RELATÓRIO DE AULA PRÁTICA: DIFUSIVIDADE EM GASES
Por: Carolina234 • 27/3/2018 • 2.292 Palavras (10 Páginas) • 497 Visualizações
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De acordo com Wolfram Alpha (2015), a pressão média durante os dias de coleta foi equivalente a 1014 hPa (760,6 mmHg = 1,0007 atm).
Para determinação da difusividade teórica, antes estudou-se a polaridade de ambas as substâncias. Primeiro, no caso da acetona, sua geometria é trigonal plana, como consequência da hibridação sp2 do carbono central. A molécula, o plano, os dipolos e o dipolo resultante são esquematizados na Figura 1, onde se percebe claramente que o oxigênio drena a densidade eletrônica do conjunto H3C-C-CH3, resultando num dipolo permanente (em vermelho na figura) no sentido R2Cδ+Oδ- (R = metila). Como consequência a acetona é uma molécula polar.
[pic 2]
Figura 1 – Geometria e vetor resultado do momento dipolo da acetona
Agora para o diclorometano, um solvente muito utilizado em laboratório, cuja fórmula é CH2Cl2, de estrutura tetraédrica. Respeitando as eletronegatividades relativas dos átomos, é possível notar a polaridade através do vetor resultante do momento dipolo, como exposto na Figura 2.
[pic 3]
Figura 2 – Geometria e vetor resultante do momento dipolo para o diclorometano
A obtenção dos valores teóricos dos coeficientes de difusividades em gases para fins de comparação com os experimentais foram calculados a partir da Equação de Chapman-Enskog. Obtendo-se da literatura os valores necessários para os termos da correlação, utilizando-se a temperatura média de bulbo seco (23,5°C = 296,65 K) e considerando os modelos de Lennard-Jones e Neufeld .
Na Tabela 2, encontram-se os dados retirados de literatura necessários no cálculo da difusividade teórica.
Tabela 2 – Dados para o ar, acetona e diclorometano utilizados no cálculo de DAB teórico
Substância
Propriedade
Ar
Acetona
Diclorometano
(Å)[pic 4]
3,542
-
4,748
(K)[pic 5]
79,0
329,0
312,75
(K)[pic 6]
93,000
-
398,0
(cm³∙mol-1)[pic 7]
-
77,600
63,857
µp (D)
-
2,91
1,60
M (g.gmol-1)
28,96
58,08
84,93
Referências: C.R Wilke and P.Chang, 2004, Smith e Van Ness, 2005, Reid et al. 1983 e Wolfram Alpha 2015.
Utilizando-se as Equações 1-10 e os dados da Tabela 2, determinou-se o DAB para ambas as misturas, com os cálculos para o sistema acetona-ar demonstrados a seguir como exemplo.
(1)[pic 8]
[pic 9]
(2)[pic 10]
[pic 11]
(3)[pic 12]
[pic 13]
(4)[pic 14]
[pic 15]
Sendo k a constante de Boltzmann (k=1,3806503.10-23 J.K-1) e é a energia característica da mistura.[pic 16]
(5)[pic 17]
[pic 18]
Uma vez que o ar é apolar (), este não afeta o momento dipolar.[pic 19]
(6)[pic 20]
[pic 21]
A integral de colisão para substâncias polares, determinada pela equação (9), depende da temperatura reduzida , determinada pela Equação (7), além da integral de colisão expressa na Equação (8), esta desenvolvida por Neufeld considerando o modelo de Lennard-Jones (PERRY e GREEN, 1984). Utilizou-se a temperatura média de bulbo seco na determinação da temperatura reduzida.[pic 22]
(7)[pic 23]
[pic 24]
+ (8) [pic 25][pic 26]
[pic 27]
Por se tratar de um caso em que pelo menos umas das substâncias envolvidas é polar, segue-se o método alternativo sugerido por Brokaw para o cálculo da integral de colisão (PERRY e GREEN, 1984).
+ (9)[pic 28][pic 29]
[pic 30]
Por fim, determina-se o DAB teórico para o sistema acetona-ar pela Equação (10). A pressão utilizada é a pressão média durante a prática, a temperatura é a média das temperaturas de bulbo seca e M é a massa molar referente a cada substância pertencente ao sistema em questão.
DAB = 1/2 (10)[pic 31]
[pic 32]
Como o Diclorometano também se trata de uma substância polar, de forma análoga foram feitos os cálculos, obtendo então um DAB= 0,1036 .[pic 33]
Na determinação da difusividade experimental, usufruiu-se dos dados da Tabela 1, assim sendo possível a construção da Tabela 3, esta que contém os valores referentes valores calculados para o parâmetro temporal θ (Equação 11) e o parâmetro z12 (Equação 12) para ambas as substâncias.
(11)[pic 34]
(12)[pic 35]
Onde L2 é a altura total do tubo utilizado e Li é a altura de líquido referente a cada
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