Relatorio Nº8

Relatório de Físico-Química ExperimentalProfº: MSc. Francisco Alexandre de Melo Castro

Distribuição de uma Substância

Entre Dois Líquidos Imiscíveis

Matson Edwards Pereira UC09037383

Verônica dos Santos Pontes UC10074807

Data da aula experimental: 30/09/2013

Data da entrega do relatório: 07/10/2013

Físico-Química Experimental 2° semestre /2013


1. INTRODUÇÃO

Em muitas situações, temos misturas de substâncias, formando sistemas, que

podem ser homogêneos ou heterogêneos, dependendo da interação existente entre

estas substâncias, além de fatores como pressão, temperatura e composição destes

sistemas. A interação entre as substâncias, associada à temperatura, determina a

solubilidade de uma substância em outra, que pode ser total ou apenas parcial.

A solubilidade de um soluto é a massa do soluto que pode ser dissolvida

numa certa quantidade de solvente a uma determinada temperatura. Essa

solubilidade é determinada principalmente pela interação entre um soluto e um

solvente. Assim, caracteriza-se como solubilidade a capacidade que um

determinado soluto tem de se dissolver em outro, conforme a temperatura e a

quantidade de solvente disponível (ou, ao mesmo tempo, a quantidade de soluto

presente na solução). Para os líquidos, utiliza-se também o termo miscibilidade, que

caracteriza a capacidade que uma substância líquida tem de se misturar, formando

um sistema homogêneo, ou se dissolver em outro líquido. Neste caso, geralmente

considera-se a miscibilidade como uma propriedade mútua entre os dois líquidos do

sistema.

Uma propriedade advinda da formação de soluções está na partição de um

soluto entre dois líquidos imiscíveis. Esta situação pode ser utilizada para determinar

a variação do potencial químico. Neste tipo de sistema, atinge-se, após a devida

agitação e mantidas constantes as condições de temperatura e pressão, o equilíbrio

entre uma substância, o soluto, distribuída entre duas fases μsoluto(fase1) =

μsoluto(fase2). Esse tratamento origina a “Lei de Distribuição de Nernst”, a qual,

entre outros aspectos, prevê e possibilita quantificar o grau de associação de

moléculas do soluto em um dos solventes empregados.

Pode-se ilustrar a distribuição do soluto entre dois líquidos imiscíveis,

considerando se uma mistura de dois líquidos, A e B (cuja solubilidade mútua é ou

pode ser considerada desprezível), à qual se adiciona o soluto S, isto é:

S(fase A) S(fase B)

A constante de equilíbrio pode ser escrita da seguinte forma:



K=aS [ faseB ]aS [Fase A ]

Onde K é o coeficiente de partição do composto analisado; as representa a atividade

do soluto em uma dada fase; [fase B] a concentração do composto na fase orgânica

nas condições de equilíbrio; [fase A] a concentração da substância na fase aquosa

nas condições de equilíbrio. Contudo, esta expressão é válida apenas para soluções

diluídas.

Para o caso de as moléculas do soluto sofrerem algum tipo de associação em

um dos solventes, por exemplo dimerização (o solvente A, por conveniência da

demonstração que se segue), a representação da transformação passa a ser:

Sn(fase A) nS(fase B)

Levando à constante de equilíbrio da seguinte forma:

K=[ fase B ]n

[Fase A ]

Utilizando-se devidamente esta equação na forma logarítmica:

lnCS (Fase A )=−ln K+n ∙ lnCS(FaseB)

O valor da constante de equilíbrio/coeficiente de partição K poderá ser obtido

a partir do coeficiente linear, e o do grau de associação n, a partir do coeficiente

angular da reta gerada ao se plotar o logaritmo da concentração do soluto em uma

fase, contra o logaritmo da concentração do mesmo soluto na outra fase, em

equilíbrio com a primeira.



2. OBJETIVOS

Determinar a partição do ácido benzóico entre água e ciclohexano e estimar o

grau de associação molecular deste ácido na fase orgânica.

3. MATERIAIS E REAGENTES

6 funis de separação

2 buretas

Proveta

Pipeta de 25mL

12 béquers

12 erlenmeyers

Ácido benzóico

Ciclohexano

Água destilada

Solução 0,025 mol NaOH

Solução alcoólica de

fenolftaleína

4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

Foram colocados em seis funis de separação limpos, secos e numerados 25

mL de água destilada e 25 mL de ciclohexano. Em seguida adicionou-se

respectivamente cerca de 0,05; 0,10; 0,15; 0,20; 0,25 e 0,30 g de ácido benzóico

nos funis numerados e estes foram agitados por um tempo aproximado de cinco

minutos, tomando-se as precauções necessárias para que o sistema não aquecesse

por consequência do contato com as mãos.

Os funis foram deixados em repouso até a completa separação das fases.

Logo após, transferiu-se a camada líquida inferior, fase aquosa, de cada funil para

um béquer, desprezando-se a mistura da zona da interface e conservando-se a fase

orgânica do funil.

Com o auxílio de uma pipeta, transferiu-se uma alíquota de 5 mL da fase

aquosa de cada béquer para 6 erlenmeyers devidamente rotulados e adicionou-se

em cada um deles 25 mL de água destilada e três gotas de fenolftaleína. Cada uma

das soluções foi titulada utilizando a solução 0,025 mol/L, anotando-se o volume



necessário para atingir o ponto de viragem. Em seguida, os mesmos procedimentos

foram adotados com a fase orgânica reservada nos funis de separação inicialmente.

.

5. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Os dados obtidos experimentalmente foram organizados na tabela abaixo.

Tabela 1 - Dados obtdos em laboratório

FASE AQUOSA (A) FASE ORGÂNICA

(B)

Soluçã

o

Massa de

Ácido

Benzóico

(g)

Volume

de

NaOH

(mL)

CA (mol/L)

Ácido

Benzóico

Volume

de

NaOH

(mL)

CB (mol/L)

Ácido

Benzóico

ln CA ln CB

1 0,05 1,2 7,69 x 10-1 0,4 2,56 x 10-1 -0,263 -1,362

2 0,10 1,8 5,72 x 10-1 1,2 3,81 x 10-1 -0,559 -0,964

3 0,15 2,4 5,08 x 10-1 1,3 2,75 x 10-1 -0,677 -1,291

4 0,20 2,7 4,30 x 10-1 2,5 3,99 x 10-1 -0,844 -0,919

5 0,25 3,1 3,95 x 10-1 3,4 4,32 x 10-1 -0,929 -0,839

6 0,30 3,4 3,60 x 10-1 3,8 4,02 x 10-1 -1,021 -0,911

O cálculo das concentrações de ácido benzóico em cada uma das fases foi

baseado em sua reação de neutralização com o hidróxido de sódio. Abaixo a reação

química:

A reação tem proporção de 1:1, ou seja, para cada mol de ácido benzóico, é

necessário um mol de base para que aconteça a neutralização. Dessa forma, no

ponto de viragem da solução, tem-se:

nácido=nbase



M ácido×V ácido=M base×V base

M ácido=M base×V baseV ácido

M ácido=M base×V basemassadeác .

densidad edo ác .

M ácido=M base×V base×densidadedoác .

massadeác .

Dessa forma, foi possível calcular as concentrações de ácido benzóico em

cada fase, utilizando o valor de 1270 g/L para a densidade do ácido benzóico. Com

os valores de concentração foi possível construir um gráfico relacionando lnCA X

lnCB,. Segue abaixo o gráfico:

-1,1 -1,0 -0,9 -0,8 -0,7 -0,6 -0,5 -0,4 -0,3 -0,2

-1,4

-1,3

-1,2

-1,1

-1,0

-0,9

-0,8

ln C

B

ln CA

ln CB

Para os cálculos dos valores dos coeficientes de partição, utilizou-se a

seguinte expressão:

K=[CB][C A]



onde [CB] representa a concentração de ácido benzóico na fase orgânica e [CA] a

concentração do ácido benzóico na fase aquosa. Os valores de K foram organizados

na tabela abaixo:

Tabela 2 - Valores dos coeficientes de partição

Solução Valor de K

1 0,333

2 0,666

3 0,054

4 0,928

5 1,093

6 1,117

Para os valores de n, foi utilizada a seguinte expressão, e os valores

encontrados foram organizados na tabela a seguir:

lnC A=−ln K+n ∙ lnC B

Tabela 3 - Valores de n

Solução Valor de n

1 1,000

2 1,001

3 1,778

4 0,999

5 1,001

6 0,999

Observando-se os dados obtidos, é possível concluir que há maior afinidade

do ácido benzóico com a fase orgânica. Isso acontece devido ao ciclohexano não

oferecer nenhuma interação molecular com o ácido benzóico, enquanto que, na fase

aquosa, ocorrem interações do tipo ligações de hidrogênio, o que dificulta a

formação de dímeros de ácido benzóico. Por isto observou-se maior concentração

de soluto na fase orgânica, e menor na fase aquosa.



6. PERGUNTAS REFERENTES A PRÁTICA

1) Por que antes da titulação se adiciona água às alíquotas a serem tituladas?

Ao adicionar a água na fase orgânica aumentará o volume da solução,

facilitando assim a análise do ponto de viragem durante a titulação, diluindo mais a

solução. Já adicionar água à fase aquosa fará com que ocorra um aumento na

diluição do soluto.

2) Interpretar o valor do coeficiente angular n encontrado, considerando uma

eventual associação das moléculas do ácido benzóico na fase orgânica.

O valor do coeficiente angular n encontrado é o grau de associação do soluto

(no caso ácido benzóico). O valor encontrado é relacionado com a formação dos

dímeros de ácido benzóico na fase orgânica (hexano) devido à grande interação das

forças intermoleculares entre as moléculas de soluto, assim, não há formação ou há

somente pequena formação dos dímeros do ácido em fase aquosa devido a grandes

forças intermoleculares entre a água e o ácido (ligações de hidrogênio) interferindo

na formação do dímero (que ocorre na fase orgânica devido à baixa interação do

cilclohexano com o ácido benzóico e ligações de pontes de hidrogênio entre as

moléculas do ácido). Então pode-se perceber que um maior valor do grau de

associação do soluto significa uma alta formação de dímeros encontrados na fase

orgânica.

7. CONCLUSÃO

O coeficiente de partição fornece a relação entre as solubilidades da

substância nos dois solventes (fase aquosa sobre a fase orgânica), no equilíbrio,

observou-se que houve maior solubilidade do ácido benzóico na fase orgânica. No

experimento demonstrado, o resultado ficou dentro do esperado, já que a

solubilidade do ácido benzóico deve ocorrer mais na fase orgânica e menos na

aquosa. Pode-se dizer que o grau de associação demonstrou-se dentro do

esperado, pois houve maior associação de partículas de ácido benzóico com a fase

orgânica.

.



8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. ATKINS, P., PAULA J., Físico Química – vol. 1, Livros Técnicos e

Científicos, Rio de Janeiro (1999)

2. CASTELLAN, G. W. Fundamentos de Físico-Química. 1ª ed. Rio de

Janeiro: LTC, 2008.

3. ALCÂNTARA, Robério M., Apostila de Físico Química Experiemental.

Curso de Química da Universidade Católica de Brasília, 2º semestre de

2009.


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