Universidade Federal de Campina Grande

Centro de Ciência e Tecnologia - CCT

Unidade Acadêmica de Engenharia Química

Laboratório de Química Geral

Aldenilo Vieira Pereira

Campina Grande –PB

2015

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO.............................................................................................4

2 OBJETIVO ..................................................................................................5

3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA.......................... ............................................6

3.1 Definição de gás e vapor.......................................................................6

3.2 Definição de pressão.............................................................................6

3.3 Lei de Dalton das pressões parciais....................................................7

3.4 Equação Claperyon...............................................................................7

4 MATERIAIS USADOS NO EXPERIMENTO..............................................9

5 METODOLOGIA........................................................................................10

6 RESULTADO.............................................................................................11

7 CONCLUSÃO............................................................................................14

8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.........................................................15

ANEXOS......................................................................................................16

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1. INTRODUÇÃO

É de fundamental importância o estudo dos gases, de suas propriedades e de

suas particularidades, pois através disso, pode-se calcular o volume de gás liberado

em uma reação química. E, para essa realização, foi utilizado um sistema para isolar

o gás e, assim, através de sua pressão, determinar o seu volume.

2. OBJETIVO

Determinar o volume do gás hidrogênio produzido quando uma

amostra de magnésio (Mg) reage com ácido clorídrico (HCl). Esse volume

será medido à temperatura ambiente e à pressão ambiente.

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3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA:3.1. Definição de gás e vapor

O vapor é a matéria no estado gasoso em equilíbrio com seu líquido ou solido

correspondente, estado esse que pode ser liquefeito com o aumento da

pressão ou a diminuição da temperatura. Um desses fatores separadamente

pode causar o efeito desejado. Já um gás é definido como uma substância

que se expande espontaneamente para preencher' completamente seu

recipiente de maneira uniforme. Três variáveis são especialmente usadas

para descrever o comportamento dos gases: volume (V), pressão (P) e

temperatura (T). A relação para essas variáveis é dada pela fórmula da

equação de Clapeyron.

3.2. Definição de pressão

Pressão é definida como a força por unidade de área, isto é, a força

total sobre a superfície dividida pela área desta superfície. A unidade de

pressão derivada SI é o pascal (Pa), que é um Newton de força por metro

quadrado de área (JOHN B. RUSSELL, 1982). Expresso algebricamente:

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1 Pa = 1Nm2

Se, por exemplo, um gás estiver em local fechado, suas moléculas em

movimento passam a exercer certa força sobre as paredes internas na

tentativa de escaparem, o que é chamado de pressão. Se uma força F

comprime uma superfície, estando distribuída sobre uma área A, a pressão P,

exercida pela força sobre essa superfície, é, por definição:

P=F / A

No estudo dos gases adota-se um modelo teórico, simples e que na

prática não existe, com comportamento aproximado ao dos gases reais. Essa

aproximação é cada vez melhor quanto menor for a pressão e maior a

temperatura. Esse modelo de gás é denominado de gás perfeito.

3.3. Lei de Dalton das pressões parciais

Em 1801, John Dalton, um professor inglês, observou "que gases diferentes em uma mistura pareciam exercer pressão" nas paredes do recipiente, independentemente um do outro. Assim, a pressão medida de uma mistura de gases é a soma das pressões que os gases exerceriam se cada um estivesse sozinho no recipiente (JOHN B. RUSSELL, 1982).

Lei de Dalton das Pressões Parciais: A lei de Dalton das pressões

parciais estabelece que a pressão total exercida por uma mistura de gases é

igual à soma das pressões parciais dos gases individuais (JOHN B.

RUSSELL, 1982).

Pressão Parcial é definida como a pressão que um gás exerceria se

ele fosse o único gás do recipiente. Como ilustração da lei de Dalton,

considere a mistura dos gases hidrogênio e hélio. O medidor de pressão

indica uma pressão total de 400 mmHg. Visto que cada gás exerce uma

pressão independentemente do outro, a pressão total, 400 mmHg, é igual à

soma da pressão pareia do hélio, 100 mmHg e a do hidrogênio, 300 mmHg

(JOHN B. RUSSELL, 1982).

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A lei de Dalton das pressões parciais é obedecida rigorosamente pela

maioria das misturas gasosas, desde que os gases não reajam (JOHN B.

RUSSELL, 1982).

3.4. Equação de Clapeyron:

O gás perfeito é um gás que obedece com exatidão matemática, à

equação do famoso cientista francês Paul E. Clapeyron, chamada de

equação de Clapeyron ou equação do gás ideal:

P .V=n .R .T

Onde:P = pressão;V = volume; n = nº de mols do gás;R = constante universal dos gases perfeitos;T = temperatura absoluta em Kelvin (K).

T = °C + 273,15

O número de mols (n) do gás é dado pela razão entre a massa do gás (m) e sua massa molar (M):

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4. MATERIAIS USADOS NO EXPERIEMENTO:

• Balança Analítica;

• Barômetro;

• Vidro de relógio

• Cuba;

• Erlenmeyer;

• Mangueira;

• Pipeta;

• Pipetador;

• Proveta;

• Papel laminado;

• Raspas de Magnésio;

• Régua de 30 cm;

• Solução de HCl 2,0M;

• Suporte;

• Termômetro;

• Becker;

• Rolha.

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5. METODOLOGIA5.1. Para a experiência de coleta de gases, foi usada a seguinte reação:

Mg + 2HCl → MgCl2 + H2

5.2. Pesou-se com a balança analítica uma quantidade de magnésio

equivalente a 0,131 g (no vidro de relógio);

5.3. Encheu-se mais da metade da cuba com água;

5.4. Encheu-se a proveta completamente com água. Tampou-a com papel

laminado e então, a mesma foi emborcada dentro da cuba

rapidamente, de maneira que sua boca ficasse imersa na água da

cuba, para, depois disso, retirar o papel laminado;

5.5. Pipetou-se 10 mL da solução de ácido clorídrico 2,0 M e o colocou no

erlenmeyer.

5.6. Montou-se um tubo em “U” com a mangueira conectada na saída do

erlenmeyer, por intermédio da rolha e o deixou com a outra

extremidade em contato com a água da proveta;

5.7. Transferiu-se a quantidade de magnésio anteriormente pesada do

vidro de relógio para o erlenmeyer.

5.8. Fechou-se a o erlenmeyer com a rolha, conectando-o assim ao tubo

em “U”;

5.9. Depois que a reação foi cessada, esperou-se certo intervalo de tempo

para deixar o erlenmeyer esfriar, já que esta reação é extremamente

exotérmica;

5.10. Logo em seguida, observou-se que o gás hidrogênio foi formado a

partir do contato do ácido clorídrico com o magnésio;

5.11. O gás hidrogênio formado na reação foi transferido, através do tubo em

“U”, do erlenmeyer para a proveta, criando assim, uma coluna de gás

exercendo pressão sobre a água da proveta;

5.12. Mediu-se a altura da coluna d’água (12,8 cm).

6. RESULTADOS:

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Massa do magnésio (g)

Temperatura ambiente (°C)

Pressão ambiente (mmHg)

Volume de gás hidrogênio (mL)

Altura da coluna d’água

(cm)0,131 25 714 141 12,8

Para determinar o volume do gás hidrogênio, fez-se necessário alguns dados

iniciais. São eles:

T = °C + 273,15 = 25 + 273,15 = 298,15 K

h (altura) =12,8cm → 0,128m

Pvágua (pressão vapor d’água) = 23,8 mmHg → 3 173,016 Pa

Patm (pressão atmosférica no local do experimento) = 714mmHg → 95 190,48 Pa

Dágua (densidade da água) = 0,9957 g/ml → 995,7 Kg/m3

g (gravidade) = 10m/s2

Calculou-se o número de mols de magnésio (Mg):

1mol ------------ 24,3g (Mg)

X ----------------- 0,131g (Mg) utilizados no experimento

Logo, X = 0,0054 mols.

Calculou-se o número de mols de gás hidrogênio formado na reação:

Como a estequiometria da reação é de um para um com relação ao magnésio e ao

gás hidrogênio, temos que o número de mols desse gás é, também, 0,0054 mols.

Calculou-se a pressão exercida pela coluna d’água (Ph) :

Ph=Dágua .g .h Ph= 995,7 x 10 x 0,128

Depois calculou-se a pressão do gás hidrogênio (Pgás):

Patm=Pgás+Pvágua+Ph

95 190,48 = Pgás + 3 559,644 + 1 223,3

Transformando a pressão atmosférica local para atm:

Ph= 1 223,30 Pa

Pgás= 90 407,54 Pa

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1 atm --------- 760 mmHg

X -------------- 714 mmHg

X = 0,9395 atm

Por fim, calculou-se então o volume do gás hidrogênio, através da equação de

Clapeyron:

V = n . R .T /p

V = (0,0054 x 0,082 x 298,15) / 0,9395

Digite aequação aqui .

OBS.: Se o experimento fosse realizado às condições normais de temperatura e

pressão (CNTP), teríamos este resultado:

V = n . R .T /p

V = (0,0054 x 0,082 x 273,15) / 1,0

OBS.: A pressão atmosférica usada nos cálculos acima foi a de 1 atm (760 mmHg),

pressão atmosférica ao nível do mar.

7. CONCLUSÃO

V = 0,141L

V = 0,121L

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Através desse experimento, foi possível perceber a importância dessa técnica para

isolar o gás liberado de uma certa reação química e assim, calcular seu volume.

Com o ácido clorídrico (2M), a reação ocorreu de forma rápida, observando também,

a importância da estequiometria da reação e da concentração dos reagentes como

influenciadores da velocidade da reação.

8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS RUSSEL, J.B., Química Geral, São Paulo, Ed. McGraw-Hill do Brasil Ltda., 2a

edição, 1982, 163-191p.

BROWN, T. L.; LEMAY, H. E.; BURSTEN, B. E., Química A Ciência Central,

São Paulo, Pearson Prentice Hall, 9º edição, 2005.

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ANEXOS:

TABELA 1 – Conversão de unidades

Tabela de Conversão

1mmHG 133,32 Pa

1g/ml 1000kg/m3

TABELA 2– Pressão de vapor de água (PvH2O) em mmHg à temperatura T (°C) T(°C) PvH2O   T(°C) PvH2O

20 17,5   25 23,821 18,6   26 25,222 19,8   27 26,623 21,1   28 28,324 22,4   29 30,0      30 31,8