zickuhr

               Miguel Ângelo Benke

Data: 22/11/2016

Temperatura: 26 oC   299,15 K

Pressão: 760mmHg    1 atm

Objetivo: Demonstrar experimentalmente como é possível a produção de gás hidrogênio (H2) e Oxigênio (O2) pelo processo de eletrólise da água e através disto determinar o número de mol dos gases obtidos e a constante de Avogadro.

Resultados e Discussão

Montou-se um sistema composto por um béquer com capacidade de 600 mL cheio até próximo a borda com uma solução de NaOH 10 g.L-1, duas provetas de 50 mL invertidas cheias com a mesma solução de NaOH até a marca de O mL e dentro de cada proveta um eletrodo, um positivo e outro negativo, com uma pequena chapa de cobre para aumentar a superfície de contato das cargas, ligados à uma fonte de energia, conforme figura 1.

Figura 1. Sistema para processo de hidrólise

[pic 1]

Fonte: Os autores

Antes de a fonte ser ligada à tomada mediu-se a temperatura da solução de NaOH no béquer, sendo esta 26oC. Cronometrou-se o tempo de reação assim que a fonte foi ligada e acompanhou-se a formação dos gases na proveta alterando o volume na mesma. Obteve-se um volume de 19 mL de gás na proveta com polo negativo e 9 mL de gás na proveta com polo positivo num tempo de reação de 13,50 min.

A reação ainda estava acontecendo quando o sistema foi desligado, porém o fez-se, pois, o eletrodo com polo positivo estava um pouco enferrujado e acabou por reagir com o gás formado na proveta, o O2 e estava formando Fe2O3 (óxido de ferro).

Reação de liberação de H2 e O2

Ânodo                      [pic 2]

[pic 3]

Cátodo                    [pic 4]

Considerando-se os potenciais padrão de oxirredução conforme tabela 7.3 do livro Físico-Química, Vol. 1, 8ª edição de Peter Atkins e Julio de Paula, conclui-se que a oxidação ocorre no ânodo onde há a liberação de O2 e a redução no cátodo onde há a liberação de H2.

Durante a prática não foi possível fazer a medição da corrente elétrica imposta ao experimento, porém utilizando-se os dados da embalagem da fonte e da própria fonte utilizada podemos calcular aproximadamente qual a corrente:

[pic 5]

Onde:

i = Corrente elétrica

P = Potência

E = Tensão

[pic 6]

[pic 7]

Os dados coletados no experimento estão expressos na tabela abaixo:

Tabela 1. Dados para determinação do número de mols de O2 e H2 e constante de Avogadro.

Vol. Proveta Polo Negativo (mL)	Vol. Proveta Polo Positivo (mL)	Tempo de reação         (s)	Corrente    (A)	Tensão          (V)	Temperatura solução      (oC)
19	9	830	0,08	12	26

Fonte: Os autores

A partir dos dados obtidos pode-se calcular o número de mols de cada gás obtidos na reação seguindo a lei dos gases ideais:

Equação 1

[pic 8]

Gás Hidrogênio:

[pic 9]

[pic 10]

[pic 11]

[pic 12]

Gás Oxigênio:

[pic 13]

[pic 14]

[pic 15]

[pic 16]

A constante de Avogadro pode ser determinada pelas seguintes equações:

Equação 2

[pic 17]

Equação 3

[pic 18]

Parte-se da equação 3 para encontrar o valor de Q e utilizar-se a equação 2.

i = média da corrente em amperes

 = variação do tempo em segundos[pic 19]

[pic 20]

[pic 21]

Com o valor de Q então aplica-se a equação 2, sendo:

R = constante universal dos gases (0,082 atm.L/mol.K)

T = temperatura do ambiente

Q = carga em Coulombs passando pelo sistema

p = pressão do ambiente

V = Volume de H2 liberado na reação

e = carga do elétron (1,602x10-19 C)

Obs.: Usa-se os valores obtidos experimentalmente para o H2 pois na proveta com liberação de O2 há uma maior quantidade de impurezas que acabam afetando o cálculo de forma negativa e culminando para um maior erro relativo no experimento.

[pic 22]

 mol[pic 23]

Com o valor para a constante de Avogadro experimental encontrado pode-se comparar com o valor teórico () e calcular o erro:[pic 24]

[pic 25]

[pic 26]

Conclusão

A eletrólise é um processo de separação de elementos químicos não espontâneo, pois necessita de eletricidade, que pode gerar novos compostos.

As moléculas de água são capazes de sofrer auto ionização, gerando os íons H+ (ou H3O+) e OH-. Porém a água é um eletrólito fraco, mesmo possuindo esses íons ela não é capaz de conduzir corrente elétrica. Sendo assim, para realizar sua eletrólise é necessário adicionar-se um eletrólito, no caso desta prática optou-se por uma base, mas pode-se usar também um sal ou um ácido.