Fsico-qumica I, Relatrio experimental aula 6

Determinao experimental da massa molar do Mg Prof. Jacqueline Ferreira Anderson Thesing, Beatriz Muller Vieira, Bruna Goldani, Dian Micheli Baad Ribeiro e Richard Oliveira Departamento de Qumica Analtica e Inorgnica (DQAI), Instituto de Qumica e Geocincias (IQG), Universidade Federal de Pelotas Resumo: Objetivo: Determinar a massa molar do magnsio a partir das propriedades fsico-qumicas do gs H2 gerado durante uma reao qumica entre cido clordrico e magnsio. 1. Introduo

A massa molar relativa de uma molcula pode ser calculada somandose as massas atmicas relativas de todos os seus tomos. Somando a massa atmica do carbono, 12,011, com quatro vezes a massa atmica do hidrognio, 4(1,008) obtm-se a massa molar do metano, CH4, 16,043, por exemplo. Este mtodo de calcular as massas molares admite que no haja variao de massa quando o tomo de carbono se combina com quatro tomos de hidrognio para formar metano. Isto , na reao abaixo, a massa total esquerda, 16,043 unidades, ser igual massa total direita, 16,043 unidades, se a massa molar do CH4 for calculada pelo mtodo acima.1 C + 4H CH4 O problema da conservao da massa nas reaes qumicas foi sujeito a investigaes experimentais muito precisas e, em nenhum caso, foi demonstrada a variao de massa durante uma reao qumica.1 Entretanto, h outras maneiras de se descobrir a massa molecular de uma substncia.

Fsico-qumica I, Relatrio experimental aula 6 A partir de uma reao qumica, utilizando uma massa conhecida de uma substncia A e reagindo-se completamente, pode-se relacionar a massa conhecida da substncia A com a quantidade de produto formado. Um exemplo uma reao clssica de cido com um metal redutor mais forte que o hidrognio.2 Reagindo-se completamente uma massa conhecida do metal em excesso de cido, pode-se relacionar a quantidade de metal utilizada com o volume de gs hidrognio produzido pela estequiometria da reao:2 M(s) + n H + (aq) n/2 H2 (g) + M + (aq) Como observado, a reao produz gs hidrognio. Coleta-se o volume de gs (VH2), nas condies do experimento (temperatura e presso ambiente), permitindo determinar o volume molar do hidrognio (Vmolar) nessas mesmas condies, relacionando-se um mol de metal e obedecendo-se a estequiometria de reao nesse caso. 2 As condies normais de temperatura e presso (CNTP) correspondem a uma presso de 1 atmosfera e a uma temperatura de 0 C ou 273 K. Experimentalmente, possvel chegar ao valor de 22,4L, volume ocupado por 1 mol de gs ideal, atravs do volume de gs hidrognio coletado em certas condies de temperatura e presso, transformando-o depois no volume que corresponderia s CNTP: 2

Onde: PCNTP = Presso (1 atm = 760 mm Hg); VCNTP = Volume ocupado por 1 mol de gs ideal nas CNTP (22,4 L); TCNTP = Temperatura (0 C = 273 K); PEXP = Presso experimental exercida pelo gs; VEXP = Volume ocupado pelo gs;TEXP = Temperatura experimental.

2. Materiais e Mtodos

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2.1Materiais e reagentes -Agarrador metlico -cido clordrico 6,0 mol/L -Basto de vidro -gua destilada -Becker de 500 mL -Fita de Magnsio (~0,03 g) -Fio de linha (ou cobre) -Proveta graduada (boca cortada) -Suporte de ferro -Proveta 2.2. Procedimento experimental 1. Montou-se a aparelhagem conforme o desenho abaixo.

2. Determinou-se o volume correspondente poro no graduada de uma bureta entre o ltimo trao da graduao e a torneira, o volume morto. 3. Anotou-se a massa da fita de Mg. Antes de pesar, limpou-se a superfcie oxidada com palha de ao. Amarrou-se um fio de linha de aproximadamente 15 cm na fita e dobrou-se a fita ao meio para facilitar. 4. Colocou-se gua em um bquer de 500 mL at preencher cerca de 2/3 de sua capacidade. 5. Fechou-se bem a bureta. Adicionou-se 8,0 mL de soluo HCl 6,0 mol/L. Adicionou-se gua destilada, lentamente e sem agitar (escorrendo

Fsico-qumica I, Relatrio experimental aula 6 lentamente pelas paredes), at encher completamente a bureta. Eliminaram-se as bolhas de ar aderidas na bureta. 6. Introduziu-se a fita de magnsio na proveta. 7. Inverteu-se e introduziu-se o tubo de ensaio no interior do copo, at encostar no fundo. Prendeu-se o tubo de ensaio com o agarrador e o suporte (conforme mostra o desenho). 8. Esperou-se at a completa reao do magnsio com a soluo cida e aguardou-se aproximadamente 15 min para que houvesse o equilbrio trmico. Aps o trmino da reao, marcou-se o volume coletado de gs no tubo. 9. Mediu-se com uma rgua a altura da coluna de gua do interior da bureta, a partir da superfcie de gua no bquer. 3.Resultados e discusses Primeiramente, determinou-se o volume morto da bureta, que corresponde ao volume no graduado. Colocou-se gua neste espao da bureta at preench-lo completamente. Feito isso, transferiu-se esta gua para uma proveta, constatando que esse volume correspondia a 3,5ml. Em seguida, pegou-se um pedao pequeno de magnsio e limpou-se sua superfcie com uma esponja de ao, para retirar impurezas e sua parte oxidada. Levou-se este pedao de magnsio para a balana analtica e constatou-se a massa no valor de 0,0358g. Aps isso, colocou-se gua destilada em um bquer de 500ml, preenchendo certa de 400ml com gua. Na bureta, verificou-se se a torneira estava bem fechada, ento adicionou-se 8ml de cido clordrico (HCl) 6M. Logo aps, completou-se o volume restante da bureta com gua destilada, de maneira com que a gua escorresse pelas paredes da bureta, no misturando o cido e a gua. A fita de magnsio previamente pesada foi amarada em um fio de costura tradicional e colocada na ponta da bureta, de forma que ficasse presa e no subisse na hora de virar a vidraria. Fechou-se ento com o dedo a abertura da bureta e virou-se a mesma dentro do bquer contendo gua, vendo imediatamente o cido clordrico descer, devido a seu maior valor de

Fsico-qumica I, Relatrio experimental aula 6 densidade, e fazendo com que parte da gua se deslocasse para a parte superior da bureta. Conseqentemente, o cido ao chegar parte mais baixa da bureta entrou em contato com a fita de magnsio amarada. Houve uma reao (reao 1) que gerou H, que subiu imediatamente para a parte superior da bureta. Mg + 2HCl MgCl + H (reao 1) Como houve a formao de gs, parte da gua de dentro da bureta deveria sair para que o gs se alojasse ali. Neste momento, constatou-se que a gua do bquer aumentava lentamente seu volume, de forma proporcional a formao de gs dentro da bureta. Quando todo o magnsio havia sido consumido pela reao e formado gs hidrognio, anotou-se o volume ocupado pelo gs na bureta, no valor de 256mm. Tendo estes dados, torna-se possvel achar a presso parcial do hidrognio dentro da bureta. Levando em conta que 1mm/Hg corresponde a 13,6mm de gua, usando uma regra de trs simples acha-se que para 256mm de gua correspondem 18,9mm de Hg. Sabe-se ainda, que o gs dentro da bureta no puramente H, pois tambm composto por vapor de gua. Assim, atravs da frmula 1 determinamos a presso hidrosttica: P = pgh (frmula 1) P = 13600.9,8.0.0189 P = 18,88mm/Hg Sabemos que a presso total do sistema 760mm/Hg, que a presso de vapor da gua, a 19C de 16mm/Hg (valor tabelado) e que a presso hidrosttica de 18,88mm/Hg, atravs da frmula 2 podemos calcular a presso parcial de H na bureta: Pt = PH + Pvapor de gua + Phidrosttica (frmula 2) 760 = PH + 16 + 18,88 PH = 725 mm/Hg ou 0,95atm

Fsico-qumica I, Relatrio experimental aula 6 A quantidade de H formado em nmero de mols pode ser dada pela frmula 3, usando dados j conhecidos e o volume de 33ml, constatado e medido com o auxlio de uma rgua ao final do procedimento: PV = nRT (frmula 3) 0,95.0,033 = n.0,0821.292 n = 1,3.10-3 mols O volume molar do gs pode ser agora descoberto facilmente atravs da frmula 4, com dados j conhecidos: Vmolar = V/n (frmula 4) Vmolar = 0,033/1,3.10-3 Vmolar = 25,38L/mol Se o experimento fosse realizado as condies normais de temperatura e presso (CNTP), atravs da frmula 5, podemos determinar o volume molar do gs: PCNTP.VCNTP/TCNTP = P.Vmolar/T (frmula 5) 1.22,4/273 = 0,95.Vmolar/292 Vmolar = 25,2L/mol A massa molar do magnsio pode ser determinada atravs da relao estequiomtrica da reao 1 com o gs hidrognio: Mg0 + 2HCl MgCl + H Nota-se que a relao estequiomtrica de H e Mg 1 x 1 (um pra um). Por isso, se o valor usado para o H de 1,3.10-3mol, podemos usar o mesmo valor para o Mg. Ento, atravs da frmula 6 determina-se a massa molar de Mg: n = m/Mmolar (frmula 6) 1,3.10-3 = 0,0358 / Mmolar Mmolar = 27,5g/mol 3.1. Erro Percentual

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Experimental MM Mg = 27,5 g Tabela peridica MM Mg = 24,30 g 100% --- 27,5 g 27,5 x = 2430 100% - 88,36% = 11,64%

4. Concluso O resultado da massa molar do magnsio na experincia foi de 27,5g. Tendo-se comparado com o valor real do magnsio (24,30 na tabela peridica), verificou-se que o erro obtido no resultado da massa molar foi de 11,64 %. Apesar do valor encontrado experimentalmente ser diferente do valor da massa molar do magnsio encontrado na tabela peridica, considera-se absolutamente normal ter- se valores diferentes devido a erros bem comuns de laboratrio como quantidade de reagentes colocados, a prpria vidraria que j tem um erro, a falhas de manuseio do equipamento, somando-se todos erros encontramos assim uma pequena diferena entre valor experimental e valor da tabela. Conclui-se que o mtodo clssico da determinao da massa molar de um metal de fcil execuo e permite obter resultados confiveis, mesmo ocorrendo pequenas diferenas no valor encontrado.

Reviso Bibliogrfica 1. Castellan, Gilbert William. Fundamentos de fsico-qumica. Rio de janeiro: LTC, 2008, 94 p. 2. Qumica Geral: Slabaugh - Parsons (Cap. 7) Qumica Geral Superior: Masterton - Slowinski (Cap. 5) Qumica Geral: Brady - Humiston (Cap. 6)