Lei de Graham

PROFESSOR

PAULO CESAR

PORTAL DE ESTUDOS EM QUÍMICA

DICAS PARA O SUCESSO NO VESTIBULAR: AULA ASSISTIDA É AULA ESTUDADA - MANTER O EQUILÍBRIO EMOCIONAL E O CONDICIONAMENTO FÍSICO - FIXAR O APRENDIZADO TEÓRICO ATRAVÉS DA RESOLUÇÃO DE EXERCÍCIOS.

LEI DE GRAHAM DE DIFUSÃO E EFUSÃO, ESTIMATIVA DA DENSIDADE DO DIÓXIDO DE CARBONO (CO₂)

INTRODUÇÃO

LEI DE GRAHAN

DIFUSÃO:

É o processo pela qual as moléculas gasosas movem-se através das paredes porosas ou em um outro meio. A velocidade de difusão é proporcional à velocidade molecular média. Graham encontrou que a velocidade de difusão de um gás através de um outro é inversamente proporcional à raiz quadrada da densidade do gás.

(1)

Para gases A e B temos que:

(Lei da difusão de gases) (2)

Para uma dada temperatura e pressão:

(3)

Substituindo (3) em (2)

EFUSÃO:

É a passagem de um gás através de uma abertura de um orifício. A velocidade de efusão de uma gás é inversamente proporcional à raiz quadrada de sua densidade ou de sua massa molar.

A velocidade de efusão é inversamente proporcional ao tempo que uma dada quantidade de gás requer para escapar.

Para gases A e B temos que:

A simples expressão acima explica porque plantas de separação de isótopo usada para enriquecer uranio para reator nuclear são tão grandes. Geração de energia nuclear depende da habilidade de separar urânio-235 a partir do urânio 238, mais abundante. Um processo usa uma série de reações para converter o urânio em um sólido volátil, hexafluoreto de urânio. O vapor de UF₆ experimenta então a efusão através de uma série de
barreiras porosas. As moléculas de UF₆ contendo urânio-235, que é mais leve que aquelas contendo urânio-238, experimentam a efusão mais rapidamente podendo assim ser separado do resto. Entretanto, a razão entre o tempo que a mesma quantidade de ²³⁵UF6 e ²³⁸UF6 requerido para efusão é somente 1,004, assim uma separação muito pequena ocorre. Para melhorar a separação, o vapor é passado através de vários estágios de efusão, conseqüentemente, a planta deve ser muito grande. A planta original de Oak Ridge, Tennessee, usa 4000 estágios e cobre uma área de 43 acres. Você pode ver porque tais plantas, vitais para defesa nuclear e geração de energia nuclear, são difíceis de se esconder das forças estrangeiras que querem monitorar capacidade nuclear alheios.

MATERIAL UTILIZADO

-    Papel de pesagem.
-    Provetas de 50 e 250 mL.
-    Erlenmeyer de 125 mL.
-    Carbonato de Sódio NaCO₃.
-    HCl 1 mol/L.
-    Becker de 250 mL.
-    Conexão.
-    Tubo de ensaio.
-    Bico de Bünsen.

PROCEDIMENTO

1 - Preparar um tubo de vidro de de 70 cm de comprimento por 8 mm de diâmetro colocando-o num suporte contendo medidas;

2 - Preparar duas porções de algodão que caibam dentro do tubo e duas tampas com tamanho adequado para fechar as extremidades do tubo;

3 - Identificar ou marcar as extremidades (amônia e HCl) com uma caneta para retroprojetor;

4 - Embeber uma das porções de algodão com amônia líquida e a outra com solução de HCl, ambas de maneira que não formem poças de solução quando colocadas no interior dos tubos;

5 - Colocar os algodões dos tubos nas extremidades identificadas no item 3 e tampar. Acionar imediatamente o cronômetro;

6 - Deixar os gases difundirem ao longo do tubo;

7 - Ao observar a formação de um anel branco, marcar o tempo e o ponto que se formou;

8 - Calcular a relação de massa molar das duas substâncias e comparar com o valor teórico. Calcular, também, a razão entre velocidades de difusão e efusão.

DETERMINAÇÃO DA DENSIDADE DO DIÓXIDO DE CARBONO

PROCEDIMENTO

1 - Montar o sistema de coleta de gases.

FIGURA 1 - Sistema de Coleta de Gases.

2 - Pesar com precisão (± 0,1mg) entre 1,0000 e 1,1000g de carbonato de sódio, anotar a massa do papel mais o carbonato e dobrar o papel de pesagem sem tocar diretamente com as mãos. Esta massa de carbonato é suficiente para colher o CO₂ numa proveta de 250mL. Caso queira usar outra proveta de volume menor ou maior, testar qual massa apresentará os melhores resultados.

3 - Medir numa proveta cerca de 30 mL de HCl 1mol/L e transferir para um erlenmeyer de 125mL.

4 - Pesar o Erlenmeyer com HCl e anotar a massa.

5 - Introduzir o papel com o carbonato no Erlenmeyer com HCl, tampar, imediatamente, e agitar evitanto tocar o erlenmeyer diretamente com as mãos. Anotar o volume de CO₂ produzido e pesar todo conjunto após a evolução do gás.

FIGURA 2 - Animação do Experimento.

6 - Consultar os valores de pressão atmosférica e temperatura no dia e hora da experiência. Anotar os resultados. Comparar o valor da densidade do CO₂ com o da literatura.

7 - Descartar a solução final.

QUESTÕES

1 -) Escrever a fórmula estrutural do CO₂. Esta molécula é polar?

2 -) Escrever a fórmula estrutural do ácido carbônico.

3 -) Escrever as equações de equilíbrio do ácido carbônico.

4 -) Por que CO₂ é liberado em meio ácido? Haveria evolução deste gás em pH 13?

5 -) Quando é borbulhado CO₂ em água pura, o que deve ocorrer?

6 -) Calcule a densidade de CO₂ pela diferença de massa.

7 -) Como poderia utilizar os conceitos das leis de Dalton, Charles, Boyle e Clapeyron para o sistema?

8 -) Calcule qual a massa de CO₂ presente num recipiente de 250,0 mL sob uma pressão de 650 torr e temperatura de 27,5^oC?

9 -) Uma determinada massa de gás (m), está numa temperatura (t), pressão (p1) e volume (v1). O que ocorreria com a pressão se a mesma massa (m), estivesse: i) Na mesma (t), porém, em 2v1?, ii) Na mesma (t), porém, em 0,5v1? iii) No mesmo (v1), porém, em 2t?

10 -) Uma amostra de água foi gaseificada com CO₂ a 25^oC sob uma pressão de 1,50 atm e vedada nesta pressão. Quantos ppm de CO₂ existem nesta água?

Este site foi atualizado em 04/03/19