EQUILÍBRIO LÍQUIDO-VAPOR DE MISTURAS BINÁRIAS

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A destilação simples é uma técnica utilizada para separar um líquido volátil de um soluto não-volátil ou sólido, na qual o vapor é recolhido e condensado, enquanto a destilação fracionada é usada para separar líquidos voláteis, em ciclos de ebulição e condensação sucessivos.[5]

A Figura 2 representa graficamente o aquecimento de uma mistura, a pressão constante, durante o processo da destilação fracionada. Nesse tipo de processo, faz-se o uso de uma coluna de fracionamento contínuo (Figura 1), a qual é aquecida em sua parte inferior, fazendo com que exista um gradiente de temperatura ao longo de toda a coluna, sendo o topo mais frio do que a extremidade inferior. Se a temperatura no topo da coluna for T1 e o vapor recolhido neste esteja em equilíbrio com o líquido que existe no prato superior (nº 1), as composições do líquido e do vapor são representadas por l1 e v1. No prato seguinte (nº 2), em uma temperatura um pouco superior, T2, o vapor que abandona esse prato tem uma composição v2. Quando esse vapor sobe ao prato 1, ele é resfriado à temperatura T1, ponto a. Isso significa que uma parte do vapor v2 se condensa para formar l1, o qual, sendo mais rico no constituinte menos volátil, o vapor que abandona o prato é mais rico no componente mais volátil e no equilíbrio sua composição é dada por v1. E isso se repete em todos os pratos da coluna, ou seja, o vapor sobe pela coluna e se resfria, fazendo com que o componente menos volátil condense primeiro e, assim, o vapor se torna cada vez mais rico no componente mais volátil, em sua ascensão. A Figura 1 mostra a curva de composição teórica da composição do vapor, se em cada posição da coluna o líquido estiver em equilíbrio com o vapor. O equilíbrio em cada posição da coluna, ou seja, em cada temperatura, é estabelecido pela redistribuição contínua dos dois componentes entre as duas fases, líquido e vapor, a partir da ascensão do vapor e queda do líquido pela coluna.[6]

Figura 1 – Coluna de fracionamento contínuo

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Fonte: CASTELLAN, 1986.

Figura 2 – Aquecimento de uma mistura, a pressão constante, com redistribuição de componentes entre o líquido e o vapor em uma coluna de fracionamento

[pic 2]

Fonte: CASSTELLAN, 1986.

A partir disso, o presente trabalho teve por objetivo estudar o comportamento do equilíbrio líquido-vapor da mistura binária constituída por água e ácido acético glacial, fazendo o uso da técnica de destilação. A partir dos dados obtidos experimentalmente, o comportamento do equilíbrio líquido vapor dessa mistura foi aplicado para validar a aplicação do modelo de solução ideal das Lei de Dalton e Lei de Raoult.

2 MATERIAIS E MÉTODOS

2.1 Materiais

Para a realização das técnicas utilizou-se:

• 1 manta de aquecimento elétrico;

• 1 balão de fundo redondo com capacidade para 250 mL;

• 1 termômetro e rolha de cortiça;

• 1 coluna de destilação;

• garras para a fixação da vidraria;

• suporte metálico;

• 1 condensador (Figura 3) e mangueiras para a circulação de água;

• 4 erlenmeyers de 250 mL;

• 1 funil;

• vidraria para adaptar o balão de destilação ao condensador e o condensador à proveta;

• 2 provetas de 100 mL;

• solução aquosa de hidróxido de sódio 5 M;

• indicador ácido-base fenolftaleína;

• bureta.

Figura 3. Representação esquemática da planta em escala de bancada utilizada para estudar o equilíbrio líquido-vapor da mistura de ácido acético glacial e água

[pic 3]

Fonte: http://www.profpc.com.br/Separa%C3%A7%C3%A3o_misturas.htm

2.2 Preparação da solução de alimentação

No balão de fundo redondo da aparelhagem, adicionou-se o volume de ácido acético glacial e de água destilada conforme mostrado no Quadro 1. Em seguida, inseriram-se as pedras de porcelana no balão contendo a solução preparada anteriormente. Homogeneizou-se a solução obtida e adaptou-se o balão novamente à aparelhagem.

[pic 4]

Quadro 1- Fonte: SILVA P.R, 2015

2.3Procedimentos de aquecimento e destilação

Primeiramente, mediu-se em uma balança analítica a massa dos erlenmeyers vazios e posicionou-se um deles na saída de condensado do condensador.Então, iniciou-se a circulação de água no condensador. Feito isso, lentamente iniciou-se o aquecimento da solução. Acompanhou-se a temperatura do sistema até que atingisse o estado estacionário. Aguardou-se a obtenção de 10 mL de condensado no primeiro erlenmeyer. Posteriormente, pesou-se o erlenmeyer com a solução. Em seguida, adicionaram-se 3 gotas de fenolftaleína na solução e ambientou-se a bureta com hidróxido de sódio 5 M para a realização da titulação da solução contida no erlenmeyer. Anotou-se o valor do volume gasto de hidróxido de sódio 5 M.

Pesou-se um segundo erlenmeyer vazio, anotou-se o valor e posicionou-se o mesmo na saída de condensado do condensador para coletar a segunda amostra. Aguardou-se a obtenção de 10 mL de condensado no segundo erlenmeyer. Pesou-se o erlenmeyer com a solução e acrescentaram-se 3 gotas de fenolftaleína na solução, fez-se a titulação da solução contida nele e anotou-se o valor do volume gasto na bureta. Aguardou-se o resfriamento da solução contida no balão de fundo redondo. Transferiu-se 5mL do balão de fundo redondo para o terceiro erlenmeyer e mediu-se a massa do conjunto novamente. Acrescentaram-se 3 gotas de fenolftaleína e titulou-se a solução, anotou-se o valor do volume gasto na bureta. Logo após, transferiu-se 5mL do balão de fundo redondo para o quarto erlenmeyer e mediu-se a massa do