Uma estudante de Química realizou um experimento para investigar as velocidades de difusão dos gases HCl e NH3. Para tanto, colocou, simultaneamente, dois chumaços de algodão nas extremidades de um tubo de vidro, como mostrado na figura ao lado. Um dos chumaços estava embebido de solução aquosa de HCl (g), e o outro, de solução aquosa de NH3 (g). Cada um desses chumaços liberou o respectivo gás. No ponto de encontro dos gases, dentro do tubo, formou-se, após 10 s, um anel de sólido branco (NH4Cl), distante 6,0 cm do chumaço que liberava HCl (g).
a) Qual dos dois gases, desse experimento, tem maior velocidade de difusão? Explique.
b) Quando o experimento foi repetido a uma temperatura mais alta, o anel de NH4Cl (s) se formou na mesma posição. O tempo necessário para a formação do anel, a essa nova temperatura, foi igual a, maior ou menor do que 10 s? Justifique.
c) Com os dados do experimento descrito, e sabendo-se a massa molar de um dos dois gases, pode-se determinar a massa molar do outro. Para isso, utiliza-se a expressão
Considere que se queira determinar a massa molar do HCl. Caso o algodão embebido de solução aquosa de NH3 (g) seja colocado no tubo um pouco antes do algodão que libera HCl (g) (e não simultaneamente), como isso afetará o valor obtido para a massa molar do HCl ? Explique.
Respostas
Devido à formação do sólido NH₄Cl, um anel branco se forma no tubo.
De acordo com as informações recebidas, constatamos que esse anel se forma próximo ao algodão umedecido com HCl (6cm) e com o algodão umedecido com NH₃ (9cm) isto não ocorre.
Assim, é possível constatar que a velocidade de difusão do gás HCl é menor que a velocidade de difusão do gás NH₃.
b) A elevação de temperatura do sistema provoca o aumento da energia cinética das partículas, havendo, por conseguinte, a elevação na velocidade de difusão dos dois gases.
E cin↑ = K T = mv²↑/2
A elevação na temperatura vai manter o ponto de encontro dos dois gases o mesmo, porém oser menor. tempo para a formação do anel de NH₄Cl vai ser menor.
c) De posse da fórmula recebida: velocidade de difusão do HCl / velocidade de difusão do NH₃ =
=
Se descobrirmos a massa molar de NH₃, é possível saber a massa molar do HCl =
Se colocarmos os dois chumaços de algodão ao mesmo tempo, a velocidade de difusão será proporcional a distância determinada.
O anel se formará numa área mais próxima do HCl se o algodão com NH₃ for colocado antes. Isso acarretará em uma distância menor de 6cm, dando origem a um erro de cálculo da massa molar do HCl.
Poderíamos deduzir que a velocidade do NH₃ seria maior que a verdadeira, provocando em um resultado de massa molar do HCl maior do que a verdadeira.
Resposta:
a) A velocidade de NH3 é MAIOR que a do HCl no mesmo intervalo de tempo 10s.
Pois usando os dados:
Distância de NH3 no tubo é de 15-6= 9cm
então V= d/t, logo VNH3= 9cm/10s
VNH3= 0,9cm/s
Já a distância de HCl no tubo é de 6 cm ( como fala a questão)
então VHCl= 6cm/10s => 0,6cm/s, comprovando que VNH3>VHCl.
B) O anel de HCl foi formado na mesma posição pois com o aumento de temperatura a velocidade do gás aumenta também, mas não altera a posição. Se a temperatura aumenta e consequêntemente a velocidade também podemos ver que a velocidade é inversamente proporcional ( V= d/t) ao tempo, de modo que se ela aumenta o tempo diminui.
C) A velocidade de difusão de um gás pode ser calculada pela razão entre o deslocamento do gás e o tempo decorrido: v = d/Δt .
Uma vez que o algodão que libera HCl tenha sido colocado depois, seu deslocamento foi menor, levando a um valor de velocidade aparente menor que a real. Pela expressão fornecida, a massa molar de um gás é inversamente proporcional à sua velocidade de difusão. Logo o valor obtido para a massa molar do HCl seria maior do que a real.