Volume molar

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1. VOLUME MOLAR DO HIDROGÊNIO
1 OBJETIVO

Fornecer uma base experimental para o cálculo do volume molar do hidrogênio, na temperatura ambiente e pressão de 1 atm. Esta experiência é tradicionalmente utilizada como uma determinação do peso equivalente de um metal. 2 INTRODUÇÃO

Podemos utilizar esta experiência para mostrar a produção de hidrogênio a partir de pesos equivalentes de magnésioou de alumínio. A proporção de um mol de metal para um mol de hidrogênio produzido, não é verdadeira para todos os metais. As leis dos gases ideais (e.g. Peter Atkins & Loretta Jones, Pag. 261-295) deverão ser utilizadas para o cálculo do volume molar do hidrogênio gasoso. O volume molar do hidrogênio pode ser facilmente determinado mediante uma reação química clássica entre um ácido e um metalredutor mais forte que o hidrogênio. Reagindo-se completamente uma massa conhecida do metal em excesso de ácido, podese relacionar a quantidade de metal utilizada com o volume de gás hidrogênio produzido pela estequiometria da reação:
M(s) + n H+(aq) → n/2 H2 (g) + M+(aq) (1)

Serão realizados dois experimentos semelhantes na execução, porém distintos, fazendo reagir respectivamente magnésio ealumínio com excesso de ácido clorídrico. O volume de gás coletado (VH2), nas condições do experimento (temperatura e pressão ambiente), permite determinar o volume molar do hidrogênio (VM) nessas mesmas condições, relacionando-se um mol de metal e obedecido a estequiometria de reação em cada caso particular:
x mols do metal ______ x(n/2) mols de H2 _______ VH2 1 mol de H2 _______ VM (2)

Como oresultado obtido nesse experimento só teria utilidade para seus executores, conhecedores das condições experimentais, é conveniente expressar o volume molar (VM) em condições reconhecidas como referência (CNTP); isto é 1 atm e 273,15 K mediante o uso da relação:
P1V1/T1 = P2V2/T2 (3)

Deixando-se o sistema entrar em equilíbrio térmico com o exterior, a temperatura ambiente é tomada como atemperatura do gás.

7

Sendo o hidrogênio produzido sobre água, a sua pressão (PH2) é determinada pelo princípio dos vasos comunicantes, fazendo com que a pressão do sistema (Psis) seja igual à pressão ambiente (Pamb) quando os níveis de líquido dentro e fora do sistema se igualam. Nessas condições é medido o volume do gás. Como o sistema contém hidrogênio e vapor d’água, torna-se necessáriodescontar a pressão (PH2O) que este último exerce, na temperatura do experimento, de acordo com a lei das pressões parciais de Dalton:
Pamb = Psis = PH2 + PH2O (4)

A pressão ambiente pode ser determinada através de um barômetro, e a pressão de vapor da água é obtida no Apêndice 2 . 3 PARTE EXPERIMENTAL

Determinaremos o volume molar do gás hidrogênio obtido a partir da reação de alumínio emagnésio metálicos com ácido clorídrico (Equações 1 e 2). Para tanto, siga as instruções a seguir. 3.1 − − − − − − Materiais e reagentes Tubo de medida de gases de 50 mL; Rolha com orifício (adaptável ao tubo); Suporte com garra; Barômetro; Termômetro; Becher de 500 mL − − − − − − − Proveta de 50 mL; Proveta de 1000 mL; Régua milimetrada; Fita de magnésio; Fio de alumínio; Fio de cobre; Ácido clorídrico6 Mol/l

3.2 •

Procedimentos Elimine a camada de óxido e pese cuidadosamente uma amostra de aproximadamente 2,0 cm de alumínio em fita (3 cm para o magnésio) e anote o peso da amostra com uma precisão de ± 0,01 g. As fitas metálicas, livre de corrosão, são consideradas uniformes. Envolva a fita de alumínio por um fio de cobre, deixando cerca de 5 cm de fio de cobre para fixação da amostra narolha; Ajuste a garra do suporte numa posição que sustente o tubo de gás, ao qual foi ajustada a rolha com a amostra. (O equipamento é montado conforme mostra a Figura 1);

• •

8



Retire a rolha e o fio de cobre com a amostra incline o tubo da posição vertical e adicione 30 mL de HCl 6 Mol/l; Com o tubo na mesma posição, encha-o lentamente com água destilada, de modo a arrastar...
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