Lei de Graham de Difusão e Efusão, estimativa da densidade do dióxido de carbono (CO2)


MATERIAL UTILIZADO
PROCEDIMENTO - GRAHAM
PROCEDIMENTO - CO
2
    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?
Fonte:laboratório virtual da UNESP

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