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DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE PARTIÇÃO DE UMA SUBSTÂNCIA ENTRE DOIS LÍQUIDOS IMISCÍVEIS, Trabalhos de Físico-Química

Neste experimento, teve-se como objetivo a determinação do coeficiente de partição, que é a relação entre as concentrações de equilíbrio do coluto - no caso, ácido benzoico, em dois solventes imiscíveis, água e hexano, através da titulação de NaOH em cada fase, orgânica e aquosa, além da determinação do grau de associação do ácido benzoico no hexano. O experimento consistiu em titular uma solução de fase aquosa e fase orgânica da mistura entre dois solventes imiscíveis e uma quantidade de (...)

Tipologia: Trabalhos

2020

Compartilhado em 09/09/2020

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natalia-lumi-nakayama-5 🇧🇷

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EXPERIMENTO 7: DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE PARTIÇÃO DE
UMA SUBSTÂNCIA ENTRE DOIS LÍQUIDOS IMISCÍVEIS
Resumo
Neste experimento, teve-se como objetivo a determinação do coeficiente de partição, que é a relação entre as concentrações
de equilíbrio do coluto - no caso, ácido benzoico, em dois solventes imiscíveis, água e hexano, através da titulação de
NaOH em cada fase, orgânica e aquosa, além da determinação do grau de associação do ácido benzoico no hexano. O
experimento consistiu em titular uma solução de fase aquosa e fase orgânica da mistura entre dois solventes imiscíveis e
uma quantidade de ácido benzoico com uma solução padronizada de NaOH, para que através do volume gasto da solução
de NaOH na titulação, pudesse ser determinada a concentração de acido benzoico, e assim auxiliar na determinação do
coeficiente de partição (K) através da plotagem do gráfico, o qual se obteve o valor de k=0.0288 , que comparado com o da
literatura K=0,398 apresentou-se praticamente 10 vezes menor. Já o grau de dissociação experimental encontrado para o
ácido benzoico em hexano foi n=1.8925 , muito similar ao valor teórico de n=2.
2. Procedimento Experimental
2.1. Preparação e padronização da solução de NaOH
A solução de NaOH utilizada para a realização do experimento foi preparada pesando-se 0,0191g de NaOH sólido, e a esse
foi-se adicionados 250 mL de água destilada em um balão volumétrico. Em seguida, para a padronização, a solução foi
titulada com 0,046g de biftalato de potássio.
2.2. Determinação do coeficiente de partição
Após a padronização, pesou-se ácido benzóico, a qual foram adicionadas 25 mL de água destilada e 25 mL de hexano
previamente colocados em um funil de separação. Agitou-se o funil até a total solubilização do ácido benzoico.
Com a separação das fases, transferiu-se a aquosa para um béquer, desprezando-se a camada intermediária e reservando-se a
camada orgânica no funil. Com uma pipeta coletou-se 5,0 mL da fase aquosa, adicionando a em um erlenmeyer, com
adição de mais 25 mL de água destilada e 2 gotas de fenolftaleína. Titulou-se então essa solução com a solução padronizada
de NaOH, anotando-se no fim o volume gasto. O mesmo procedimento de titulação foi feito para a porção orgânica que
ficou reservada no funil, porém utilizando-se apenas 2 mL. O procedimento foi realizado para as massas 0,05g, 0,09g,
0,13g, 017,g, 021g, 0,25g de ácido benzoico.
3. Resultados e Discussões
3.1. Padronização da solução de NaOH
Foram preparados 250mL de solução de NaOH 0,020 M, utilizando-se de 0,0191g:
100
mL0,02mol
1000mL 40,0 g NaOH
1,0mol NaOH =0,02g NaOH (massa te ó rica)
Para a padronização de NaOH foram utilizadas duas soluções de Biftalato de Potássio com 0,046g de biftalato em 25mL de
água. Na primeira titulação fez-se o uso de 11,8mL de solução de NaOH e na segunda titulação fez-se o uso de 11,7mL,
resultando nas seguintes concentrações:
0,046 g
Biftalato1,0mol Bift .
204,22g Bift . 1,0mol NaOH
1,0mol Bift =0,000225mol NaOH
0,0118mL =0,0191 mol/L NaOH
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EXPERIMENTO 7: DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE PARTIÇÃO DE

UMA SUBSTÂNCIA ENTRE DOIS LÍQUIDOS IMISCÍVEIS

Resumo Neste experimento, teve-se como objetivo a determinação do coeficiente de partição, que é a relação entre as concentrações de equilíbrio do coluto - no caso, ácido benzoico, em dois solventes imiscíveis, água e hexano, através da titulação de NaOH em cada fase, orgânica e aquosa, além da determinação do grau de associação do ácido benzoico no hexano. O experimento consistiu em titular uma solução de fase aquosa e fase orgânica da mistura entre dois solventes imiscíveis e uma quantidade de ácido benzoico com uma solução padronizada de NaOH, para que através do volume gasto da solução de NaOH na titulação, pudesse ser determinada a concentração de acido benzoico, e assim auxiliar na determinação do coeficiente de partição (K) através da plotagem do gráfico, o qual se obteve o valor de k=0.0288 , que comparado com o da literatura K=0,398 apresentou-se praticamente 10 vezes menor. Já o grau de dissociação experimental encontrado para o ácido benzoico em hexano foi n=1.8925 , muito similar ao valor teórico de n=2.

2. Procedimento Experimental 2.1. Preparação e padronização da solução de NaOH A solução de NaOH utilizada para a realização do experimento foi preparada pesando-se 0,0191g de NaOH sólido, e a esse foi-se adicionados 250 mL de água destilada em um balão volumétrico. Em seguida, para a padronização, a solução foi titulada com 0,046g de biftalato de potássio. 2.2. Determinação do coeficiente de partição Após a padronização, pesou-se ácido benzóico, a qual foram adicionadas 25 mL de água destilada e 25 mL de hexano previamente colocados em um funil de separação. Agitou-se o funil até a total solubilização do ácido benzoico. Com a separação das fases, transferiu-se a aquosa para um béquer, desprezando-se a camada intermediária e reservando-se a camada orgânica no funil. Com uma pipeta coletou-se 5,0 mL da fase aquosa, adicionando a em um erlenmeyer, com adição de mais 25 mL de água destilada e 2 gotas de fenolftaleína. Titulou-se então essa solução com a solução padronizada de NaOH, anotando-se no fim o volume gasto. O mesmo procedimento de titulação foi feito para a porção orgânica que ficou reservada no funil, porém utilizando-se apenas 2 mL. O procedimento foi realizado para as massas 0,05g, 0,09g, 0,13g, 017,g, 021g, 0,25g de ácido benzoico. 3. Resultados e Discussões 3.1. Padronização da solução de NaOH Foram preparados 250mL de solução de NaOH 0,020 M, utilizando-se de 0,0191g:

mL ∗0,02 mol

1000 mL

∗40,0 g NaOH

1,0 mol NaOH

=0,02 g NaOH ( massa te ó rica )

Para a padronização de NaOH foram utilizadas duas soluções de Biftalato de Potássio com 0,046g de biftalato em 25mL de água. Na primeira titulação fez-se o uso de 11,8mL de solução de NaOH e na segunda titulação fez-se o uso de 11,7mL, resultando nas seguintes concentrações:

0,046 g

Biftalato ∗1,0 mol Bift.

204,22 g Bift.

∗1,0 mol NaOH

1,0 mol Bift

0,000225 mol NaOH

0,0118 mL

=0,0191 mol / L NaOH

O mesmo cálculo foi repetido para a segunda titulação, com uma concentração final de 0,0192mol/L de NaOH e uma média de 0,01915mol/L de NaOH. 3.2. Determinação do coeficiente de partição Todas as amostras foram tituladas com NaOH 0,01915mol/L tanto em sua fase orgânica quanto em sua fase aquosa, utilizando-se os seguintes volumas apresentados na tabela 1, além das massas reais pesadas em cada amostra: Tabela 1: Volume de NaOH utilizado em cada amostra Amostra Fase Orgânica Fase Aquosa Massa Ácido Benzóico (g) VNaOH (mL) VNaOH (mL) 0.050 0.8 2. 0.090 1.8 3. 0.136 2.8 4. 0.172 3.7 5. 0.210 4.9 5. 0.251 5.7 6. Lembrando que na fase aquosa e orgânica foram gastos respectivamente 5 e 2 mL de alíquota na titulação, o cálculo das concentrações de ácido benzoico em cada fase de cada amostra, é feito da forma a seguir: CNaOH * VNaOH = Cácido benzoico * Vácido benzoico (Equação 1) Para a amostra de massa 0,050g:

  • Na fase aquosa, tem-se que: 0.01915mol/L * 2.2mL = Cácido benzoico * 5.0mL Cácido benzoico = 0.00843 mol/L
  • Na fase orgânica, tem-se que: 0.01915mol/L * 0.8mL = Cácido benzoico * 2.0mL Cácido benzoico = 0.00766 mol/L O mesmo cálculo foi repetido para as demais amostras, e os valores obtidos para as concentrações encontram-se na tabela 2 abaixo. Para facilitar os cálculos posteriores, na tabela 2 já se encontram os valores de ln de cada concentração. Tabela 2: Concentração de ácido benzoico em mol/L de cada fase em cada amostra, além do ln de cada concentração Amostra Fase Orgânica (A) Fase Orgânica (B) Massa Ácido Benzóico (g) Cácido benzoico (mol/L) lnCa Cácido benzoico (mol/L) lnCb 0.050 0.00766 -4.87174 0.00843 -4. 0.090 0.01724 -4.06081 0.01264 -4. 0.136 0.02681 -3.61898 0.01609 -4. 0.172 0.03543 -3.34027 0.01915 -3. 0.210 0.04692 -3.05936 0.02145 -3. 0.251 0.05458 -2.90813 0.02375 -3.

É possível concluir, com base nos resultados obtidos e com o cálculo do coeficiente de partição, K=0.0288, que o experimento reproduziu razoavelmente a propriedade de solubilidade do ácido benzoico nas fases aquosa e orgânica (hexano), demonstrando ainda assim que o ácido benzoico é mais solúvel na fase orgânica, o que era esperado, tendo em vista que a estrutura apresenta um anel aromático, apolar, mesmo apresentando uma parte polar proveniente do grupamento carboxílico. O ácido benzoico forma um dímero em solução orgânica, e o valor experimental obtido do coeficiente de associação foi n=1.8925, muito próximo de n=2, confirmando a confiabilidade do experimento.

5. Questões (roteiro) 1) Por que antes da titulação se adiciona água às alíquotas a serem tituladas? A adição de água nas alíquotas se faz necessária para que o ácido benzóico desprotone, liberando íons na solução. Dessa forma, é possível verificar a quantidade de ácido a partir de uma titulação com uma base (NaOH) de concentração conhecida.

  1. Por que se pode titular o ácido benzóico contido na fase orgânica, avolumando-se as alíquotas com água destilada? A titulação pode ser feita avolumando-se as alíquotas da fase orgânica com água destilada porque na fase orgânica o ácido benzóico está protonado, ao adicionar água, o ácido se dissocia em íons capazes de serem quantificados na titulação. O ácido benzoico possui uma parte apolar (benzeno) e outra polar (COOH), quando em solvente orgânico, a parte apolar interage com o solvente, enquanto a parte polar irá interagir com outros grupos carboxílicos de outras moléculas, através de ligações de Hidrogênio. Dessa forma, os íons H+^ não estão em solução e disponíveis. Quando adiciona-se água destilada, que possui certa solubilidade em hexano, libera-se íons, tornando-os disponíveis para realizar a titulação. Em todas as fases orgânicas foram acrescentados os mesmos volumes de água destilada, assim, foi possível verificar a quantidade de ácido benzoico nas fases orgânicas, comparando-as.
  2. Interpretar o valor do coeficiente angular n encontrado, considerando uma eventual associação das moléculas do ácido benzóico na fase orgânica. O valor de coeficiente angular n encontrado foi de 1,89, enquanto o teórico é n = 2. O coeficiente angular do gráfico de lnCa (fase orgânica) x lnCb (fase aquosa) relaciona as concentrações na fase orgânica e aquosa. O valor observado para o grau de dissociação (n) das moléculas de ácido benzoico na fase orgânica pode ser explicado pela dimerização do ácido benzoico na fase orgânica. Em solventes orgânicos, são formadas ligações de hidrogênio entre as moléculas do ácido mais facilmente que em solventes aquosos, pois não competem com a solvatação e ligações de hidrogênio com a água.
  3. Compare o valor de K com o valor reportado na literatura. O solvente orgânico pode ser similar ao hexano (p.e., ciclohexano, benzeno, etc...). Cite corretamente a fonte. O valor de K obtido experimentalmente foi de 0,028, mas, o valor teórico encontrado foi de 0,398. Tal discrepância pode ser explicada por erros na aferição da titulação e pelo experimento não ter sido realizado em duplicata. Fonte: SILVA, N. P. ; MARTINS, D. F. C. ; VIEIRA, C. A.. Determinação do coeficiente de partição do ácido benzóico em diferentes solventes orgânicos. In: XLVI Congresso Brasileiro de Química CBQ, 2006, Salvador-BA. Anais do XLVI Congresso Brasileiro de Química, 2006.
  4. A partir do valor calculado de K, o ácido benzoico está presente em maior concentração na fase orgânica ou na fase aquosa? Justifique. O ácido benzoico está presente em maior concentração na fase orgânica, isso devido a sua estrutura (figura 1)

OH

O

Figura 1. Fórmula estrutural do ácido benzoico A maior afinidade com o solvente orgânico deve-se ao anel aromático (apolar) da molécula que, por ser maior, tem maior efeito na solubilidade. Dessa forma, a parte apolar bastante expressiva faz com que o ácido tenha mais afinidade com o hexano (apolar) do que com a água (polar), já que a interação com a água é dada pelo pequeno grupo carboxílico da molécula.

6. Bibliografia [1] SILVA, N. P. ; MARTINS, D. F. C. ; VIEIRA, C. A.. Determinação do coeficiente de partição do ácido benzóico em diferentes solventes orgânicos. In: XLVI Congresso Brasileiro de Química CBQ, 2006, Salvador-BA. Anais do XLVI Congresso Brasileiro de Química, 2006. [2] TAVARES, L.C. QSAR: A Abordagem de Hansch. Química Nova, vol 27, nº 4, págs 631-639, São Paulo, 2004. [3] Apostila Físico-Química Experimental 2016 - Determinação do coeficiente de partição de uma substância entre dois líquidos imiscíveis. Universidade Federal de São Paulo, Campus Diadema.