Termoquimica - Equilíbrio Reações Químicas

DIFUSIVIDADE

Professor:

Alunos

        

Belo Horizonte

2016

RESUMO

A difusão pode ser definida como o movimento de uma espécie química de uma região de alta concentração para outra de baixa concentração, a partir disto podemos dizer que o coeficiente de difusão mede a capacidade com o que essa difusão acontece. O objetivo da prática realizada foi a determinação dos coeficientes de difusão do etanol, da acetona e do diclorometano no ar. Ao executar os procedimentos adequados e calcular os coeficientes de difusão foi possível perceber as disparidades entre os valores experimentais e os valores teóricos, os valores encontrados a partir dos métodos de Fuller, Schettles e Giddings, e de Wilke-Lee foram semelhantes aos valores teóricos, entretanto os resultados da prática realizada não foram totalmente satisfatórios.

1. INTRODUÇÃO

A difusividade em sistemas gasosos binários pode ser determinada através de um método simples e bastante preciso conhecido como experiência de Stefan. Esta experiência consiste em preencher um tubo fino, longo e transparente, com um líquido volátil puro (A) até certo nível e fixa-lo verticalmente, em uma sala onde o ar é continuamente renovado e a temperatura mantida constante.

Se o vapor do líquido A for mais denso que o ar, o mecanismo de transporte de A através da coluna de ar, no interior do tubo, é difusão molecular. Considerando-se que a renovação do ar da sala se faz suavemente, após atingir regime permanente, como a velocidade na interface gás-líquido é extremamente pequena, o ar no interior do tubo pode ser considerado estagnado. Tem-se, pois, um problema de difusão molecular através de um gás estagnado.

A determinação da difusividade, por este método, requer o conhecimento da concentração do vapor de A junto a interface e na extremidade superior da coluna de difusão. A remoção contínua de doa ar da sala garante valor zero para a concentração de A naquele ponto. A concentração junto à interface gás-líquido é obtida admitindo-se equilíbrio de fase e que os gases A e o ar sejam ideais.

1. MATERIAIS E MÉTODOS

2.1 Materiais

• Conjunto difusão
• Termômetro
• Régua
• Relógio
• Líquidos (P.A.): Acetona, Diclorometano e Etanol.

2.2. Método experimental

Um longo tempo após a introdução do liquido no tubo, inicia-se a medida da posição da interface em relação à extremidade superior, em função do tempo, anotando em cada medida, os valores de temperatura e pressão. As medidas podem ser feitas em intervalos variáveis de tempo, até que se obtenha um conjunto significativo de dados.

Para difusão de um componente A em um meio estagnado B, tem-se a a Equação 1, como descrita abaixo:

Difusão de um componente A em um meio estagnado B

[pic 1]

Equação. 1

Onde L é a distância da extremidade superior da coluna de difusão até a interface gás-liquido, P e T a pressão e a temperatura absoluta, respectivamente, Lo o valor de L no instante inicial, MA e ρA a massa molecular e a densidade do liquido, respectivamente, DAB a difusividade do componente A em B, R a constante dos gases, XBL e XBo as frações molares de B na extremidade superior da coluna e junto à interface gás-líquido, respectivamente, e θ o tempo.

1. RESULTADOS E DISCUSSÕES

3.1 Resultados experimentais

Ao longo do experimento, foram coletados dados referentes a posição da interface em relação á extremidade superior dos líquidos nos tubos, temperatura e tempo da coleta dos mesmos. Os dados experimentais estão descritos na Tabela 1.

Dados experimentais

	Data	Hora	Temperatura (°C)	Acetona (cm)	Diclorometano (cm)	Etanol (cm)
L1	31/05	20:26	23	6,1	6,0	6,2
L2	01/06	20:44	24	14,2	9,0	7,1
L3	02/06	21:27	24	18,0	11,3	7,6
L4	03/06	21:10	22	21,2	13,5	8,5
L5	06/06	19:06	24	26,3	17,8	11,5

Tabela 1

Devido o experimento não ter sido composto pelo material barômetro, a medida da pressão não ocorreu. Assim o valor considerado para os cálculos foi de 0,9 atm.

Para os compostos utilizados as massas moleculares e densidades são dispostas na Tabela 2.

	Acetona	Diclorometano	Etanol
Massa molar (g/mol)	58,08	84,93	46,07
Densidade (g/L)	787	1330	789

Tabela 2: Massa molar e Densidade das substâncias.

A partir da Equação 1 (Difusão de um componente A em um meio estagnado B), foi possível o cálculo do coeficiente de difusividade de cada substância, devido a equação representar uma reta no qual a inclinação é o coeficiente de difusividade. A inclinação foi obtida através do gráfico altura² x tempo. A partir desse valor, foi calculado a difusividade de cada substância pela Equação 2.