2. Procedimento Experimental

Transcrição

1 1. Introdução O próximo avanço significativo no estudo dos gases, após a Lei de Boyle, veio no começo de 1800 na França. Os balões de ar quente eram extremamente populares na época, e os cientistas estavam ansiosos para aperfeiçoar a performance de seus balões. Dois proeminentes cientistas franceses, Jacques Charles e Joseph-Louis Gay-Lussac fizeram estudos detalhados sobre como o volume de um gás era afetado pela sua temperatura. Assim como Robert Boyle fez todos os esforços possíveis para manter todas as propriedades do gás constantes (exceto a pressão e o volume), assim também o fez Jacques Charles, mantendo constante todas menos volume e temperatura. O equipamento usado por Charles era muito parecido com o utilizado por Boyle. Uma quantidade de gás foi presa em um tubo de vidro com formato de J que se encontrava selado em uma de suas extremidades. Esse tubo foi imerso em um banho de água; de forma que alterando-se a temperatura da água, Charles pôde mudar a temperatura do gás. A pressão foi mantida constante pelo ajuste da altura de mercúrio, de forma que as duas colunas de mercúrio tinham a mesma altura, e logo a pressão era sempre igual à atmosférica. Intuitivamente, espera-se que o volume de um gás decrescerá conforme a temperatura aumente. Essa relação é linear? Um gráfico V x T pode ser usado para testar essa hipótese: Quando plotamos o volume de um gás contra sua temperatura em Kelvin, obtemos uma linha reta. A matemática, então, diz que a razão V/T é igual a uma constante. Se um decréscimo na temperatura resulta em um decréscimo no volume, o que acontece se a temperatura é reduzida a um ponto onde o volume cai a zero? Um volume negativo é,

2 obviamente impossível; de modo que a temperatura na qual o volume cai a zero deve, de algum modo, ser a menor temperatura possível a ser alcançada. Essa temperatura é chamada de zero absoluto. Um exemplo da Lei de Charles seria o que acontece quando um balão de ar quente é aquecido. O ar se expande e enche o balão. Conforme o ar dentro do balão se expande, o balão fica cada vez maior e desloca mais ar. O ar deslocado produz uma força de flutuação que contraria a força gravitacional e faz com que o balão se erga. 2. Procedimento Experimental 2.1 Montagem do Equipamento Inseriu-se um termômetro no orifício de uma rolha e posicionou-a verticalmente na boca de um kitassato, certificando que a rolha ficou bem encaixada e que as leituras de temperatura possam ser feitas. Retirou-se o êmbolo da seringa, removendo com auxílio de um pedaço de papel higiênico o excesso de gordura do êmbolo e da seringa. Conectou-se uma mangueira de aproximadamente 5,0 cm na saída lateral do Kitassato, e posicionou-se a seringa horizontalmente com o auxílio de garras metálicas e do suporte universal, conforme mostra a figura: Inseriu-se o êmbolo da seringa até que a leitura fosse de 0,0 ml, ou seja, com o êmbolo na posição final. A seguir, conectou-se a mangueira na seringa, com atenção para não ocorrer variação da posição do êmbolo. 2.2 Coletando os dados experimentais Primeiramente fez-se a medição da temperatura do gás no interior do Kitassato (temperatura ambiente). Em seguida, colocou-se cuidadosamente o Kitassato sobre uma chapa aquecedora, mantendo a posição da seringa na mesma linha horizontal com a saída do Kitassato.

3 Ligou-se a chapa aquecedora e manteve-se a temperatura a 250 C. Por fim, coletou-se os dados da temperatura e do volume correspondente. 3. Resultados e Discussão Os dados obtidos, seguindo os passos propostos ao longo do item (2), são tabelados na tabela abaixo: Temp ( C) 27,5 30,0 32,0 32,5 33,0 34,0 34,5 35,0 36,0 38,0 39,0 Volum e (ml) Quadro 1. Resultados das medições de volume do gás com a variação da temperatura. Como pode ser observado pelo quadro acima, o gás contido no kitassato (o ar atmosférico) sofre uma expansão quando submetido a um acréscimo de temperatura. 3.1 Plotagem gráfica Os dados obtidos a partir do experimento foram plotados em um gráfico, mostrado abaixo, com o auxílio do programa Microcal Origin 6.0: Curva V x T 50 Volume ocupado pelo Gás (ml) Temperatura ( C) Após obtenção do gráfico, foi realizada com auxílio do mesmo programa uma regressão linear, obtendo-se a curva e a equação exibidas no item que se segue.

4 3.2 Regressão Linear A regressão, calculada pelo Origin, forneceu os seguintes resultados: Regressão Linear, V = A + BT Parâmetro Valor Erro A -139, ,09776 B 4, ,03663 R SD N P 0, , < 0,0001 Onde: SD = Desvio Padrão; N = Número de pontos R = Parâmetro de ajuste Pontos experimentais Equação obtida através da regressão 50 Volume ocupado pelo gás (ml) Temperatura ( C) De forma que, de acordo com a regressão realizada pelo Origin, a equação para o volume em função da temperatura pode ser descrita como:

5 V(T) = 4,85691T 139, ) (Eq. 3. Conclusão De acordo com os resultados obtidos e mostrados no item anterior pode-se concluir que houve uma certa discrepância entre o comportamento linear esperado para o experimento e o que realmente foi obtido. Esse fato deve-se a grande possibilidade de ocorrência de erros experimentais de diversas origens. 4. Bibliografia - LOGAN, R.H. Charles s Law. Disponível em: < Acessado em GRANDINETTI, P. General Chemistry Lecture 18 - The Gas Laws. Ohio State University: Ohio, Disponível em: < Acessado em BLAUCH, D.N. Gas Laws: Charles's Law. Davidson College: North Carolina, Disponível em: Acessado em Universidade Estadual de Goiás

6 UnUCET - Anápolis Química Industrial Físico-Química Experimental I A Lei de Charles Alunos: Bruno Ramos; Wendel Tiago Mendes. Professor: Ademir João Camargo Anápolis, 2005.