Determinação da massa molar do gás butano

O butano é um composto orgânico da família do grupo dos hidrocarbonetos, cuja fórmula molecular é C₄H_10.

O butano é o combustível dos isqueiros descartáveis, e é um dos principais componentes do gás liquefeito de petróleo (GLP), que é uma das frações obtidas nas refinarias de petróleo. Ele é chamado de liquefeito porque dentro dos botijões, por exemplo, ele é comprimido por altas pressões e parte dele passa para o estado líquido, o que podemos “sentir” balançando um botijão ou mesmo vendo um isqueiro de material transparente, como o mostrado na imagem no início do texto.

No experimento a seguir será mostrado como podemos determinar a massa molar do gás butano, de acordo com a Lei dos Gases Perfeitos.

Materiais necessários:

• 1 isqueiro;
• Balança;
• Mangueira transparente;
• Água;
• Proveta de 250 mL;
• Um recipiente de vidro ou transparente;
• Termômetro.

Procedimento Experimental:

1.   Pese a massa inicial do isqueiro; 
Conecte a mangueira na saída do isqueiro, de modo a não deixar nenhum vazamento, pois se a conecção do tubo ao isqueiro vazar, seus resultados estarão errados;

2.   Coloque água no recipiente transparente;
3.   Encha a proveta com água, tampe a sua abertura, a inverta e coloque-a no recipiente com água;
4.   Pegue a extremidade livre da mangueira e coloque no interior da proveta;
5.   Determine a temperatura da água;
6.   Injete o gás, ao apertar lentamente o gatilho do isqueiro, e observe o que ocorre;

7.   Faça a leitura do volume do gás coletado na proveta e anote;
8.   Pese novamente o isqueiro e anote a massa obtida;
9.   Repita o experimento 3 vezes para obter uma média nas medidas.

ATENÇÃO: Professor, lembre aos alunos que o gás butano é tóxico e, se for inalado, pode causar arritmia cardíaca e bradicardia (diminuição da frequência dos batimentos do coração). Além disso, deixe as janelas do laboratório abertas.

Resultados e Discussão:

Quando o gás butano é injetado na proveta, ocorre um deslocamento da coluna de água em seu interior.

O professor pode pedir para os alunos calcularem a massa molar (M = m/n) do gás butano, com o auxílio da equação de estado dos gases (PV = nRT). Considere o gás butano como um gás ideal, a pressão atmosférica (P) igual a 1 atm e o valor da constante universal dos gases (R) igual a 0,082 atm. L. K^1- . mol^1-.

Veja um exemplo:

Digamos que os dados obtidos foram:

Massa do isqueiro antes (m1) = 18, 7 g

Massa do isqueiro depois (m2) = 18, 5 g

Volume deslocado de água na proveta (V) = 71 mL

Temperatura medida na hora do experimento = 28 ºC

Relacionando a equação de estado dos gases (PV = nRT) com  fórmula da massa molar (M = m/n → n = m/M )  , temos:

M = mRT
          PV

P = Pressão (Pressão atmosférica menos a pressão de vapor da água);

V: Volume;

n: número de mols;

m: massa do butano (m1 – m2 = 18,7 – 18,5 = 0,2);

M: massa molar do butano;

R: Constante dos gases;

T: temperatura em graus Kelvin (28 + 273,15 = 301,15 K)

Para descobrir a pressão de vapor da água basta olhar na tabela a seguir. Visto que a temperatura medida foi de 28 ºC, então a pressão de vapor de água na coluna é de 28,4 mmHg.Concluímos que a pressão exercida pelo gás na coluna d’água dentro da proveta foi de 731,6 mmHg. Já que se considera que a pressão atmosférica no momento do experimento era de 1 atm ou 760 mmHg.

Agora que temos todos os dados podemos substituí-los na fórmula e descobrir a massa molecular o gás butano:

M = mRT
          PV

 M = (0,2 g) . (0,082 atm . L . K^-1 . mol^-1) . (301,15 K)
                               (0,962 atm) (71 . 10 ^-3 L)

M ≈ 72,3 g/mol

A massa molecular do gás metano é de 58 g/mol. Os dados obtidos experimentalmente não foram iguais aos teóricos, provavelmente devido a erros de operação, tais como presença de ar na proveta e a perda de massa de gás butano.

O professor pode pedir aos alunos que apontem qual foi a possível fonte de erro em seus experimentos.

Por Jennifer Fogaça
Graduada em Química