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Disciplina: Química Geral II
Professor(es): Jairo Esteves e Guilherme
Determinação do Volume Molar do Oxigênio
Nomes:
Ariel Machado de Araujo:
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Marcelo Santos:
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Raphael Porto:
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Turma: 223
Data de realização: 02/10/2014
Data de entrega: 09/10/2014
I - Objetivo
Determinar o volume molar do oxigênio a 273 K e 1 atm.
II - Introdução Teórica
Os elementos e as substâncias que se encontram na fase sólida ou líquida
apresentam seu próprio volume, tendo variação de pressão e temperatura que
pode ser considerado desprezível. Entretanto os elementos que se encontram
no estado gasoso dependem do volume do recipiente que o contém, pois esses
não possuem volume próprio. Esse volume depende diretamente das condições
de temperatura e pressão em que o gás ou vapor se encontra.
O volume molar de um gás é definido pelo volume ocupado por um mol desse
gás (ou um mol de átomos se a molécula for monoatômica), a uma determinada
pressão e temperatura. De acordo com a hipótese do Avogadro, volumes iguais
de gases diferentes, nas mesmas condições de temperatura e pressão contem o
mesmo numero de moléculas. Numa dada condição de temperatura e pressão,
portanto, os volumes ocupados por diferentes amostras de gases são
diretamente proporcionais as quantidades de matéria dos gases contidos nas
amostras, ou seja, o volume é diretamente proporcional ao numero de mols de
um gás. Assim se dobrarmos o numero de mols (n) de um gás, seu volume
consequentemente dobrará também e vice- versa.
Porém só muito depois de Avogadro é que o conceito de mol foi
introduzido, desde que o peso molecular em gramas (mol) de qualquer
substancia que contenha o mesmo numero de moléculas, então, de acordo com a
lei de Avogadro - que foi enunciada em 1811 – o volume molar de todos os
gases deve ser o mesmo. O numero de moléculas em um mol é conhecido como
Número de Avogadro, em sua homenagem, mesmo que ele próprio nunca o tenha
determinado.
O volume molar foi determinado experimentalmente considerando-se as
Condições Normais de Temperatura e Pressão (CNTP), ou seja, a pressão de 1
atm (pressão atmosférica) ou 760 mm Hg ou 101325 Pa e temperatura-padrão
nessas condições era o 0 °C ou aproximadamente 273 K, esses foram os
valores estabelecidos ate 1982.
Assim para poder comparar a quantidade de gases diretamente através de
seus volumes, convencionou-se utilizar determinados valores de pressão e
temperatura. Essas condições são conhecidas como condições normais de
temperatura e pressão (CNTP). Ate 1982, a pressão padrão era tomada como 1
atmosfera ( 1 atm ou 101305 Pa) e a temperatura como 0 °C (273,15 K) e,
portanto, o volume molar de um gás na CNTP era 22,4 L /mol.
Em 1982 a IUPAC (União Internacional de Química Pura e Aplicada) alterou
o valor da pressão padrão que era 1 atm ou 101325 Pa e estabeleceu o valor
de 100 000 Pa de pressão, o que equivale a 1 Bar, porém manteve o valor da
temperatura padrão (0°C ou 273K).
Dentre as razoes que levaram a IUPAC a alterar o valor da pressão
padrão, têm-se:
Valor numérico igual a 1 (1x105 Pascal);
Compatibilidade com as unidades SI;
Produção de alterações muito pequenas nas tabelas de dados termodinâmicos
e considerável simplificação dos cálculos graças ao arredondamento do valor
da pressão em Pascal para um número inteiro;
Outro aspecto diz respeito às dificuldades encontradas no estabelecimento
do valor para o valor de uma pressão de uma atmosfera, normalmente definida
com a pressão ao nível do mar, não esquecendo que a variação do valor da
pressão atmosférica num dado local com as condições meteorológicas
existentes na região onde as experiências possam ser realizadas.
Como o valor da pressão foi reduzido de 101 325 Pa para 100 000 Pa houve
um consequente aumento no número molar, ou seja, o volume ocupado por
qualquer gás ou vapor é aproximadamente 22,71 L/mol sendo este valor
recomendado pela IUPAC.
Esta pratica foi realizada com intuito de verificar e determinar
experimentalmente o volume molar do oxigênio, quando este se encontra nas
condições normais de temperatura e pressão, considerando a temperatura de
273 K (0°C) e pressão de 1 atm. Foi utilizada água oxigenada (H2O2) volume
10 que corresponde a uma solução aproximadamente igual a 0,9 mol/L.
III - Materiais e Reagentes
Materiais
Cuba de plástico
Cilindro graduado de 100 mL
Mangueira de látex
Bureta de 10 mL
Kitassato de 100 mL
Rolha perfurada
Termômetro
Reagentes
Água oxigenada (H2O2) a 10 volumes
Dióxido de manganês (MnO2)
IV - Procedimentos, Observações, Resultados e Conclusões
Montou-se uma estrutura conforme a figura abaixo, utilizando um
kitassato com dióxido de manganês (MnO2 ) no lugar do erlenmeyer, e a
seringa trocada por uma bureta de 10 mL onde havia uma solução de 0,9 mol/L
de água oxigenada a 10 volumes.
Encheu-se um cilindro graduado de água completamente, evitando a entrada
de bolhas de ar, utilizando um pedaço de papel na boca do cilindro, e
então, introduziu-se a mangueira de látex no interior do cilindro graduado.
E em seguida vagarosamente deixou-se escapar 7 mL de água oxigenada a 10
volumes no kitassato e observou-se a diminuição do volume ocupado pela água
dentro do cilindro devido a presença de gás oxigênio (O2) liberado, graças
a decomposição do peróxido de hidrogênio (H2O2) em água (H2O) e oxigênio,
catalisado pelo dióxido de manganês (MnO2), e uma efervescência causada
pela liberação de oxigênio (O2).
A seguir a equação que representante desta decomposição:
H2O2 [MnO2] H2O + ½ H2O
O gás produzido (oxigênio) pode ser medido através do espaço no cilindro
graduado onde não continha mais água, ou seja, encheu-se o cilindro de água
para que fosse possível verificar o volume de oxigênio produzido, pois
conforme o gás fosse liberado, este ocuparia lugar no tubo.
V - Cálculos
Obs. 1: Água oxigenada a 10 volumes corresponde a uma solução
aproximadamente de 0,9 mols/L de H2O2:
1 mol ---------- 11, 2 L
x ---------- 10 L
x = 0,892 mols/L
x 0,9 mols/L
Obs. 2: O oxigênio é recolhido sobre a água, logo a pressão exercida
somente pelo gás é dada pela diferença entre a pressão total e a pressão do
vapor d'água:
Pgás = Ptotal – Pvapor d'água
Pgás = 760 mm Hg – 25,2 mm Hg
Pgás = 734, 8 mm Hg
1 - Determinação da quantidade de matéria de H2O2 existentes em 7 mL de
água oxigenada a 10 volumes:
É possível calcular o número de mols de peróxido de hidrogênio (H2O2)
existentes em 7 mL de água oxigenada a 10 volumes através de cálculos
químicos, onde com a aplicação da regra de três, verifica-se que há 6,3.10-
3 mols de peróxido de hidrogênio (H2O2). Veja a baixo como se chegou a este
resultado:
0,9 mol ---------- 1000 mL
x ---------- 7 mL
x = 6,3 / 1000
x = 6,3.10-3 mols de H2O2
2 - Determinação da quantidade de O2 produzido na decomposição de 7 mL de
água oxigenada a 10 volumes:
Também se pode determinar a quantidade de mols de oxigênio (O2)
produzidos pela decomposição de 7 mL de água oxigenada a 10 volumes através
de regra de três e baseado nos cálculos, pode-se afirmar que há 3,15.10-3
mol de oxigênio em 7 mL de água oxigenada. Veja a seguir os cálculos
realizados para obter-se esse valor:
H2O2 ---------- ½ O2
1 mol ---------- ½ mol
6,3.10-3 mols ---------- y
y = 6,3.10-3 . ½
y = 3,15.10-3 mols de O2
3 - Determinação do volume molar de O2 nas condições ambientais:
Segundo a CNTP (Condições Normais De Temperatura e Pressão), a
quantidade de matéria (número de mols) é diretamente proporcional ao volume
do oxigênio (O2) obtido experimentalmente. Para se calcular o volume molar
de oxigênio (O2) nessas condições utilizou-se o volume ocupado pelo
oxigênio lido no cilindro e o número de mols de oxigênio em 7 mL de água
oxigenada, já que o volume do gás é diretamente ligado ao número de mols do
gás. Veja a seguir os cálculos do resultado obtido:
3,15.10-3 mols ---------- 85.10-3 L
1 mol ---------- V
3,15.10-3.V = 85.10-3
V = 85 / 3,15
V = 26,9841
V 27 mols/L
4 - Determinação do volume molar do oxigênio (O2) a 273 K e 1 atm,
considerando que o gás foi recolhido sobre a água:
V2 corresponde ao volume de oxigênio ocupado por 1 mol de O2(g) a 0 °C e
1 atm, determinado experimentalmente.
VI – Resultados e Conclusões
Os cálculos devidos foram efetuados e foi constatado o quanto o valor
experimental se desvia do valor esperado.
Porcentagem do erro encontrado:
Valor esperado ---------- 100 %
Valor encontrado – Valor esperado ---------- x %
% de erro = [(Valor encontrado – Valor esperado) / Valor esperado] . 100
% de erro = 1,4/22,4 . 100
% de erro = 6,25 %
Principais causas de desvio do valor:
Se considerarmos a solubilidade do gás oxigênio em água, o volume medido
será menor do que o volume do oxigênio formado, pois uma parte do oxigênio
estará dissolvida na água, e não fará parte da coluna gasosa na bureta.
Dessa forma o volume medido na bureta é diferente do real e,
conseqüentemente, haverá um erro no cálculo do número de mols de oxigênio,
uma vez que esse depende do volume formado. Havendo um erro no número de
mols de oxigênio, logo, haverá um erro no volume molar do mesmo.
Por não nos encontrarmos em exatamente 1 atm e a temperatura do
laboratório poder estar variando, assim não sendo exata, não pôde-se ter
resultados exatos.
A ocorrência de bolhas de ar no cilindro graduado, a imprecisão no
gotejamento dos 7 mL de água oxigenada no sistema e a aproximação dos
cálculos também são fatores que podem ter contribuído para a mudança do
resultado esperado.
VII - Bibliografia
http://www.brasilescola.com/quimica/volume-molar-gases
http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc02/atual2.pdf
http://uenf.br/uenf/centros/cct/qambiental/ga_volumemolar.html
REIS, Martha. Completamente Química – Química Geral, 1° Ed. São Paulo,
FTP, 2001.
FELTRE, Ricardo. Química Geral – Volume I, Ed. Moderna
