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
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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:
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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.
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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
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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
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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]
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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.
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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.
.
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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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