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Nome: Duan Rosas, Mateus Verçosa e Vanessa Silva Data: 5 de Julho de 2024 Professor: Elson Souza TÍTULO CALOR DE DISSOLUÇÃO RESUMO O ácido benzoico (C6H5COOH) é um composto orgânico sólido cristalino e é amplamente utilizado como conservante de alimentos, além de ter várias outras aplicações industriais. A entalpia de dissolução do ácido benzoico é a quantidade de calor liberada ou absorvida durante o processo de dissolução do ácido benzoico em água. O presente relatório teve como o objetivo avaliar a entalpia de reação de dissolução do ácido benzoico em diferentes temperaturas, sendo 25°C, 30°C e 45°C. Com isso, constatou-se que a temperatura estimula a dissolução do ácido benzóico na água, quebrando suas ligações. As concentrações para as amostras foram calculadas para dissolução para cada uma das temperaturas, apresentando concentrações de 0,034375, 0,04237 e 0,05750 respectivamente, além de sua massa, que apresentou 0,4197 g, 0,5174 g e 0,7022 g respectivamente. A entalpia de dissolução encontrada foi de 20,2474 KJ/mol. INTRODUÇÃO Na termodinâmica e físico-química, a termoquímica, também chamada de termodinâmica química, é o ramo da química que estuda o calor (energia) envolvido, seja absorvido, seja produzido, nas reações químicas e quaisquer transformações físicas, tais como a fusão e a ebulição, baseando-se em princípios da termodinâmica (Castelan, 2008). Dessa forma, a termoquímica é importante porque nos permite entender e manipular a energia envolvida em reações químicas e mudanças de estado, com base nisso, podemos estudar muitas propriedades relevantes para a termoquímica, como por exemplo, o calor de dissolução. O calor de dissolução é a variação de entalpia observada na dissolução de 1 mol da substância (soluto) em solvente suficiente para se considerar a solução como diluída (Atkins, 2006). Isso implica que a quantidade de solvente é tão grande que a adição de mais solvente não altera significativamente o estado térmico do sistema. Dessa forma, o calor total de uma determinada mistura pode ser verificado experimentalmente e a variação de entalpia no processo de dissolução de um soluto para compor uma solução saturada é: Quando a solubilidade de uma substância é medida em duas temperaturas diferentes, o calor de dissolução pode ser calculado usando uma equação específica. Para se ter o resultado mais preciso basta criar um gráfico que relacione o logaritmo da solubilidade com várias temperaturas. O gráfico irá formar uma linha reta e o coeficiente angular permite calcular o calor de dissolução de maneira mais fácil e precisa. OBJETIVO Determinar o calor de dissolução do ácido benzóico a partir das medidas de sua solubilidade em solução aquosa a diferentes temperaturas. PARTE EXPERIMENTAL Materiais e reagentes – vide roteiro da aula prática 4, pag. 12. Procedimentos – vide roteiro da aula prática 3 pg. 4 e 12. RESULTADOS E DISCUSSÃO Alíquotas da solução de ácido benzóico foram retiradas, sob a temperatura ambiente (25°C). A alíquota foi titulada com a solução de NaOH a 0,05 mol L-1, onde o ponto de virada foi alcançado após a adição de alguns ml de solução, apresentando como resultado uma coloração de tom rosa, indicando que o meio reacional se encontra básico. O tom rosado se deve a presença do indicador de pH utilizado, Fenolftaleína, onde em soluções ácidas é incolor, e em soluções básicas apresenta a coloração rosa. Yapes (2016) explica que, quanto mais intensa for a cor, maior o pH do meio, e neste caso, a cor foi menos intensa, indicando que o pH do meio encontra-se em torno de 8 e 9. A titulação foi feita em duplicata, e o volume de NaOH necessário para atingir o ponto de virada da amostra foram próximos. Os dados coletados podem ser observados através da Tabela 1. Tabela 1 – Dados da titulação do ácido benzóico a 25°C com a solução de NaOH a 0,05 mol/L. 25°C – NaOH 0,05 mol L-1 - Amostra 1 Amostra 2 Média ml NaOH 14 13,5 13,75 Fonte: Os autores, 2024. Através dos dados da Tabela 1, foi possível calcular a concentração de ácido benzoico presente na alíquota titulada, logo: 𝐶1𝑥𝑉1 = 𝐶2𝑥𝑉2 𝐶1𝑥20𝑚𝑙 = 0,05𝑥13,75 𝐶1 = 0,6875 20 = 𝟎, 𝟎𝟑𝟒𝟑𝟕𝟓 𝒎𝒐𝒍 𝑳 Portanto, para calcular a massa presente na alíquota, temos: 𝐶 = 𝑀 𝑀𝑀𝑥𝑉 , 𝑒𝑛𝑡ã𝑜 𝑀𝑀𝑥𝑉𝑥𝐶 = 𝑀 122,12𝑥0,1𝑥0,034375 = 𝑀 𝑀 = 𝟎, 𝟒𝟏𝟗𝟕𝒈 𝑜𝑢 𝟒, 𝟏𝟗𝟕𝒙𝟏𝟎−𝟏𝒈 Contudo, a amostra inicial de ácido benzóico apresentava 2g, já a alíquota retirada da amostra apresentou apenas 4,045x10-1g, indicando que o ácido benzóico foi pouco solúvel em temperatura ambiente (25°C). O mesmo procedimento foi utilizado, com os mesmos padrões de ácido benzóico, porém, a temperatura da amostra foi elevada para 35°C. Os dados coletados da titulação em duplicata do ácido benzóico com NaOH a 0,05 mol L-1 podem ser observados através da Tabela 2. Tabela 2 – Dados da titulação do ácido benzóico a 35°C com a solução de NaOH a 0,05 mol/L. 35°C – NaOH 0,05 mol L-1 - Amostra 1 Amostra 2 Média ml NaOH 17 16,9 16,95 Fonte: Os autores, 2024. A concentração do ácido benzóico com o aumento da temperatura (35°C): 𝐶1𝑥𝑉1 = 𝐶2𝑥𝑉2 𝐶1𝑥20𝑚𝑙 = 0,05𝑥16,95 𝐶1 = 0,8475 20 = 𝟎, 𝟎𝟒𝟐𝟑𝟕 𝒎𝒐𝒍 𝑳 a massa presente na alíquota é de: 𝐶 = 𝑀 𝑀𝑀𝑥𝑉 , 𝑒𝑛𝑡ã𝑜 𝑀𝑀𝑥𝑉𝑥𝐶 = 𝑀 122,12𝑥0,1𝑥0,04237 = 𝑀 𝑀 = 𝟎, 𝟓𝟏𝟕𝟒𝒈 𝑜𝑢 𝟓, 𝟏𝟕𝟒𝒙𝟏𝟎−𝟏𝒈 A diferença da solubilidade do ácido benzóico em temperatura elevada (35°C), para a solubilidade em temperatura ambiente (25°C), foi pequena. O mesmo procedimento também foi feito elevando ainda mais a temperatura (45°C). Os dados coletados da titulação da alíquota de ácido benzóico com a solução de NaOH a 0,1 mol L-1 podem ser observados através da Tabela 3. Tabela 3 – Dados da titulação do ácido benzóico a 45°C com a solução de NaOH a 0,1 mol L-1. 45°C – NaOH 0,1 mol L-1 - Amostra 1 Amostra 2 Média ml NaOH 11,7 11,3 11,5 Fonte: Os autores, 2024. A concentração do ácido benzóico com o aumento da temperatura (45°C): 𝐶1𝑥𝑉1 = 𝐶2𝑥𝑉2 𝐶1𝑥20𝑚𝑙 = 0,1𝑥11,5 𝐶1 = 1,15 20 = 𝟎, 𝟎𝟓𝟕𝟓𝟎 𝒎𝒐𝒍 𝑳 a massa presente na alíquota é de: 𝐶 = 𝑀 𝑀𝑀𝑥𝑉 , 𝑒𝑛𝑡ã𝑜 𝑀𝑀𝑥𝑉𝑥𝐶 = 𝑀 122,12𝑥0,1𝑥0,05750 = 𝑀 𝑀 = 𝟎, 𝟕𝟎𝟐𝟐𝒈 𝑜𝑢 𝟕, 𝟎𝟐𝟐𝒙𝟏𝟎−𝟏𝒈 A solubilidade do ácido benzóico a 45°C não apresentou uma diferença grotesca em relação aos testes anteriores, com temperaturas mais baixas, porém, apresentou um desempenho considerável em relação aos demais. O volume necessário para titular a alíquota neste teste, foi inferior comparado aos testes anteriores, isso se deve a concentração da solução de NaOH utilizada, que é maior. Oliveira e Reis (2017) explica que o ácido benzóico é um sólido cristalino facilmente solúvel em solventes polares, no caso a água, e que esse processo pode ser acelerado através da temperatura. Tal fato é confirmado na prática, uma vez que, ao aumentar a temperatura, a massa presente na alíquota de ácido benzóico ia aumentando. Outra confirmação se dá através dos cálculos utilizados para encontrar a massa e a concentração presente na amostra de ácido benzóico, nas diferentes temperaturas, reforçada na Tabela 4. Com isso, foi possível encontrar a inclinação da reta (Figura 1), e calcular o ΔHdisso das amostras, que também podem ser observadas através da Tabela 4. Tabela 4 – Tabela apresentando a solubilidade em diferentes temperaturas, inclinação da reta e o valor encontrado para ΔHdisso. T°K Solub. 1/T (K^-1) Ln Solub. Inclinação ΔHdisso 298,15 0,4197 3,35E-03 -0,8682 -2435,2 20,2474 308,15 0,5174 3,25E-03 -0,6589 318,15 0,7022 3,14E-03 -0,3535 Fonte: Os autores, 2024. Figura 1 – Inclinação gerada através da dissolução do ácido benzóico em diferentes temperaturas. Fonte: Os autores, 2024.CONCLUSÃO A dissolução dele pode ser mais eficaz em diferentes temperaturas elevadas, sendo confirmadas através da massa presente em cada alíquota em diferentes temperaturas. O resultado para o ΔHdisso foi de 20,2474 KJ/mol, além disso, a reação se trata de uma reação endotérmica, ou seja, absorve o calor do ambiente, o que explica o baixo valor de entalpia encontrado no experimento. REFERENCIAS Atkins, P. W.; JONES, L. Princípios de Química. 3ª edição. Editora Bookman. São Paulo, 2006 Castelan, G. W. 2008, Fundamentos de Físico-Química, Editora LTC, Rio de Janeiro. OLIVEIRA, P. H. R.; REIS, R. R.; ACID, Benzoic. Ácido Benzóico (CAS 65-85-0). Revista virtual de química, v. 9, n. 6, p. 2673-2687, 2017. UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ. Calor de dissolução. Relatório de Físico-Química Experimental – 518/03