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Prof.ª Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I.

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2 Prof.ª Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I

3 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I A adição de solutos a solventes pode originar três tipos de sistemas soluções, suspensões e colóides A diferença fundamental entre uma solução e uma suspensão é o tamanho das partículas dispersas misturas cujas partículas dispersas são muito menores do que aquelas que podem ser vistas a olho nu, mas muito maiores que moléculas individuais. Tais partículas são denominadas partículas coloidais

4 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I CLASSIFICAÇÃO DOS COLÓIDES Dependendo do tipo da partícula coloidal e do meio dispergente, os colóides podem ser classificados de várias maneiras, ou seja, recebem nomes particulares: Aerossol consiste em um sólido ou um líquido disperso em um gás.

5 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I Emulsão são colóides formados por líquido disperso em outro líquido ou sólido. Os exemplos mais conhecidos desse tipo de colóide são a maionese, o queijo e a manteiga. Espuma consiste em um gás disperso em sólido ou líquido. Sol são colóides formados pela dispersão de um sólido em líquido. O plasma sangüíneo é formado por grandes moléculas orgânicas dispersas em água.

6 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I Gel é um colóide formadopela dispersão de um líquido em um sólido. Pode ser considerado um tipo de sol, no qual as partículas do dispersante sólido compõem um retículo contínuo, de estrutura aberta e semi-rígida. Nesse tipo de colóide, tanto o disperso (líquido) como o dispersante (sólido) são contínuos

7 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I

8 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I Estudar soluções para....?????? Compreender o significado da concentração de soluções; Saber expressar quantitativamente essa concentração;

9 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I 1 – CONCEITO: São misturas de duas ou mais substâncias que formam um única fase (homogênea).

10 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I 2-COMPONENTES DA SOLUÇÃO As soluções apresentam composição variável, são sistemas homogêneos, formados por uma ou mais substâncias dissolvidas (soluto) num líquido (solvente), que não forma depósitos no fundo do recipiente (corpo de chão). Seus componentes não podem ser separados por filtração. Sua separação é possível usando outros processos físicos como por exemplo a destilação.

11 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I

12 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I 3 – TIPOS DE SOLUÇÕES 3.1- Quanto ao estado físico

13 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I SoluçãoSolutoSolventeExemplo Sólida Sólido Liga metálica Cu – Ni LíquidoSólido Hg em Cu (amálgama de cobre) GasosoSólido H 2 dissolvido em Ni Líquida SólidoLíquido NaCl em H 2 O Líquidolíquido Álcool em H 2 O GasosoLíquido CO 2 dissolvido em H 2 O Gasosa SólidoGasoso Poeira no ar atmosférico LíquidoGasoso Água no ar atmosférico Gasoso Ar atmosférico

14 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I São aquelas em que o soluto é um composto iônico. Exemplo: água + sal de cozinha. São aquelas em que o soluto é um composto molecular. Exemplo: água + açúcar. Obs.:os ácidos são compostos moleculares, que em água, originam uma solução eletrolítica Quanto a natureza do soluto:

15 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I 3.3 – Quanto a solubilidade A substância que se dissolve é o soluto, a substância na qual o soluto se dissolve é o solvente. A mistura homogênea resultante é a solução.

16 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I

17 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I "Solutos diferentes apresentam solubilidades diferentes - Solução diluída - quantidade grande de solvente em relação ao soluto Ex: 2 g de NaCl em 100ml de H 2 O a 18ºC - Solução concentrada - quantidade grande de soluto em relação ao solvente Ex: 30g de NaCl em 100ml de H 2 O a 18ºC

18 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I - Solução saturada - contém a máxima quantidade de sal que se dissolve em 100ml de H 2 O a uma determinada temperatura. Ex: 36g de NaCl em 100ml de H 2 O a 18 ºC -S-Solução supersaturada - apresenta uma maior quantidade de soluto do que o solvente consegue dissolver. Essa solução apresenta corpo de chão, corpo de fundo ou precipitado. Ex: 40 g de NaCl em 100 mL de H 2 O a 18ºC

19 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I OBS: a solução supersaturada é instável, agitando-a ou adicionando-lhe um pequeno cristal do soluto ( gérmen de cristalização), ocorrerá imediata precipitação do soluto dissolvido em excesso, voltando a ser saturada.

20 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I Adicionando um pequeno cristal à solução supersaturada de acetato de sódio, a cristalização inicia-se com formação de cristais na forma de agulhas e continua até que todo o soluto em excesso se cristalize.

21 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I 4 – COEFICIENTE E CURVA DE SOLUBILIDADE Coeficiente de solubilidade : É a quantidade máxima de uma substância capaz de dissolver uma quantidade fixa de solvente. Em certas condições experimentais. A quantidade pode ser expressa em g ou mol por 100g de solvente. Geralmente o Cs é expresso em m 1/ 100 g de H 2 O.

22 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I Curvas Ascendentes : São substâncias que se dissolvem com a absorção de calor, isto é, a dissolução é endotérmica. Curvas Descendentes : São substâncias que se dissolvem com a liberação de calor, isto é, a dissolução é exotérmica. Observe o gráfico a dissolução do KNO 3, do K 2 CrO 4 e do NaCl é endotérmica. Dentre essas, a dissolução do KNO 3 é a que mais varia com a temperatura (observe a inflexão da curva). A dissolução do Ce 2 (SO 4 ) 3 é exotérmica.

23 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I SUPERSATURADA INSATURADA SATURADA

24 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I A B C D Diretamente proporcional Inversamente proporcional Não se altera Sal hidratado Ponto de inflexão TºC CS TIPOS DE CURVAS DE SOLUBILIDADE

25 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I 1L de água a 0°C 357 g de NaCl CS do NaCl a 0°C = 35,7 g / 100g de H 2 O CS do NaCl a 25°C = 42,0 g / 100g de H 2 O 400 g de NaCl Saturada insaturada

26 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I SOLUÇÃO SUPERSATURADA 1L de água a 0°C 1L de água a 25°C 1L de água a 0°C 400 g de NaCl Supersaturada A concentração na solução final está acima do CS do NaCl a 0°C.

27 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I Por ser polar, a água aproxima-se dos íons que formam um composto iônico (sólido) pelo pólo de sinal contrário à carga de cada íon, conseguindo assim anular suas cargas e desprendê-las do resto do sólido. Uma vez separado do sólido, os íons são rodeados por moléculas de água, evitando que eles regressem ao sólido (ex. NaCl). Solubilidade de compostos iônicos em àgua

28 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I O lado da molécula da água que contém os átomos de hidrogênio (+) atrairá os íons Cl -, e os íons Na + serão atraídos pelo lado do átomo de oxigênio (-) da água. Esta é a maneira como as substâncias sólidas iônicas se dissolvem na água, e este processo é chamado de hidratação. Quando o solvente é outro que não a água, o processo é denominado de solvatação.

29 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I 5 - Preparo de soluções no laboratório Massa do soluto = 80 g M(NaOH) = 40 g mol –1 O soluto é transferido para o frasco e, em seguida, adiciona-se um pouco de água destilada e agita-se até que todo o sólido se dissolva. Finalmente, acrescenta- - se água com auxílio de uma pisseta até atingir a marca de mL. THE NEXT/CID 1 Introdução às expressões de concentração das soluções aquosas

30 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I Unidades de massa grama = 10 3 miligramas quilograma (kg) = 10 3 gramas miligrama = gramas = kg Unidades de volume Litro = 10 3 mililitros = dm 3 m 3 = 10 3 litros mililitro = cm 3 = litro

31 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I 6 – Tipos de Concentrações -C-Concentração Comum C (g/L) – Indica a massa do soluto em 1 L da solução. C = m 1 Onde: m 1 = massa do soluto V V = volume da solução em litros EXEMPLO Uma solução de NaOH apresenta 200 mg dessa base num volume de 400 mL de solução. Qual a Concentração (g/L)? Solução: m 1 = 200 mg = 0,2 g ; V = 400 mL = 0,4 L C = 0,2 g / 0,4 L = 0,5 grama/Litro A solução preparada contém 80 g de soluto dissolvidos em 1,0 L de solução.

32 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I -Concentração Molar ou molaridade M ( mol/L ) – Indica o nº de mols do soluto em 1 L da solução. OBS: Um solução 2 molar significa que apresenta 2 mols do soluto por litro da solução. M = n 1 onde: n 1 = número de mols do soluto. V V = Volume da solução em litros.

33 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I Exemplo Uma solução de H 2 SO 4 contém 0,75 mols desse ácido num volume de 2500 cm 3 de solução. Qual a Molaridade ? Solução: n 1 = 0,75 mol ; V = 2500 mL = 2,5 L M = n 1 / V = 0,75 / 2,5 = 0,3 mol/L ou 0,3 M

34 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I Contando íons em solução

35 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I

36 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I -T-Título em massa t m – É a razão entre a massa do soluto e a massa da solução. sem unidades Ainda: T% = T. 100

37 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I Exemplo Foram dissolvidas 80 gramas de NaCl em 320 gramas de água. Qual o título da solução ? Solução: m 1 = 80 g ; m 2 = 320 g ; m = 400 g T = 80 / = 80 / 400 = 0,2 Resposta: T = 0,2 ou T% = 20 %

38 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I -Título em volume tv– É a razão entre o volume do soluto e o volume da solução. sem unidades Ainda: T v % = T v. 100 O Título em volume é usado para expressar a graduação alcoólica das bebidas. Ex.: 38 o GL = 38 %

39 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I Exemplo Uma bebida alcoólica apresenta 25% de etanol (álcool). Qual o volume, em mL, do etanol encontrado em 2 litros dessa bebida ? Solução: T v % = 25% T v = 0,25 ; V = 2 L V 1 = T v. V = 0,25.2 = 0,5 L = 500 mL Resposta: V 1 = 500 mL = 0,5 L

40 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I -D-Densidade da Solução – É a relação entre a massa do soluto e o seu volume. d = m V

41 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I Ampliando: Densímetro Densímetros 1,06 g/cm 3 1,03 g/cm 3 Urina com densidade fora do normal Urina normal

42 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I Relações entre C e T dividindo C por T, resulta

43 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I Observações: 1. A Concentração (C) sempre deve ser expressa em g/L; 2. Se a densidade também está expressa em g/L a relação resultará C = T. d 3. Se a densidade está expressa em g/mL (ou g/cm 3 ) a relação resultará C = T d

44 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I Relações entre C, T e M M como n 1 = m 1 / M 1 m 1 = massa do soluto M 1 = massa molar do soluto M =

45 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I Exemplo Uma solução de HCl contém 36,5 %, em massa do ácido e densidade 1,2 g/mL.Qual a Molaridade ? Solução: T% = 36,5 % T = 0,365; d = 1,2 g / mL M = T d / M 1 = 0, ,2 / 36,5 M = 12,0 mol ou 12,0 M ou 12,0 Molar

46 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I Partes por milhão (ppm) em massa e em volume Para valores de título e porcentagem muito pequenos Pode se referir ao título em massa ou ao título em volume. 0,05 ppm em massa massa de soluto massa de solução 30 ppm em volume volume de soluto volume de solução = 0,0030 L 100 L = 0, = = 0,003% 30 L L 10 4 : – : – : – : – 0,05 g g 0, g 100 g 0,000005%= = = 0, =

47 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I A concentração da água oxigenada H 2 O 2 (aq) Solução de H 2 O 2 : 11,2 volumes solução aquosa contendo 1,0 mol de peróxido de hidrogênio dissolvido em 1,0 L de solução...

48 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I Fração em quantidade de matéria ou Fração Molar Razão entre a quantidade de matéria de um dos componentes da solução e a de matéria total na solução: sendo x soluto a fração em quantidade de matéria do soluto e x solvente a fração em quantidade de matéria do solvente.

49 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I Molalidade – W É calculada pela da razão entre a quantidade de matéria de soluto e a massa (em kg) de solvente.

50 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I Concentração normal ou normalidade - N - é a relação entre o n o de equivalentes do soluto e o volume da solução expresso em litros. Regras práticas para o cálculo do equivalente-grama (E): 1- Dos elementos químicos: é o quociente do átomo-grama pela valência do elemento. Ex:Sódio: E = A/1 = 23/1 = 23gE = átomo-grama Cálcio: E = A/2 = 40/2 = 20g valência (no oxidação do elemento) 2- Dos ácidos: é o quociente da molécula-grama do ácido pela valência total dos H ionizáveis (V) ou é a massa desse ácido que libera um mol de íon H+. Ex: Ácido Clorídrico: E = M/1 = 36,5/1 = 36,5gE = PM Nº H+ Ácido fosfórico: E = M/3 = 98/3 = 32,6 g

51 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I 3- Das bases: é o quociente da molécula grama (M) da base pela valência total das hidroxilas (OH - ) Ex:Hidróxido de sódio: NaOH : E = M/1 = 40/1 = 40gE = P.M Hidróxido de cálcio: Ca(OH)2: E = M/2 = 74/2 = 37g Nº OH Dos sais normais: é o quociente da molécula grama (M) do sal pela valência do cátion ou do ânion (V) ou carga total do cátion (ou do ânion) do sal. Ex: valência total do cátion é o produto da valência do cátion pelo no de cátions presentes na fórmula do sal.E = MM C Ex: sulfato de alumínio: Al 2 (SO 4 ) 3 cátion Al 3+ valência do cátion número de cátions 2 ânion SO 4 2- valência do ânion número ânions 3 Valência total em valor absoluto é 6 => E = M/6 = 342/6 = 57g

52 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I

53 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I 7 – Diluição de soluções Uma solução pode ser preparada adicionando – se solvente a uma solução inicialmente mais concentrada e esse processo chamamos de diluição. A adição de mais solvente provoca um aumento do volume da solução; a quantidade do soluto permanece constante.

54 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I

55 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I Como: Quantidade inicial do soluto = Quantidade final do soluto, Podemos apresentar as seguintes relações: C.V = C´. V´ ou M.V = M´.V´

56 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I 8 – Mistura de soluções 8.1 SEM REAÇÃO QUÍMICA - Mesmo soluto e solvente Imaginemos a seguinte situação: Podemos observar que na solução final a quantidade de soluto é a mesma e o volume corresponde a soma de seus valores nas soluções iniciais. 20 g de NaOH Solução A 50 g de NaOH Solução B 70 g de NaOH Solução Final 1L 2L +

57 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I Logo na solução final temos: m 1 = 70 g e V = 2 L Sendo: C = m 1 = 70 g = 35 g/L V 2 L A partir desses fatos, vamos estabelecer algumas relações: C = m 1 V m´ 1 = CVm 1 = CVm´ 1 + m 1 = CV CV = CV + CV M = n 1 V n´ 1 = MVn 1 = MVn´ 1 + n 1 = MV MV = MV + MV

58 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I Exemplificando o uso da fórmula, temos: CV = CV + CV C. 2 L = 20g/L.1 L + 50 g/L. 1 L C = 35 g/L

59 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I - Mesmo solvente com solutos diferentes Imaginemos a seguinte situação: 0,1 mol de NaCl 1L 2L 0,2 mol de C 12 H 22 O 11 0,1 mol de NaCl 0,2 mol de C 12 H 22 O 11 + Na solução final: Para o NaCl: M = 0,1 mol/2 L = 0,05 mol/L Para o C 12 H 22 O 11 : M = 0,2 mol/2 L = 0,1 mol/L

60 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I COM REAÇÃO QUÍMICA Na mistura de soluções formadas por um mesmo solvente, porém com solutos diferentes, pode ocorrer uma reação química. Essa possível reação ocorre de acordo com uma proporção estequiométrica. Isso nos permite determinar a concentração desconhecida de uma solução utilizando o método da titulação. Titulação : Muito usada no estudo da s reações ácido – base, com ajuda de indicadores.

61 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I Por exemplo: Vejamos como se determina a concentração desconhecida de uma solução aquosa de HCl, com o auxílio de uma solução aquosa de NaOH de concentração conhecida utilizando o indicador fenolftaleína. De acordo com o esquema:

62 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I 10mL de NaOH 0,1 M foram gastos HCL x M + fenolftaleína25mL

63 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I Para o NaOH V gasto = 10 mL M = 0,1 mol/L Sendo que: M = n/V Temos que: n NaOH = MV = 0,1. 0,01 = 0,001 ou mol de NaOH reagem A reação que ocorre pode ser representada por: NaOH + HCl NaCl + H 2 O mol mol

64 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I Para neutralizar mol de NaOH devemos ter mol de HCl na solução do ácido. Para o HCl Vgasto = 25mL M = ? mol/L Sendo que: M = n/V Temos que: M = mol = 0,04 mol/L L

65 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I Caso nos interesse, podemos determinar a concentração molar do sal formado. Para o NaCl V final = 10 mL (NaOH)+ 25mL (HCl) = 35 mL n NaCl = mol M = ? mol/L M = mol = 0,028 mol/L 0,035 L

66 Prof Gesiane Cabral de Freitas Souza INTRODUÇÃO A SOLUÇÕES PARTE I


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