Experiência 05 - DETERMINAÇÃO DA MASSA ATÔMICA DO MAGNÉSIO_____
DETERMINAÇÃO DA MASSA ATÔMICA DO MAGNÉSIO
1. Objetivos
No final dessa experiência o aluno deverá ser capaz de:
− Determinar a massa atômica do magnésio através do volume de gás desprendido na
sua reação com ácido clorídrico.
− Ilustrar a utilização da lei dos gases ideais, de misturas gasosas e princípios de
hidrostática.
2. Introdução
2.1. Gases ideais e misturas de gases ideais
Para discutir as transformações que ocorrem em um sistema, é necessário definir
precisamente suas propriedades antes e depois da transformação. Isto se faz pela especificação
do estado do sistema, ou seja, algum conjunto particular de condições de pressão,
temperatura, número de moles de cada componente e suas formas físicas (gás, líquido, sólido
ou forma cristalina). Quando se especificam estas variáveis, todas as propriedades do sistema
estão definidas.
As quantidades P, V e T são chamadas funções de estado ou variáveis de estado, pois
servem para determinar o estado físico de qualquer sistema dado.
Há alguns casos em que as inter-relações entre funções de estado podem ser expressas
sob forma de equação, uma equação de estado. A equação de estado para um gás ideal é um
exemplo:
PV = nRT
(1)
onde n = corresponde ao número de moles da substância.
m
n=
(2)
M
No caso de uma mistura de gases ideais, cada gás do sistema tem uma pressão parcial,
Pi, que corresponde a pressão do gás como se ele estivesse sozinho no sistema. Pela Lei de
Dalton para os gases ideais:
Pi = xi .P
(3)
onde xi = fração molar do gás na mistura e P é a pressão total da mistura gasosa.
n
xi = i
(4)
n
n
P = P1 + P2 + ... + Pn = ∑ Pi
i =1
2.2. Fundamentos de hidrostática
Admitindo os pontos B e C no interior da massa fluída, supondo-a em equilíbrio
estático e sujeita à ação da gravidade, sejam, Figura 1:
(5)
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Figura 1. Fluido em equilíbrio estático sujeito à ação da gravidade.
PB e PC = pressões nos pontos B e C, respectivamente;
g = aceleração da gravidade local;
ρ = massa específica do líquido
h = hB – hC = distância vertical entre B e C
Demonstra-se que a diferença de pressão entre os pontos B e C é:
PB − PC = ρ .g .h
ou
PB = PC + ρ .g .h
(6)
A Eq. 6 é a lei de Stevin ou Equação Fundamental da Hidrostática, indica que a
pressão depende somente da profundidade abaixo da superfície livre. A Figura 2 mostra
diversos recipientes com diferentes formas e diversas orientações, porém a pressão é a mesma
em todos os pontos dos diferentes recipientes situados sobre o plano y. O estudante atencioso
verá, com este conceito, como é possível atingir os cantos de um edifício usando uma
mangueira de jardim cheia de água.
O excesso de pressão atmosférica, P – Patm, denomina-se pressão manométrica, Pg.
Portanto,
Pg = ρ .g .h
(7)
Figura 2. Paradoxo hidrostático.
Uma vez que muitos dispositivos medidores de pressão indicam em relação ao
ambiente (a atmosfera em muitos casos), em geral é mais conveniente usar a pressão
manométrica.
A pressão atmosférica padrão é a pressão média ao nível do mar. A pressão
atmosférica local, em qualquer elevação, pode ser medida por um barômetro. O mais comum
é o barômetro de mercúrio, com escalas em uma das extremidades, Figura 3. Um simples
balanço de força sobre o fluído no tubo fornece:
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(8)
Patm = Pvap + ρ .g .h
onde Pvap é a pressão de vapor do fluido.
A pressão absoluta simplesmente envolve a soma da pressão atmosférica com a
pressão manométrica:
(9)
Pabs = Patm + ρ .g .h
Figura 3. Barômetro
R= 0,0821 atm .L / mol.K
R= 8,314 J / mol.K
3. Material
- Fita de magnésio
- Becker 1000 ml ou cuba
- Gaze
- Fita durex
-
Funil sem haste
Proveta 100 mL
Ácido clorídrico concentrado
Becker 250 mL
4. Procedimento Experimental
DESCARTAR OS RESÍDUOS NA PIA.
Com o auxílio de uma balança analítica, pese entre 40 a 80 mg de fita de magnésio.
A seguir, coloque a amostra no fundo de um béquer e cubra com um funil sem haste,
como mostra a Figura 4. Adapte com fita adesiva um pedaço de gaze à saída do funil. Encha
o béquer com água até ¾ de sua capacidade e emborque uma proveta de 100 ml totalmente
cheia de água. Não deixe bolhas de ar dentro da proveta. Fixe a proveta verticalmente como
indicado na Figura 4.
Depois do sistema montado, adicione lentamente dentro do béquer 10 ml de ácido
clorídrico concentrado com auxílio de uma pipeta. Essa adição deve ser feita com a pipeta
bem próxima à borda do funil, para que o ácido entre rapidamente em contato com o
magnésio. Tome cuidado para não introduzir bolhas de ar no sistema.
Espere até que todo o metal tenha reagido e agite cuidadosamente para deslocar
eventuais bolhas de hidrogênio retidas no funil.
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Figura 4. Montagem do sistema para medida do volume de gás na proveta.
5. Resultados
A partir dos dados obtidos, calcule:
a) A massa atômica do Mg.
b) O erro da massa atômica do Mg, comparando a encontrada com a da tabela
periódica (correta).
c) A composição dos gases (H2 e H2O) em porcentagem molar.
d) A composição dos gases (H2 e H2O) em massa na mistura gasosa.
6. Referências
1. Atkins, P.W. Físico-Química. 6.ed. University Press: Oxford, 1997, v.1, 2 e 3.
2. Castellan, G. Fundamentos de Físico-Química.: Ed. Livros Técnicos e Científicos: São
Paulo, 1986.
3. Felicíssimo, Ana Maria P. et al. Experiências de Química. Ed. Moderna: São Paulo,
1982.
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FOLHA DE DADOS
Equipe:_____________________________________________________________________
________________________________________________Turma:_____________
Data____/____/_______
Dados coletados:
Massa do metal (Mg) utilizado
Volume de gás na proveta
Diferença entre os níveis de água na
proveta e no béquer
Temperatura ambiente:____________________
Pressão atmosférica:___________
Pressão de vapor da água (tabela em anexo):_______________
Resultados (MOSTRAR OS CÁLCULOS)
a) Massa atômica do Mg determinada experimentalmente: ____________
b) Erro da medida :_________
c) A composição dos gases em porcentagem molar H2: ________
H2O: _______
d) A composição dos gases em massa na mistura gasosa H2: ________
H2O: _______
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ANEXOS:
Anexo 1 - Variação da massa específica (ρ) da água com a temperatura
Temperatura
(°C)
Densidade absoluta
(ρ kg/m3)
Temperatura
(°C)
Densidade absoluta
(ρ kg/m3)
0(água)
999,8
40
992,2
4
1000,0
50
988,0
5
1000,0
60
983,2
10
999,7
70
977,8
15
999,1
80
971,8
20
998,2
90
965,3
25
997,0
100
958,4
30
995,7
Anexo 2 - Variação da pressão de vapor da água com a temperatura
T (ºC)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
25
26
28
P (mmHg)
4,579
5,294
6,101
7,013
8,045
9,209
10,518
11,987
13,634
15,477
17,535
19,827
22,377
23,800
25,209
28,349
T (ºC)
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
P (mmHg)
31,824
42,175
55,324
71,88
92,51
118,04
149,38
187,54
233,70
289,10
355,10
433,60
525,76
633,90
760,00