Velocidade de Difusão de Gases

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA

Instituto de Ciências Exatas

Departamento de Química
Curso de Licenciatura em Química à Distância

Relatório da Aula Prática Nº 04

Velocidade de Difusão de Gases

Alunos:

Anderson Assis Alves – 201259003B

Beatriz da Silva Vianna – 201259004B 

Denilson Almeida Bonin – 20085927B

Henrique Mendes Werneck – 201259006B

Disciplina: Físico-Química Exp. I

Professor: Luiz Antônio Sodré Costa

Tutor (a) presencial: Marriete Gonçalves Simões

Polo: Cataguases - MG

Junho – 2015

Introdução

        Gases são substâncias que se expandem espontaneamente para preencher de forma completa e uniforme o recipiente no qual está contido. No estado gasoso como a distância entre as moléculas é maior que nos outros estados (sólido e líquido), as forças de atração intermoleculares são fracas o que permite uma movimentação mais rápida e independente das moléculas.

        A habilidade que os gases possuem de preencher de maneira uniforme o espaço aonde é confinado pode ser facilmente percebida quando liberamos um gás de odor característico em um ambiente e em fração de segundos é possível perceber seu odor por todo o ambiente. A este processo é dado o nome de difusão gasosa, devido à movimentação desordenada das moléculas pelo ambiente, também estimulada pelas correntes de ar. Já a efusão gasosa é outro processo físico que ocorre com um gás, onde este passa por um determinado orifício obedecendo às mesmas propriedades da difusão.

        A efusão e a difusão são duas propriedades gasosas que podem ser observadas no cotidiano ou em experimentos e foram estudadas e definidas em 1833 por Thomas Graham, químico inglês que apoiado em seus resultados estabeleceu a Lei de Graham de efusão (ou difusão) de gases. De acordo com Graham difusão de gases é o fenômeno que ocorre quando dois ou mais gases são colocados em um mesmo recipiente e suas partículas se movimentam até que após um intervalo de tempo haja uma mistura completa entre esses gases. Já a efusão é o processo que ocorre quando somente um gás se movimenta por uma fenda ou orifício por exemplo.

Apoiando-se nesses dados a Lei de Graham estabelece que a velocidade de difusão ou de efusão de um gás é inversamente proporcional à raiz quadrada de sua densidade, ou seja:

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        No processo de difusão ou efusão ocorre o deslocamento das partículas a partir da posição inicial em que foram colocadas, de uma média de distância, dm, após um intervalo de tempo, Δt.

        Sabendo que a velocidade média de um sistema com grande número de partículas pode ser calculado como:

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        Podemos calcular a distância através da velocidade média das partículas do gás:

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ou

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        Nesta prática será realizada uma mistura de gases, M1 e M2, submetidos ao processo de efusão ou difusão, após um intervalo de tempo, Δt, o gás de massa molar M1 irá se deslocar por uma distância média dm(1), já o gás de massa molar M2 irá se deslocar por uma distância média dm(2), de modo que a razão das distâncias pela Lei de Graham é da por:

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        Assim, no experimento a ser realizado nesta aula vamos medir a velocidade de difusão ao promover uma reação química entre dois gases HCl e NH3, a partir da reação de neutralização, tomando como referência o anel de sal formado na reação no interior de um tubo fechado.

Objetivo

• Determinar a massa molar de um gás através de um experimento de difusão molecular.

Materiais e Reagentes

• 01 Tubo de vidro simples de aproximadamente 20 cm de comprimento;
• Suporte com haste de metal com garra;
• 01 Cronômetro;
• Algodão;
• 02 Pipetas de Pasteur;
• 02 Béquers pequenos;
• Régua;
• Solução concentrada de ácido clorídrico - HCl;
• Solução concentrada de hidróxido de sódio - NH4OH.

Procedimento Experimental

Determinação do tempo de difusão dos gases HCl e NH3.

1. Utilizando uma garra, fixou-se o tubo de vidro de aproximadamente 20 cm em um suporte metálico na posição horizontal.
2. Colocou-se um pequeno chumaço de algodão nas duas extremidades do tubo de vidro.
3. Simultaneamente, com auxilio de uma pipeta de Pasteur, gotejou-se algumas gotas (3-4 gotas) de ácido clorídrico concentrado em uma das extremidades do tubo de vidro e, na outra extremidade, algumas gotas (3-4 gotas) de uma solução concentrada de hidróxido de amônio. No momento que as gotas foram adicionadas, acionou-se o cronômetro.
4. Aguardou-se alguns minutos e observou-se o início da formação de um anel na forma de uma névoa tênue, em uma posição ligeiramente deslocada do centro do tubo de vidro. Anotou-se o tempo gasto para a formação deste anel.
5. Continuou-se observando o anel branco formado até o seu desaparecimento.

Resultados e Discussão

Determinação do tempo de difusão dos gases HCl e NH3.

        Com as distâncias ddif percorridas pelos gases HCl e NH3 no tubo de vidro no tempo de difusão tdif determinado experimentalmente, a velocidade média vm foi calculada para esses dois gases, utilizando a relação:

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        A Tabela 1 apresenta os dados coletados no experimento realizado.

Tabela 1 – Dados coletados no experimento