Influência da força iónica na actividade do catião hidrogénio (1).docx

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Laboratrio de Qumica Fsica Biolgica2012/2013

Influncia da fora inica na actividade do catio hidrognio

Trabalho prtico 2

Henrique Silva FernandesJoo Manuel RodriguesRicardo Jorge Almeida

16 de maro de 2013


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ndice

DADOS E CLCULOS PRVIOS ................. ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

RESULTADOS .............................................. ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

TRATAMENTO DOS RESULTADOS ....................................................................... 5

DISCUSSO DOS RESULTADOS ........................................................................... 8

BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................ 9


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1 Dados e clculos prvios

1.1 Dados:T / C R / J.K- .mol- F / C.mol- |HCl| padro / mol.dm

-

25,0 8,314 9,648 x 104

0,1115Tabela 1:Dados referentes temperatura usada nas medies e concentrao da soluostock de HCl, bem como os dados da constante dos gases perfeitos e a constante deFaraday.

1.2 Clculos prvios:

Clculo das concentraes das solues de HCl:

|| || |HCl| / mol.dm

-

V sol.stock HCl / cm V total / cm |HCl| efectiva / mol.dm-

1 x 10-3 1,00 100,0 5,575 x 10-35 x 10- 25,00 500,0 1,115 x 10- 1 x 10- 10,00

100,01,115 x 10-

2 x 10- 20,00 2,230 x 10- 5 x 10- 50,00 5,575 x 10-

Tabela 2: Dados referentes s concentraes e volumes usados na elaborao dassolues usadas para a recta de calibrao. 1As concentraes destacadas referem-se sconcentraes efectivas de HCl (tendo em conta que a concentrao de HCl na soluopadro 0,1115 mol/dm3).

Clculo da massa de KCl a utilizar para fazer as solues:

|| |KCl| solu o / mol.dm

-3 V solu o / cm3 MKCl / g.mol

-1 m KCl / g0,2000 200,0 74,5513 2,9821

Tabela 3:Dados referentes soluo mais concentrada de KCl (0,2 mol/dm3), bem como amassa molar do KCl, a massa terica necessria e a massa medida.

m KCl medida / g |KCl| solu o / mol.dm- V solu o / cm MKCl / g.mol

- 2,9820 0,2000 200,0 74,5513

Tabela 4:Dados referentes massa medida, e a concentrao efectiva.

Clculo das concentraes das solues de KCl:

|| |KCl| / mol.dm- V sol. KCl 0,2M / cm V total / cm

0,02 10,00100,0

0,1 50,00Tabela 5: Dados referentes s concentraes e volumes das solues de KCl. 1O volumeidentificado corresponde ao volume de soluo de KCl 0,2 mol/dm 3 usada para a elaboraodas restantes solues. 2Utilizou-se, em todas as solues de KCl, a soluo de HCl a 5x10 -3mol/dm3 como solvente.


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2. Resultados:

|HCl| efectiva / mol.dm-3 E / V

5,575 x 10- 0,32151,115 x 10- 0,27961,115 x 10- 0,33772,230 x 10-2 0,35355,575 x 10-2 0,3773

Tabela 6: Dados referentes s concentraes afectivas de HCl e aos valores da diferena depotencial registada pelo voltmetro.

|KCl| / mol.dm- E / V0,02 0,31980,1 0,31820,2 0,3174

Tabela 7: Dados referentes s concentraes de KCl, e aos valores da diferena de

potencial registada pelo voltmetro.

Clculo do coeficiente de actividade, e da actividade do catio hidrognio:

Sendo electrlitos fortes, e todas as espcies qumicas em soluoapresentam um mdulo da carga igual unidade (|z| = 1)() ( )

Agua / mol-1/2.Kg1/2 |HCl| / mol.dm-3 I / mol1/2.Kg-1/2 / dm-3.mol-1 aH+ / mol.dm-3

0,509

5,575 x 10- 5,575 x 10- 0,916 5,108 x 10-

1,115 x 10

-

1,115 x 10

-

0,962 1,072 x 10

-

1,115 x 10- 1,115 x 10- 0,884 9,852 x 10- 2,230 x 10- 2,230 x 10- 0,839 1,872 x 10- 5,575 x 10-2 5,575 x 10-2 0,758 4,227 x 10-2

Tabela 8: Dados referentes s concentraes de HCl, fora inica das solues, sactividades e aos coeficientes de actividade.


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3.Tratamento dos resultados

3.1 - Representaes grficas dos valores da Tabela 8:

() ()

Grfico 1: grfico correspondente diferena de potencial, em volts, em funo do logaritmo

da actividade (a cinzento) e da concentrao do catio hidrognio.

log(cH+) 0,0571 0,4488log(aH+) 0,0606 0,4596

Tabela 9: Dados referentes aos declives e s ordenadas na origem das retas de correlaoapresentadas no grfico 1.

|KCl| / mol.dm- |HCl| / mol.dm- E / V aH+

/ dm .mol- 0,01

5,575 x 10-30,3198 4,933 x 10- 0,885

0,02 0,3182 4,642 x 10-3 0,8330,2 0,3174 4,503 x 10-3 0,808

Tabela 10: Dados referentes s actividades e aos coeficientes de actividade, calculadosatravs dos dados experimentais, do catio hidrognio nas solues de KCl.

y = 0,0606x + 0,4596R = 0,9993

E = 0,0571log(cH+) + 0,4488R = 0,99937

0.278

0.298

0.318

0.338

0.358

0.378

-00,003 -00,003 -00,002 -00,002 -00,001

E(V)

log (aH+) log (cH+)


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3.2 - Clculo terico das actividades e dos coeficientes de

actividade do catio hidrognio nas solues de KCl, atravs

da lei-limite de Debye-Hckel:

|KCl| / mol.dm- |HCl| / mol.dm- Agua / mol- .Kg I / mol .Kg- aH+ / dm .mol

- 0,01

5,575 x 10-3 0,5092,558 x 10- 4,622 x 10- 0,8291

0,02 1,056 x 10- 3,809 x 10- 0,68330,2 2,056 x 10-1 3,277 x 10-3 0,5878

Tabela 11: Dados referentes s actividades e aos coeficientes de actividade, calculadosatravs da lei-limite de Debye-Hckel.

3.3 - Clculo terico do declive da reta correspondente

equao de Nernst:

Atravs da equao de Nernst tambm se pode calcular teoricamente o valordo declive da reta E = f(log a), dado que:

3.4 - Clculo das incertezas:

Eixo xx m / V b/ V y/ Vlog (aH+) 0,003 0,001 0,001log (cH+) 0,002 0,0006

Tabela 12: Incertezas associadas aos declives e s ordenadas na origem das retas decorrelao apresentadas no grfico 1. Os valores foram obtidos atravs da utilizao daferramenta Anlise de dados do Excel.

Clculo do erro das actividades do catio hidrognio presente nas soluesde KCl:

() ( ) ( )

() |KCl| / mol.dm-3 a (H+) ()

0,01 0,004933 0,006

0,02 0,004642 0,005

0,2 0,004503 0,005

Tabela 13: Incertezas associadas s actividades do catio hidrognio presente nas soluesde KCl.


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Clculo da incerteza da concentrao de catio hidrognio:

|HCl| / mol.dm-3 E / V5,575 x 10- 0,3215

Tabela 14: Diferena de potencial registada para a soluo de HCl com concentrao 5,575x 10-3 mol / dm3.

() ( ) ( )

() |HCl| / mol.dm- () / mol.dm-

5,575 x 10- 0,004

Tabela 15: Valor da incerteza associada concentrao do HCl.

Clculo da incerteza dos coeficientes de actividade:

|||| ||||

( ) (||||)

|KCl| / mol.dm-3 |HCl| / mol.dm-3 / dm3.mol-1 / dm3.mol-10,01

5,575 x 10-3

0,885

0,02 0,8330,2 0,808Tabela 16: Valor das incertezas associadas aos coeficientes de actividade do catiohidrognio.


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4. Discusso dos resultados:

Neste trabalho so usadas solues de electrlitos fortes, e, paraconcentraes baixas, assume-se como vlida a lei de Debye-Hckel, que

admite conceitos como: os electrlitos fortes encontram-se completamenteionizados em solues diludas; ocorrem desvios negativos idealidadedevido exclusivamente ocorrncia de interaces inicas; cada ioencontra-se rodeado por uma atmosfera inica; os ies so tratados comocargas pontuais.Verificou-se que a reta E = f (log a) e a reta E = f (log c) apresentam declivesrelativamente prximos, quer entre si (apresentam declives de 0,0606 V e0,0571 V, respectivamente), quer com o valor terico (0,0592 V). Verificou-setambm que os valores das actividades e das concentraes divergem maispara concentraes mais elevadas, o que era de se esperar, dado queestamos a aumentar o nmero de ies presentes em soluo, havendo por

isso uma maior interaco entre estes devido a uma solvatao menoseficiente e formao de pares inicos. Mesmo assim, essa divergncia relativamente baixa uma vez que o HCl um electrlito muito forte.Relativamente s actividades do catio hidrognio, atravs dos dadosapresentados na tabela 10 evidencia-se que estas so sempre inferiores aovalor da concentrao do catio em soluo (que de 5,575 x 10 -3 mol.dm-3),o que tambm era de se esperar, uma vez que em soluo ocorrem sempreinteraces entre os ies, o que faz diminuir a concentrao efectiva deste.Em relao aos coeficientes de actividade, confirma-se serem inferiores unidade, evidenciando-se tambm uma diminuio dos valores paraconcentraes cada vez maiores, o que vai de encontro ao que fora

enunciado anteriormente.Comparando os valores experimentais com os valores tericos, calculadospela lei-limite de Debye-Hckel, verifica-se uma proximidade entre os valores,porm, para as concentraes mais elevadas de KCl (principalmente para asoluo de KCl a 0,2 mol.dm-3), estes apresentam uma maior diferenaporque, tratando-se de uma soluo com concentrao moderada, o solventeno consegue solvatar os ies com a mesma eficincia, levando a uma maiorinteraco entre eles.


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5. Bibliografia:

P. W. Atkins, Physical Chemistry, 6th edition, Oxford University Press, Oxford, 1999.

R. Chang, Physical Chemistry for the Chemical and Biological Sciences, 3 edio, UniversityScience Books, Sausalito, 2000.

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