O Relatório de Físico Química Experimental

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA

Disciplina: Fisico Química Experimental CII

PRÁTICA Nº 1

Equilíbrio líquido-vapor de misturas azeotrópicas

Aluno: Vitor Bernardes Silva

Relatório apresentado à disciplina de Fisico Química Experimental CII do curso de Química Tecnológica da UFMG.

Docente: Marcelo Machado Viana.

BELO HORIZONTE

02 de Junho de 2021  

1. INTRODUÇÃO

Quando se tem uma solução de dois líquidos voláteis, as pressões parciais de vapor dos componentes estão relacionadas com a solução líquida pela lei de Raoult, na qual o resultado da razão entre pressão de vapor parcial (𝑝A) e pressão de vapor da substância pura (𝑝*A) é aproximadamente a fração molar (xA), como demonstrado nas equações 1.

                                                                                                 (1)[pic 2]

A pressão de vapor total ( da solução é a adição de pa e pb, ou seja, a pressão de vapor total varia de forma linear de 𝑝*B até 𝑝*A quando xA varia de 0 a 1. Quando a solução obedece a lei de Raoult em todo o intervalo da fração molar das substâncias, ela é denominada solução ideal e seu diagrama de fases está representado na figura 1.[pic 3]

                                                                (2)[pic 4]

Para visualizar melhor a destilação dessas substâncias presentes na solução, é necessário utilizar um diagrama de temperatura-composição, ou seja, é preciso tornar a pressão constante para demonstrar as composições das fases em equilíbrio em função da temperatura.

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Figura 1. Diagrama de fases com relação entre temperatura e composição de A

(FONTE: ATKINS, 2008.)

Existem soluções que mesmo não sendo ideais, tem diagramas de fases de temperatura-composição que se assemelham com diagramas ideais, porém existem soluções que apresentam desvios que formam pontos de máximo ou mínimo no diagrama.

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Figura 2. Diagrama de fases com um desvio de ponto mínimo.

FONTE: (ATKINS, 2012.)

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Figura 3. Diagrama de fases com um desvio de ponto máximo.

FONTE: (ATKINS, 2012.)

Os pontos de máximo aparecem quando há interações intermoleculares favoráveis para as substâncias que reduzem a pressão de vapor aumentando a temperatura de ebulição, já os pontos de mínimo são o contrário, quando as substâncias têm características muito parecidas e não interagem isso causa um aumento da pressão de vapor, diminuindo a temperatura de ebulição.

Nos pontos de máximo ou de mínimo, os valores de temperatura de ebulição são iguais para os dois componentes, ou seja, a evaporação ocorre sem modificação da composição formando um azeótropo, sendo assim, a destilação não separa os dois líquidos naquelas proporções.

Além do ponto de máximo ou mínimo, um diagrama de fases também apresenta pontos na região entre as duas fases, que indica o equilíbrio entre líquido e vapor além de demonstrar as proporções relativas a cada fase (α e β). Para encontrar esses valores é utilizada a regra da alavanca, na qual se mede a distância do ponto em relação às linhas de amarração de cada fase e relaciona essas medidas ao número de moles de cada fase, como demonstrado a seguir.

                                                                                        (3)[pic 8]

1. OBJETIVO

Construir o diagrama temperatura de ebulição em função da composição para um sistema binário de líquidos que forma um azeótropo.

1. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

Inicialmente, preparou-se uma montagem para aquecimento, representada pela figura 4 abaixo.

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Figura 4. Montagem utilizada na prática.

(FONTE: Apostila de Roteiros de Trabalho em Laboratório – Físico-Química CII.)

Inicialmente forama adicionados 150,0 mL de cicloexano no balão pela entrada lateral, indicada como B na figura, com o auxílio  de uma proveta e um funil de vidro. Na sequência, essa entrada foi vedada com uma rolha e a manta foi ligada para iniciar o aquecimento. Esperou-se até o início da ebulição e assim a temperatura do sistema estabilizou-se, o balão foi tirado de contato com a manta e anota-se o valor marcado no termômetro. Com o auxílio de uma pipeta de Pasteur, coletaram-se alíquotas do condensado presentes no “bolsão” a partir de C, indicados na figura, e do resíduo no balão A. Armazenou-se cada amostra em um tubo de ensaio. Em seguida, o restante do condensado na concavidade foi retornado para o balão de fundo redondo. Repetiu-se o processo outras 5 vezes com adições crescentes de isopropanol ao sistema.

Tabela 1. Volumes de cicloexano e isopropanol utilizados em cada batelada de aquecimento.

Processo de adição de isopropanol.

Amostra	Vol. adicionado de cicloexano/ mL	Vol. final* de cicloexano/ mL	Vol. adicionado de isopropanol/ mL	Vol. final* de isopropanol/ mL
1	150,0	150	0	0
2	0	150	2,0	2
3	0	150	3,0	5
4	0	150	5,0	10
5	0	150	10,0	20
6	0	150	25,0	45

 *Valor esperado do volume final, como ocorre ebulição parte desse volume pode ter sido perdido

Realizou-se o mesmo procedimento utilizando apenas isopropanol inicialmente e adicionando-se quantidades crescentes de cicloexano. A partir do processo a  tabela 2 foi construída, na qual apresenta os volumes utilizados em cada amostra.