Átomo grama de um metal

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Cálculo experimental da determinação do peso atômico (átomo grama) de um metal em laboratório.

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Átomo grama de um metal

  1. 1. Universidade Federal do Pampa Campus Bagé Determinar o Átomo Grama de um Metal Química Geral Experimental Erick Soares Fernandes erickfernandes@live.fr Junho/2010 0
  2. 2. ÍndiceConteúdo PáginaIntrodução ................................................................................................. 02Objetivo ..................................................................................................... 03Método ...................................................................................................... 04Procedimento Experimental – Materiais .......................................................... 05Procedimento Experimental – Prepararo ......................................................... 06Procedimento Experimental – Dados e Cálculos ............................................... 07Cálculos – 1ª Amostra ................................................................................. 08Cálculos – 2ª Amostra ................................................................................. 09Cálculos – Médias, Erros (Absoluto, Relativo) e Desvio Padrão ........................... 10Conclusão .................................................................................................. 11Bibliografia .................................................................................................. 12 1
  3. 3. IntroduçãoÁtomo-grama é a massa em gramas de 1 mol de átomos, que por sua vez, é ovalor que coincide com a sua massa atômica, em certas bibliografias, podemosencontrar o termo peso-atômico, que fora utilizado por muitos anos na literaturaquímica brasileira.“Assim como o quilograma é a unidade de medida da grandeza massa e o metro ada grandeza comprimento, o mol, cujo símbolo também é mol-1, é a unidade SIpara a quantidade de substância. Convencionou-se ser igual a 12 x 10-3 kg mol-1 amassa molar do isótopo 12 do carbono e que “um mol é a quantidade da substânciaisótopo 12 do carbono presente em 12 x 10-3 kg deste material”.A massa molar, convencionalmente simbolizada pela letra M, é a expressão corretautilizada para se referir à massa de uma porção de substância cuja quantidade desubstância é um mol. É utilizada para se referir a moléculas, elementos, íons,elétrons, etc. Exemplo:M (MgCl2) = 95,21g/mol, M (Mg) = 24,31 g/mol, M (H) = 1,0079 g/mol, M (Cl2) =70,916 g/mol .Do mesmo modo que o mol, o conceito de massa molar atua como uma ponte entremassa e quantidade de substância, podendo ser considerada como um fator deconversão entre mols e gramas:Uma vez conhecida a massa molar de um elemento, pode-se encontrar aquantidade de substância presente em uma amostra pela medida da massa,bastando dividir a massa da amostra pela massa de 1,0 mol do elemento, isto é:“A estimativa atual do número de átomos presentes naquilo queexperimentalmente mais se aproxima de 12 x 10-3 kg de Carbono-12 é o valornumérico da constante de Avogadro, NA = 6,0221367 x 1023 mol-1”.A constante de Avogadro na forma 1,0 mol = 6,0221367 x 1023 é usada como umfator de conversão entre a quantidade de substância e o número de entidades(átomos, íons ou moléculas). Assim, para converter o número de partículas deespécies Y (átomos, moléculas, íons ou fórmulas unitárias) em quantidade desubstância, basta utilizar o fator de conversão a seguir:Expressões como „número de gramas‟ ou „número de metros‟ não são utilizadas,pelo fato de serem ambíguas.Do mesmo modo, a expressão „número de mols‟ deve ser evitada, utilizando-sediretamente o nome da grandeza da qual o mol é a unidade de medida: quantidadede substância. Também é importante ressaltar que a grandeza “quantidade desubstância” é determinada indiretamente, geralmente através de uma medida demassa e/ou volume. Sendo assim, a quantidade de substância, em mols, é sempreencontrada em um contexto de cálculos.” A Determinação da Massa Molar de um Metal, Janaína César & João Carlos de Andrade, Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), abril/2006. 2
  4. 4. Objetivo Aplicar a Lei dos gases ideais, observar a estequiometria das reações e determinara massa molar (Átomo-Grama) de um metal através da medida do volume do gásdesprendido na reação de oxidação desse metal (Magnésio), com Ácido Clorídrico.Leis que regem os gases perfeitosUm gás perfeito obedece às seguintes leis: Lei Condições Enunciado ∝ Lei de Boyle-Mariotte Δm = ΔT = 0 ∝ Lei de Charles Δm = ΔP = 0 V T ∝ Lei de Gay-Lussac Δm = ΔV = 0 P V Lei de Avogadro Substância pura m nOnde: P representa a pressão V representa o volume T representa a temperatura termodinâmica n representa a quantidade de gás m representa a massaEquação de ClapeyronUnificando todos os enunciados obtemos que:Essa relação define a constante dos gases perfeitos (R) que vale 8,314 J·K−1mol−1para todos os gases perfeitos. Daí vem a equação de estado dos gases perfeitos,conhecida como equação de Clapeyron: PV = nRTNeste experimento, calcularemos o n do gás H2, que será proporcional a massa doMagnésio que queremos encontrar. 3
  5. 5. MétodoEnquanto a espectrometria de massa é um método dispendioso, direto e absolutopara a determinação de massas atômicas e moleculares, diversos métodoseconômicos, indiretos e relativos produzem resultados satisfatórios no laboratórioquímico comum. Um desses métodos, que permite a determinação da massaatômica de diversos metais, consiste em se fazer reagir totalmente o metal comácido concentrado, então temos; formação de H2 pela reação do Mg com o (g) (s) -1HCl 6,0 mol L. (aq) Reação: Mg + 2 HCl  MgCl2 + H2Da estequiometria da reação, temos que 1 mol de Magnésio, reage com 2 mols deÁcido Clorídrico, formando 1 mol de Cloreto de Magnésio e 1 mol de gásHidrogênio.Pelo desprendimento de gás Hidrogênio, podemos calcular indiretamente aquantidade de mols de Magnésio que participaram desta reação, tendo comoresultado a sua massa atômica, ou seja, seu átomo-grama. 4
  6. 6. Procedimento Experimental Materiais De acordo com o esquema mostrado, deverá ser realizada a dissolução das fitas de magnésio no ácido clorídrico, mas para isso devemos separar os seguintes materiais: Balança Analítica Pinça metálica Béqueres Proveta Tubo de ensaio Pipeta Graduada – 10 mL Pêra de borracha Suporte Universal Garra Régua Fio de Linha Fitas de Magnésio Ácido Clorídrico 6,0 mol L-1 Água Destilada Papel de filtro 5
  7. 7. Procedimento Experimental Preparo- Montar a aparelhagem de acordo com o esquema da figura: O metal atacado pelo ácido reage completamente, gerando gás hidrogênio início  fim- Fixar no suporte universal a garra- Colocar ¼ de água destilada no béquer- Pesar 2 fitas de magnésio com cerca de 1,5 cm de comprimento cada e identificá-las de modo a diferenciá-las durante o experimento. Pesar separadamente e anotaros valores obtidos (massa da fita).- Amarrar um fio de linha em cada amostra (cerca de 15 cm)- Coletar cerca de 4 mL de HCl 6,0mol L-1 e colocar essa quantidade em cada umdos 2 tubos de ensaio essa quantidade.- Encher o tubo de ensaio com água destilada até perto da borda, lentamente esem agitar.- Imergir a fita de magnésio no interior do tubo e tampar imediatamente com opapel filtro.- Inverter o tubo de ensaio e introduzir no interior do béquer, até encostar nofundo.- Prender o tubo de ensaio com o agarrador no suporte.- Com a ajuda da pinça, retirar o papel filtro da borda do tubo de ensaio 6
  8. 8. Procedimento Experimental Dados e Cálculos- Quando a reação se completar, medir a diferença de nível entre a superfície daágua no béquer a superfície da água no tubo de ensaio, utilizando uma régua.- Medir o volume do hidrogênio, a pressão barométrica e a temperatura.NOTA: Na parte experimental como se trabalha com um sistema aberto, a pressãointerna, do tubo de ensaio do gás, é igual à pressão atmosférica. A pressão internaé a soma das contribuições das pressões constituintes gasosos e da pressãohidrostática (da coluna líquida). O cálculo do número de mols do gás envolvido noprocesso requer o conhecimento da pressão parcial, que deve ser obtida da pressãototal.Após o término da reação, foi realizada a coleta dos dados, conforme tabela aseguir: . 1ª Amostra 2ª Amostra Massa da fita de Magnésio (g) 0,0294 0,0293 Volume de H2 desprendido (mL) 29,8 30,5 Diferença de Níveis de Água (mL) 1,7 2,1 Pressão barométrica (mmHg) 757,34 757,34 Temperatura do sistema (K) 291 291 Pressão do vapor de água (mmHg) * 15,477 15,477 Tabela 1 – Dados Experimentais * Os valores de Pressão de Vapor da Água e densidade, são conhecidos a determinadas temperaturase tabelados conforme dados da tabela a seguir. Temperatura (ºC) Densidade (g/mL) Pressão de vapor (mmHg) 0 0,99984 4,579 1 0,99990 4,926 2 0,99994 5,294 3 0,99997 5,685 4 0,99998 6,101 5 0,99997 6,543 6 0,99994 7,013 7 0,99990 7,513 8 0,99985 8,045 9 0,99978 8,609 10 0,99970 9,209 11 0,99961 9,844 12 0,99950 10,518 13 0,99938 11,231 14 0,99925 11,987 15 0,99910 12,788 16 0,99895 13,634 17 0,99878 14,530 18 0,99860 15,477 19 0,99841 16,477 20 0,99821 17,535 7 Tabela 2 – Temperatura, Densidade e Pressão da Água
  9. 9. Cálculos1ª Amostra .- Cálculo da Pressão de H2 desprendido d Água  g  h 7,5  10 4  pLocal  pGás  p Água  pColuna pLocal – pressão local, medida em mmHg pGás – pressão do hidrogênio, a ser calculada pÁgua – pressão de vapor, tabelada em mmHg pColuna – pressão da coluna, calculada em mmHg dÁgua – densidade, tabelada em g/mL ou g/cm3 g – aceleração da gravidade, medida em cm/s2 h – altura da coluna de água, medida em cm 7,5  10-4 – fator de conversão para mmHg- Cálculo da quantidade de mols da ReaçãoUtilizando a Lei dos gases ideais, temos: OBS: Como estamos trabalhando P. V=n. R. T com a pressão em mmHg (milímetros de Mercúrio), a constante universal dos Gases Ideais (R) adotada para este cálculo está de acordo com os outros valores, ou seja:- Cálculo da massa do MgMassa do Magnésio: 0,0293gNúmero de mols que reagiram: 0,00122 molsO valor final da massa da 1ª amostra de magnésio foi de: 24,02 g mol-1 8
  10. 10. Cálculos2ª Amostra .- Cálculo da Pressão de H2 desprendido d Água  g  h 7,5  10 4  pLocal  pGás  p Água  pColuna pLocal – pressão local, medida em mmHg pGás – pressão do hidrogênio, a ser calculada pÁgua – pressão de vapor, tabelada em mmHg pColuna – pressão da coluna, calculada em mmHg dÁgua – densidade, tabelada em g/mL ou g/cm3 g – aceleração da gravidade, medida em cm/s2 h – altura da coluna de água, medida em cm 7,5  10-4 – fator de conversão para mmHg- Cálculo da quantidade de mols da ReaçãoUtilizando a Lei dos gases ideais, temos: OBS: Como estamos trabalhando P.V =n. R. T com a pressão em mmHg (milímetros de Mercúrio), a constante universal dos Gases Ideais (R) adotada para este cálculo está de acordo com os outros valores, ou seja:- Cálculo da massa do MgMassa do Magnésio: 0,0294gNúmero de mols que reagiram: 0,00122 molsO valor final da massa da 1ª amostra de magnésio foi de: 24,09 g mol-1 9
  11. 11. Cálculos- Cálculo da média das massas- Cálculo do Erro Absoluto (Ea)1ª Amostra2ª Amostra- Cálculo do Erro Relativo (Er)1ª Amostra2ª Amostra- Cálculo do Erro Relativo (Média)- Cálculo do Desvio PadrãoLogo o valor do experimento com o cálculo do Desvio Padrão da Média, apresentavalores:Mg = (24,05± 0,26) g 10
  12. 12. Conclusão Da reação entre metal e ácido, podemos calcular a massa do metal de acordocom o volume de gás hidrogênio (H2) desprendido nesta reação. Tal feito éverificado pelo fato da massa do gás, estar relacionada com o número de molsresultantes da reação de balanceamento entre reagentes e produtos. Apesar de ser uma prática consideravelmente fácil de executar, o cuidado nomomento da montagem da aparelhagem e a correta imersão do tubo de ensaioinvertido no béquer com água, pode determinar o sucesso ou não desteexperimento. De acordo com o procedimento adotado e os cálculos efetuados, os valoresencontrados, muito se aproximaram do valor tabelado para o Magnésio, estandodentro da variação que também fora calculada neste experimento. Com o cálculo do Erro Relativo para as amostras analisadas, é percebido queo erro de 1% encontrado é classificado como muito baixo, portanto, com sucessoconclui-se o experimento, fato este que no comparativo entre os valoresencontrados experimentalmente (24,05 g) e o teórico (24,3050 u.m.a), observa-seque os valores são bem próximos. 11
  13. 13. Bibliografia Consultada1. Chebolu, V.; Storandt, B.C., “Stoichiometry of the reaction of magnesium with hydrochloric acid”, J. Chem. Educ., 2003, 80: 305-306.2. Birk, J.P.: Walters. D.L., “Pressure measurements to determine the rate law of the magnesium – hydrochloric acid reaction”. J. Chem. Educ., 1993, 70: 587-589.3. Kilpatrick, Martin, Jr., “A freshman experiment? The reaction of magnesium with acid”, J. chem. Educ., 1931, 8: 1566-1573.4. Andrade, J. Carlos; César, Janaína, “A determinação da Massa Molar de um Metal”, Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) por Chemkeys – Revista Eletrônica, Abril 2003.5. Russell, Jonh. B., “Química Geral”, 2ª edição, Vol. 1, Makron Books, 1994, 58 – 78, 161 – 166, Apêndice F, F1 – F4. 12

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