Área 2 – Química Ensino Médio - 2º Ano

Apresentação em tema: "Área 2 – Química Ensino Médio - 2º Ano"— Transcrição da apresentação:

1 Área 2 – Química Ensino Médio - 2º Ano ASPECTOS QUANTITATIVOS DAS SOLUÇÕES (Concentração comum e concentração em mol/L) 1

2 Conceitos iniciais As soluções estão presentes em quase tudo na nossa vida. Quando levamos um susto, por exemplo, não é difícil acontecer de alguém nos oferecer um copo de água com açúcar para nos acalmarmos. O que talvez não se saiba é que água com açúcar NÃO possui o menor efeito calmante. Água com açúcar é, portanto, uma solução na qual o açúcar está dissolvido na água. Nosso “calmante” pode estar muito ou pouco doce. Quimicamente falando, o que pode variar é a concentração do açúcar. Quanto mais doce estiver, mais açúcar está dissolvido, ou seja, mais concentrada está a solução. Imagem: Uma colher derrama lentamente açúcar em um copo de água, em 7 de janeiro de 2012 / Fotografia: APN MJM / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported

3 Conceitos iniciais O conceito “concentração” é amplamente usado em nosso cotidiano. Cansamos de ler rótulos de produtos, tais como "suco concentrado" ou "detergente concentrado" e ainda ouvimos muito falar em concentração disso ou daquilo. A concentração nada mais é do que a relação entre a massa do soluto (o que está dissolvido) e o volume da solução (1). Quer ver como é simples? Imagem: Suco de laranja / Fotografia: USDA / Public Domain

4 Conceitos iniciais Quase todas as reações químicas acontecem com os reagentes dissolvidos em algum líquido (2). Muitas das coisas que consumimos (remédios, bebidas etc.) também são soluções. Daí a importância de entendermos algumas coisas sobre soluções. Uma solução é sempre composta de duas coisas: uma que dissolve, que chamamos de solvente; e outra que é dissolvida, que chamamos de soluto. Imagem: SEE-PE

5 Conceitos iniciais No laboratório, as soluções são normalmente preparadas através da dissolução de uma determinada quantidade de soluto em uma dada quantidade de solvente. O conhecimento das quantidades de soluto, solvente e solução nos permite estabelecer algumas relações matemáticas, denominadas concentrações das soluções (3). As principais unidades de concentração usadas no laboratório são: concentração comum; concentração molar; fração molar; título; densidade. Nesta aula, trataremos apenas da concentração comum e da concentração molar. As demais serão assunto da aula seguinte. Imagem: Experimento de química em laboratório, em 12 de outubro de 2007 / Fotografia: WebDev1914 / Public Domain

6 Tipos de soluções Podemos classificar as soluções de acordo com a quantidade de soluto presente (4). Tenha sempre em mente que existe um limite para a quantidade de soluto que pode ser adicionado a um determinado volume de solvente. Esse valor é o que chamamos de coeficiente de solubilidade (5). Um copo de água não pode dissolver todo o açúcar do mundo, não é? Assim teremos soluções: INSATURADAS: quando uma solução contém soluto abaixo do coeficiente de solubilidade; SATURADAS: quando a quantidade de soluto é igual ao coeficiente de solubilidade, ou seja, está no limite; SUPER-SATURADAS: quando a quantidade de soluto supera o limite. Imagem: SEE-PE

7 Tipos de soluções Você deve estar se perguntando: “Como é possível ter uma quantidade de soluto superior ao limite. Afinal é o limite... ou não?” As soluções supersaturadas, que contêm uma quantidade de soluto superior ao coeficiente de solubilidade (CS), são difíceis de se preparar e muito instáveis. Imagine que você queira empilhar pedras (no seu jardim zen) e o máximo que consegue empilhar são 4 pedras. Todas as vezes que tentou o limite foi sempre 4 (6). Imagem: Rock Balancing / Fotografia: LyeanArt / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported

8 Tipos de soluções De repente, você usa toda a sua “concentração de monge” e consegue empilhar a 5ª pedra. De repente, dá um vento e ficam 4 pedras. Você se concentra novamente e consegue empilhar 6 pedras (INCRÍVEL)! Nesse momento, aparece um mosquito e pousa em cima da pilha, derrubando 2 pedras. É isso que acontece nas soluções super-saturadas. Em condições especiais conseguimos dissolver uma quantidade de soluto superior ao CS mas, na primeira perturbação, o excedente se precipita restando dissolvida apenas a quantidade limite, o que torna a solução saturada (7). Imagem: Rock Balancing / Fotografia: LyeanArt / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported

9 Curva de solubilidade A solubilidade varia com o tipo de soluto ou de solvente. Além disso, o principal fator que influencia na solubilidade é a temperatura. O Coeficiente de Solubilidade (CS) pode aumentar ou diminuir com a temperatura, dependendo do soluto em questão. A variação do CS em função da temperatura é representado em um gráfico que chamamos de curva de solubilidade. Nela podemos identificar ainda as regiões de saturação da solução (8).

10 Curva de solubilidade Imagens: SEE-PE

11 Como alterar a concentração de uma solução?
Para alterar a concentração de uma solução, podemos: Aumentar a quantidade de soluto, aumentando a concentração; Aumentar a quantidade de solvente, diminuindo a concentração; Diminuir a quantidade de solvente, aumentando a concentração. Estranhou a terceira opção? Como podemos diminuir a quantidade de solvente? Evaporar o solvente pode ser um excelente método (9).

12 Como alterar a concentração de uma solução?
Tente em casa: Dissolva um pouco de sal de cozinha em um copo com água. Coloque sua solução em uma panela e leve ao fogo. À medida que a água (solvente) evapora, a solução vai se tornando mais concentrada. No final, ela se torna uma solução saturada: começa a precipitar sal, indicando que a concentração está acima do limite (10). Esse é o processo usado para obtenção do sal de cozinha a partir da água do mar. Imagem: Produção de sal / Fotografia: Ricampelo / GNU Free Documentation License

13 C = m1/V Concentração comum
Não se trata de concentração mental, tão bem representada em “O pensador”, de Auguste Rodin. Concentração comum é a relação entre a massa de soluto presente numa solução e o volume desta mesma solução: C = m1/V Sendo: C = concentração comum m1 = massa do soluto (em g). V = volume da solução (em L). Imagem: Aguste Rodin / O pensador / Fotografia: Karora / Public Domain

14 Concentração comum Sua unidade no SI é kg/m³, porém é muito mais comum ser expressa em g/L. Outras unidades usadas: g/mL (ou g/cm³), kg/L, etc. Em algumas atividades, como em análises clínicas, são usadas variações como g/100 mL, g/100 cm³, g/dL ou ainda mg/mL. Imagem: The U.S. Food and Drug Administration / Public Domain

15 Concentração comum (exemplos)
Se dissolvermos 20 g de sal de cozinha (NaCl) em 500 mL de solução aquosa. Qual a concentração do sal nesta solução? m1 = 20 g V = 500 mL = 0,5 L C = 20 g / 0,5 L = 40 g/L Imagem: NaCl, em 11 de outubro de 2007 / Fotografia: Ondřej Mangl / Public Domain

16 Concentração comum (exemplos)
Um frasco de remédio informa o seguinte: C = 50 mg/mL. Responda: a) Quantos mg do soluto há em cada mL? Há 50 mg de soluto para cada mL de solução. b) Quantos mg de soluto há em meio litro de solução? Usando a fórmula, temos: 50 = m1/500  m1 = mg Imagem: Pílulas / MorgueFile / / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported

17 Concentração molar Concentração molar ou molaridade é a quantidade de soluto, em mol, dissolvidos num volume de solução em litros (11). Relembrando a definição de mol (quantidade de matéria): “Mol é a quantidade (em g) de um sistema que contém tantas unidades elementares quantas existem em átomos de carbono em 12 g de C12”. Essa unidade elementar deve ser especificada e pode ser um átomo, uma molécula, um íon, um elétron, um fóton etc. ou um grupo específico dessa unidade. Imagem: SEE-PE

18 Concentração molar M = n1/V Pela constante de Avogadro:
1 mol = 6,02 x 10²³ Outras unidades de medida de concentração são usadas, porém a mais importante é a Molaridade (12): M = n1/V na qual: n1 = quantidade de matéria do soluto (em mol) V = volume da solução (em L). Imagem: Vários vidros de laboratório, em 22 de agosto de 2009 / Fotografia: Tweenk / Creative Commons Attribution 3.0 Unported

19 Concentração molar M = m1/(M1.V) n1 = m1/M1
Sabendo que n1 é a relação entre a massa do soluto (m1) (em g) e a massa molar da substância (M1, em g/mol), temos: n1 = m1/M1 Juntando as duas expressões, temos a forma expandida: M = m1/(M1.V) Em que: m1 = massa do soluto (em g); M1 = massa molar do soluto (em g/mol); V = volume da solução (em L). Imagem: Vidros de laboratório, em 25 de março de 2007 / Fotografia: André Luis Carvalho e Leandro Maranghetti Lourenço / Public Domain

20 Concentração molar (exemplos)
Responda: Qual a concentração molar de uma solução com volume de 250 mL e com 26,8 g de cloreto de cálcio (CaCl2) dissolvidos? Primeiramente, obtemos a massa molar do soluto a partir das massas atômicas dos seus elementos: Ca = 40,1 e Cl = 35,5 40,1 + (2 x 35,5) = 111,1 (M1 = massa molar do CaCl2) Para encontrar o n1 (CaCl2) é preciso calcular: 1 mol → 111,1 g n1 (CaCl2) → 26,8 g n1 (CaCl2) = 0,241 mol Aplicamos por fim: M = n1/V = 0,241/0,250 M = 0,964 mol/L

21 Concentração molar (exemplos)
Uma solução de alvejante é preparada dissolvendo-se 521,5g de hipoclorito de sódio (NaClO) em água suficiente para 10,0 litros de solução. Responda: A concentração, em mol/L, da solução obtida é: (Dado: massa molar do NaClO = 74,5g/mol) a) 7,0 b) 3,5 c) 0,70 d) 0,35 e) 0,22 M = m1/(M1 x V) M = 521,5/(74,5 x 10) M = 0,70 mol/L

22 Laboratório Virtual Um garoto que acaba de sair da escola, onde aprendeu como calcular a concentração, vai para o sítio do tio. Curioso, observa como o tio purifica a água que retira do poço, e percebe que pode ajudá-lo. Vamos aprender como calcular a quantidade de cloro que deve ser diluída na água para beber. Basta “clicar” no link abaixo:

23 Exercícios 20 g de NaOH são dissolvidos em água. Sabendo que a massa molar do NaOH é igual a 40g/mol e que o volume da solução foi completado para 500 mL, calcule (13): a) concentração comum da solução; b) concentração molar da solução. a) C = 20 / 0,5 = 40 g/L b) M = 20 / (40 x 0,5) = 20 / 20 = 1,0 mol/L Imagem: NaOH, em 11 de outubro de 2007 / Fotografia: Ondřej Mangl / Public Domain

24 Exercícios Pacientes que necessitam de raios X do trato intestinal devem ingerir previamente uma suspensão de sulfato de bário (BaSO4, 233,43 g/mol). Esse procedimento permite que as paredes do intestino fiquem visíveis numa radiografia, permitindo, assim, uma análise médica de suas condições (14). Considerando-se que, em 500 mL de solução existem 46,6 g do sal, pede-se: a) a concentração molar b) a concentração em g/L Imagem: Nevit Dilmen / Raio-X, em 29 de setembro de 2010 / GNU Free Documentation License a) 0,4 M (ou mol/L) b) 93,2 g/L.

25 Exercícios Serão necessários quantos gramas de NaCl para produzir 2 litros de solução 1,5 mol/L? (Dado: Massa molar do NaCl = 58,5 g/mol) M = n1 / V  n1 = M x V n1 = 1,5 x 2 = 3,0 mols de NaCl 1 mol de NaCl ,5 g 3 mols de NaCl x x = 58,5 x 3 / 1 x = 175,5 g de NaCl Imagem: NaCl, em 11 de outubro de 2007 / Fotografia: Ondřej Mangl / Public Domain

26 Exercícios Precisava-se de um litro de solução aquosa de ácido sulfúrico. Decidindo-se reaproveitar as soluções que já estavam prontas no laboratório, foram misturados 600 mL de solução 0,5 mol/L com 400 mL de solução 0,2 mol/L. Qual a concentração (em mol/L) da solução obtida? Vf x Mf = V1 x M1 + V2 x M2 1,0 x Mf = 0,6 x 0,5 + 0,4 x 0,2 Mf = 0,30 + 0,08 Mf = 0,38 M (ou mol/L) Imagem: SEE-PE

27 Até a próxima aula!

28 Tabela de Imagens Slide Autoria / Licença Link da Fonte Data do Acesso
2 Uma colher derrama lentamente açúcar em um copo de água, em 7 de janeiro de 2012 / Fotografia: APN MJM / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported 09/03/2012 3 Suco de laranja / Fotografia: USDA / Public Domain 4 SEE-PE Acervo SEE-PE 5 Experimento de química em laboratório, em 12 de outubro de 2007 / Fotografia: WebDev1914 / Public Domain 6 7 e 8 Rock Balancing / Fotografia: LyeanArt / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported 9a 9b 11 Produção de sal / Fotografia: Ricampelo / GNU Free Documentation License 12 Aguste Rodin / O pensador / Fotografia: Karora / Public Domain 13 The U.S. Food and Drug Administration / Public Domain

29 Tabela de Imagens Slide Autoria / Licença Link da Fonte Data do Acesso
14 NaCl, em 11 de outubro de 2007 / Fotografia: Ondřej Mangl / Public Domain 12/03/2012 15 Pílulas / MorgueFile / / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported 09/03/2012 16 SEE-PE Acervo SEE-PE 17 Vários vidros de laboratório, em 22 de agosto de 2009 / Fotografia: Tweenk / Creative Commons Attribution 3.0 Unported 13/03/2012 18 Vidros de laboratório, em 25 de março de 2007 / Fotografia: André Luis Carvalho e Leandro Maranghetti Lourenço / Public Domain 22 NaOH, em 11 de outubro de 2007 / Fotografia: Ondřej Mangl / Public Domain 23 Nevit Dilmen / Raio-X, em 29 de setembro de 2010 / GNU Free Documentation License 24 25