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


MATERIAL UTILIZADO
PROCEDIMENTO - GRAHAM 
PROCEDIMENTO - 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 27,5o C?  

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 25oC sob uma pressão de 1,50 atm e vedada nesta pressão. Quantos ppm de CO2 existem nesta água?

 

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