64ª Reunião Anual da SBPC

A. Ciências Exatas e da Terra - 4. Química - 1. Físico-Química

DIAGRAMA DE FASES A PARTIR DA DETERMINAÇÃO DE PONTOS DE MISCIBILIDADE EM SISTEMA BIFÁSICO FENOL-ÁGUA

Haroldo Araripe Carvalho de Alencar 1 Ericson André de Sousa Monteiro 1 José Machado Moita Neto 2 Francisco Carlos Marques da Silva 3

1. Graduando - Departamento de Química - Universidade Federal do Piauí 2. Prof. Dr. - Departamento de Química - Universidade Federal do Piauí 3. Prof. Dr./Orientador - Departamento de Química - Universidade Federal do Piauí

INTRODUÇÃO:

Uma fase de uma substância é uma forma de matéria que é uniforme em toda a composição química e estado físico (Barrow, 1975; Castellan, 2001). Segundo Atkins et al (2011), podemos encontrar as posições precisas das curvas de equilíbrio em um diagrama de fases para um componente puro ou misturas usando o fato de que, quando duas fases estão em equilíbrio, seus potenciais químicos têm de ser iguais. A regra das fases é uma regra útil que foi derivada por Gibbs e é dada pela equação: f=c-p+2. Onde c é o número de componentes e p é o número de fases presentes no sistema. O termo graus de liberdade, f, dá o número de variáveis intensivas que podem mudar independentemente, sem perturbar o número de fases em equilíbrio. Os líquidos parcialmente miscíveis formam soluções cujo comportamento se afasta bastante do ideal (Castellan, 2001). Considerando os diagramas temperatura-composição para sistemas que consistem em pares de líquidos parcialmente miscíveis, que são líquidos que não se misturam em todas as proporções em todas as temperaturas (Atkins et al, 2011). O objetivo deste trabalho foi buscar na experimentação uma melhor visualização de temas abordados na físico-química que são apresentados de forma estritamente descritiva.

METODOLOGIA:

Utilizou-se um sistema binário contendo fenol e água para obtenção dos pontos experimentais para construção do gráfico Temperatura x %m/m Fenol. Os materiais utilizados foram: béquer 500mL (Deltex), erlenmeyer 125mL (Deltex), pipetas graduadas 10mL (Bomex), tubos de ensaio, termômetros e manta aquecedora. Separou-se os tubos em três grupos: I) massa fixa de fenol equivalente a 7,065g, onde ao tubo foi adicionado, posterior a cada aferição de temperatura de miscibilidade, respectivamente, 3,998g; 4,995g; 7,996g e 11,994g de água destilada; II) massa fixa de fenol equivalente a 3,585g, e, respectivamente, adicionou-se ao tubo 7,497g; 8,993g; 11,994g; 14,995g e 17,996g de água destilada; III) massa fixa de fenol equivalente a 1,687g, e, respectivamente, 12,462g; 16,461g; 22,462g e 29,461g de água destilada foi adicionada ao tubo. Cada procedimento foi numerado de 1 a 13 para melhor organização dos resultados. Utilizou-se dois termômetros, um medindo a temperatura fora do sistema fenol-água e outro mantido dentro do referido sistema. Essas misturas foram levadas a aquecimento, sob agitação, até tornarem-se homogêneas. Observou-se a temperatura em que o sistema ficou homogêneo e anotou-se essa temperatura.

RESULTADOS:

Uma vez que o fenol utilizado não apresentava grau de pureza dentro do que se poderia considerar aceitável e sabendo que a solubilidade máxima de água no fenol é de 28,72%, realizou-se cálculos para obtenção da real quantidade de fenol na amostra que foi retirada para o experimento, como também cálculos considerando a porcentagem de água no fenol sendo de 5%, 10%, 15%, 20% e 25%. Esses cálculos são necessários, pois não se sabe ao certo quanto de água está presente no fenol utilizado. A fração mássica de fenol (%m/m) em cada mistura e a temperatura (ºC) em que cada sistema passou a apresentar homogeneidade são, respectivamente, 71,3 e 38,5; 66,5 e 49,5; 55,4 e 63,5; 45,2 e 67,0; 40,3 e 67,5; 36,0 e 67,0; 29,7 e 66,5; 25,2 e 66,0; 22,0 e 65,0; 16,3 e 61,5; 12,8 e 56,0; 9,7 e 49,0; 7,6 e 40,0. A curva gerada a partir destes dados mostra uma parábola com vértice voltado para cima, corroborando com a literatura. A análise do gráfico mostra que com o aumento da quantidade de água em relação à quantidade de fenol, há um aumento da temperatura de miscibilidade até um ponto em que a curva decresce com a contínua adição de água. A essa temperatura máxima alcançada dá-se a denominação de temperatura consoluta superior (67,5ºC) e, acima desta, os reagentes são miscíveis em quaisquer proporções.

CONCLUSÃO:

Apesar do experimento relativamente simples, tentativas iniciais discordaram do resultado teórico esperado, isso porque o fenol tem um ponto de fusão próximo à temperatura ambiente da região (~41ºC) e é higroscópico, o que dificulta a obtenção da composição correta, daí se propor uma correção na solubilidade e assim obter a concordância prevista na literatura e a temperatura consoluta no valor de 67,5 ºC conforme a literatura pesquisada. Logo, a construção do gráfico torna os conceitos mais simples sobre sistemas parcialmente miscíveis, além de facilitar a compreensão do diagrama de fases.

Palavras-chave: Diagrama de Fases, Miscibilidade, Temperatura.