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Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Físico-química Experimental I
Sistemas Ternários
Letícia Zielinski
Nicolas Polly
Professor: Anderson Joel S.
05 de Agosto de 2023
Resumo:
Neste experimento foi traçado o diagrama de fases de um sistema ternário composto por
ácido acético (AC), água (A) e tolueno (T) e determinado a linha de união entre as fases
conjugadas da região de imiscibilidade. Foram preparadas 10 soluções com 2 dos
componentes (6 compostas por AC/T e 4 por AC/A) e adicionou-se o terceiro até a turvação
do sistema, indicando a entrada do sistema na região bifásica. Os volumes foram anotados e
convertidos para frações mássicas. No gráfico ternário, traçamos a linha que delimita a região
de imiscibilidade. 3 sistemas A, B e C com diferentes proporções dos componentes foram
utilizados para traçar as linhas de junção a fim de determinar o ponto delta do gráfico.
CÁLCULOS E RESULTADOS
A primeira parte do experimento consiste em colher dados que nos permitam traçar
a curva de miscibilidade parcial. Estes pontos foram obtidos partindo de seis soluções de
ácido acético e tolueno, soluções essas monofásicas, em diferentes quantidades. Em seguida,
preparamos quatro soluções de ácido acético e água, que também formam soluções binárias
monofásicas. Nos sistemas foram adicionados um terceiro componente que estava faltando
em e os resultados estão representados na Tabela 1.
Tabela 1 - Volumes Adicionados de cada Componente ao Sistema
SISTEMA VOLUMES
CH3COOH C7H8 H2O
1 3,00 30,00 0,20
2 9,00 24,00 0,40
3 12,50 20,50 0,60
4 18,50 13,50 1,00
5 22,50 8,50 2,4
6 25,50 5,00 4,00
7 3,00 0,2 27,50
8 9,00 0,3 21,20
9 13,50 0,4 16,50
10 18,50 0,9 12,00
A massa específica do tolueno e do ácido acético foram calculadas pela seguinte equação:
(1)
Onde e são parâmetros da equação, é a densidade na temperatura T0 (igual a
293K) e T=297K (temperatura medida na hora do experimento). Os valores de , e
,que são encontrados na literatura[1].
Para o ácido acético temos:
ρ = 1, 0724 − 1, 1229(20, 2 − 0) * 10−3 + 0, 0058(20, 2 − 0)2 * 10−6
ρ = 1, 04974
Para o tolueno temos:
ρ = 0, 88412 − 0, 92248(20, 2 − 0) * 10−3 + 0, 0152(20, 2 − 0)2 * 10−6
ρ = 0, 86555
A densidade da água na temperatura da análise foi determinada pelo gráfico
disponível no laboratório a uma temperatura de 20,2 °C obtendo-se o valor de 0,99815.
De posse dos volumes e densidades, podemos calcular as massas dos compostos nas
diversas soluções pela seguinte relação:
(2)𝑚 = 𝑣 × ρ
Sendo m a massa, v o volume e ρ a densidade na temperatura do experimento, obtemos os
valores de massas de cada componente para os 10 sistemas trabalhados. Calcula-se, então, a
fração mássica de cada componente na mistura. Tantos os valores de massa como de fração
mássica obtidos estão dispostos na tabela 2.
Tabela 2 - Massas e Frações Mássicas de Cada Componente do Sistema
Sistema Massas (g) Fração Mássica (%)
CH3COOH C7H8 H2O CH3COOH C7H8 H2O
1 3,149 25,966 0,200 10,74 88,58 0,68
2 9,448 20,773 0,399 30,85 67,84 1,30
3 13,122 17,744 0,599 41,70 56,39 1,90
4 19,420 11,685 0,988 60,49 36,40 3,11
5 23,619 7,357 2,396 70,78 22,05 7,18
6 26,768 4,328 3,993 76,29 12,33 11,38
7 3,149 0,173 27,449 10,23 0,56 89,20
8 9,448 0,260 21,161 30,61 0,84 68,55
9 14,172 0,346 16,469 45,73 1,12 53,15
10 19,420 0,779 11,978 60,35 2,42 37,22
Com as frações mássicas foi plotado a região de imiscibilidade do gráfico de sistemas
ternários para o ácido acético, água e tolueno.
Para determinar o ponto delta, utilizamos 3 soluções A, B e C, preparadas em relação
de volumes segundo a tabela 3.
Tabela 3 - Sistemas A, B e C em Quantidades de Volume
Amostra Ácido Acético Tolueno Água
A 10 45 45
B 20 45 35
C 30 45 25
Foram pesadas as massas dos erlenmeyer antes e após a transferência de 5 mL de cada
uma das fases (superior e inferior). As massas das amostras foram determinadas por
diferença, e os valores estão na tabela 4.
Tabela 4 - Massas Obtidas e Massa da Amostra
Amostra Massa do Frasco (g) Massa do Frasco +
amostra (g)
Massa da Amostra
(g)
A superior 125,8815 130,2090 4,3275
B superior 145,4549 149,7386 4,2837
C superior 142,4207 146,8172 4,3965
A inferior 134,4557 139,5740 5,1183
B inferior 74,7238 79,9425 5,2187
C inferior 95,1865 100,4679 5,2814
As amostras foram tituladas com NaOH 0,0504 g CH3COOH / mL NaOH para as
frações superiores e com NaOH 0,0572 g CH3COOH / mL NaOH para as frações inferiores.
Por se tratar de uma reação 1:1, o título da solução já foi fornecido com relação à massa de
ácido acético. Assim, calculamos a massa do ácido na amostra e a sua fração mássica pelas
fórmulas 3 e 4, os resultados estão dispostos na tabela 5 e 6.
(3)𝑚 = 𝑣×𝑐 
Onde m é a massa de ácido acético, v o volume de NaOH gasto na titulação e c o
título do NaOH utilizado em gramas de CH3COOH por mL.
CH3COOH (%) = m CH3COOH / m amostra. (4)
Onde CH3COOH é a fração mássica a ser determinada, m é a massa de CH3COOH e
m amostra é a massa da amostra.
Tabela 5 - Resultados das Massas e das Frações Mássicas do Ácido Acético na Fase Superior
Amostra Massa da
Amostra (g)
NaOH (mL) CH3COOH (g) CH3COOH (%)
A 4,3275 1,5 0,0756 1,47
B 4,2837 5,2 0,2621 5,02
C 4,3965 12,7 0,6401 12,12
Tabela 6 - Resultados das Massas e das Frações Mássicas do Ácido Acético na Fase
Inferiores
Amostra Massa da
Amostra (g)
NaOH (mL) CH3COOH (g) CH3COOH (%)
A 5,1183 16,0 0,9152 21,15
B 5,2187 32,4 1,8533 43,26
C 5,2814 47,8 2,7342 62,19
Sabendo que a densidade da água é maior que a do tolueno, sabemos que a fase
inferior é a fase conjugada com maior concentração de água e a superior, de tolueno. Este
dado é importante para saber de qual lado da curva de imiscibilidade a fase se encontra.
Pela fração mássica de ácido acético que foi determinado, sabemos em que altura da
curva o ponto que representa a fase se encontra. E por se tratar de um sistema de fases
conjugadas é imprescindível que este ponto esteja sobre a reta. Assim, podemos determinar
os pontos que representam as frações mássicas no gráfico de sistemas ternários para cada
fase.
Marcando todos os pontos e prolongado a linha que une as fases superior e inferior de
cada um dos sistemas A, B e C, determinamos o ponto delta deste sistema ternário, sendo que
o gráfico obtido encontra-se em anexo.
DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
Como não existe gráficos tabelados de sistemas ternários, apenas referências na
literatura não é possível realizar uma comparação estatística sobre os dados obtidos. Além
disso, o gráfico determinado depende da temperatura e pressão em que é realizado e por mais
que tenhamos anotado o valor deste, não foi utilizado um controlador de temperatura para
manter a temperatura do sistema constante. Entretanto, o gráfico obtido apresenta grande
similaridade com os gráficos encontrados na literatura.
QUESTÃO PROBLEMA
Marcamos o ponto que representa no gráfico o sistema fornecido de 45% H2O, 20%
tolueno e 35% ácido acético, chamando de ponto P. Traçando uma linha entre este ponto e o
ponto delta, e prolongamos até cruzar os dois lados da região de imiscibilidade, estes pontos
de cruzamento representam as fases formadas.
No qual obtivemos as seguintes composições mássicas (Tabela 7).
Tabela 7 - Resultados das composições mássicas do ponto 45% H2O; 20% tolueno e 35%
ácido acético.
Pontos Ácido acético (%) Tolueno (%) Água (%)
Ponto α 42,5 1,0 56,5
Ponto β 5 94,75 0,25
REFERÊNCIA
[1] International Critical Tables of Numerical Data Physics, Chemistry and Technology, vol.
III – 27 a 30.