QUÍMICA João Neto

Físico-Química

SOLUÇÕES

Na natureza, raramente encontramos substâncias puras Na natureza, raramente encontramos substâncias puras. O mundo que nos rodeia é constituído por sistemas formados por mais de uma substância: as misturas.

MISTURAS HETEROGÊNEAS Apresentam mais de uma fase, ou seja, não apresentam as mesmas características em todas as suas extensões. É possível distinguir seus componentes. Ex: água e areia, água e óleo, granito, leite, sangue, liga Cu-Ag.

MISTURAS HOMOGÊNEAS Apresenta apenas uma fase, ou seja, apresentam as mesmas características em todas as suas extensões. Podem ser consideradas como solucões. Ex: água com sal dissolvido, álcool e água, ar atmosférico puro, ouro 18K e liga Cu-Ni.

Para diferenciar umas das outras, tomamos por base o tamanho das partículas das substâncias na mistura. A referencia será o nm - nanômetro (10-9 m).

Também podemos utilizar o Å (angstron), que corresponde a 10-10m. Assim, 1 nm = 10 Å.

Dessa forma, são homogêneas e chamadas soluções as misturas que apresentam partículas de soluto (substância que participa em menor quantidade) de tamanho menor ou igual a 1 nm.

GRÁFICO DE UMA SUBSTÂNCIA PURA LÍQUIDO-GASOSO SÓLIDO-LÍQUIDO T(OC) PE PF t(min)

GRÁFICO DE UMA MISTURA COMUM LÍQUIDO-GASOSO SÓLIDO-LÍQUIDO T(OC) PE PF t(min)

GRÁFICO DE UMA MISTURA EUTÉTICA LÍQUIDO-GASOSO SÓLIDO-LÍQUIDO T(OC) PE PF t(min)

GRÁFICO DE UMA MISTURA AZEOTRÓPICA LÍQUIDO-GASOSO SÓLIDO-LÍQUIDO T(OC) PE PF t(min)

Dependendo da quantidade de soluto em relação à quantidade de solvente (coeficiente de solubilidade), as soluções podem ser saturadas, insaturadas e supersaturadas.

Saturadas: são aquelas que contém a máxima quantidade de soluto dissolvida em um volume fixo de solvente. Corresponde à quantidade determinada pelo coeficiente de solubilidade desta substância.

Insaturadas: o soluto está presente em quantidade menor que a determinada pelo coeficiente de solubilidade.

Supersaturadas: são obtidas em condições especiais, quando o coeficiente de solubilidade é ultrapassado. Sendo assim, uma pequena agitação ou a introdução de um pequeno cristal de soluto vai precipitar o excesso de soluto. São instáveis, pois ultrapassam o limite máximo de solubilidade.

Aumento da massa de soluto em quantidade fixa de solvente Solução supersaturada Solução insaturada Solução saturada

Coeficiente de solubilidade É a quantidade máxima de soluto (geralmente em gramas) necessária para formar, com uma quantidade padrão de solvente, uma solução saturada em determinadas condições de temperatura e pressão.

Veja alguns exemplos: CsNaCl = 36g/100g H2O – 20OC São necessários 36g de NaCl (soluto) em 100g de água (solvente) para formar uma solução saturada a 20OC.

CsNaCl = 35,7g/100g H2O – 0OC São necessários 35,7g de NaCl (soluto) em 100g de água (solvente) para formar uma solução saturada a 0OC.

Soluções supersaturadas Observe o gráfico Soluções supersaturadas Soluções insaturadas

Qual a quantidade de soluto que podemos dissolver a 40OC para formar uma solução saturada? a)30g b)40g c)50g d)60g e)70g

Sua resposta está ......

Sua resposta está ......

Soluções supersaturadas Observe o gráfico Soluções supersaturadas Soluções insaturadas

Qual a quantidade de soluto que podemos dissolver a 30OC para formar uma solução insaturada? a)30g b)40g c)50g d)60g e)70g

Sua resposta está ......

Sua resposta está ......

Compare as duas substâncias:

Qual a substância (defina pela cor da linha) que apresenta maior solubilidade em 100g de água a 60OC? a)Verde b)Amarela c)Ambas

Sua resposta está ......

Sua resposta está ......

Compare as três substâncias:

Qual o máximo de soluto verde (linha verde do gráfico) possível que podemos dissolver para fazer uma solução saturada utilizando 100g de água a 50OC? a)40g b)70g c)60g d)50g e)80g

Sua resposta está ......

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Uma solução aquosa saturada de acetato de chumbo, preparada a 18OC com os cuidados necessários, pesou 45g e por evaporação forneceu um resíduo sólido de 15g. Calcule o Cs do sal a 18OC .

Veja bem: Se a massa do soluto é 15g e a massa da solução (soluto+solvente) é 45g, isso implica que o solvente apresenta massa de 30g (45-15). O Cs é calculado sobre 100g de água. Dessa forma, podemos raciocinar: 15g de soluto ---------- 30g de solvente x ---------- 100g de solvente x= 50g/100g de água.

Outro exercício A solubilidade de um sal aumenta linearmente com a temperatura. Sabe-se que, a 10OC, 50g desse sal formam, com água, 300g de solução saturada. Aquecendo essa solução a 50OC, a saturação só é mantida se são acrescentados 100g do sal. Calcular o coeficiente de solubilidade desse sal em água a 35OC.

Inicialmente vamos determinar o Cs a 10OC Inicialmente vamos determinar o Cs a 10OC. Sal = 50g Solvente = 300 – 50 = 250g Cs = 50g/250g Como a quantidade-padrão é 100g de água, temos: 50g ----------- 250g x ----------- 100g  20g/100g a 10OC.

Agora vamos determinar o Cs a 50OC Agora vamos determinar o Cs a 50OC. Sal = 50g+100g = 150g Solvente = 250g Cs = 150g/250g Como a quantidade-padrão é 100g de água, temos: 150g --------- 250g x ---------- 100g  60g/100g a 50OC.

Com os dados levantados dá para fazer um gráfico, utilizando os coeficientes de solubilidade em cada temperatura. 20g/100g a 10OC 60g/100g a 50OC Veja o gráfico no próximo slide. Teremos que calcular o Cs a 35OC.

Acompanhe o raciocínio: 60-x/50-35 = x-20/35-10 60-x/15 = x-20/25 25 (60-x) = 15 (x-20) 1500-25x = 15x-300 -25x –15x = -1500-300 40x = 1800 X=45  Cs = 45g/100g a 35OC.

As concentrações das soluções

Existem diferentes razões que podem ser estabelecidas entre as quantidades de soluto, solvente e solução. Tais razões são denominadas genericamente concentrações. As quantidades de soluto, solvente e solução podem ser expressas em massa (g, kg, etc), em volume (mL, cm3, L, etc) ou em número de moles (n=m/M).

Os tipos mais comuns de concentração são: Título Fração molar Densidade absoluta Concentração comum ou em g/L Concentração molar ou molaridade Concentração molal ou molalidade Vejamos cada uma a seguir.

Título (T): é a razão estabelecida entre a massa do soluto (m1) e a massa da solução (m), ambas medidas na mesma unidade.

Para conhecer a porcentagem em massa de soluto na solução, basta multiplicar o título por 100. Se o título de uma solução é 0,4, isso significa que a porcentagem em massa de soluto naquela solução é de 40% (100x0,4). Obviamente, 60% (100-40) é de solvente.

Vejamos esse exemplo: Uma solução é preparada dissolvendo 50g de sal em 450g de água. Qual o título dessa solução? m1= 50g m2= 450g T=?

Vejamos outro exemplo: Uma solução é preparada dissolvendo 50g de sal em 450g de água. Qual a porcentagem em massa do soluto? m1= 50g m2= 450g T%=?

Outro exemplo: Uma solução contém 15g de sal dissolvido em certa quantidade de água. Calcular a massa da solução, sabendo que ela contém 80% em massa de solvente. m1= 15g m= ? T%= 20% (100-80)

Parece o anterior: Uma solução contém 15g de sal dissolvido em certa quantidade de água. Calcular a massa de solvente, sabendo que ela contém 80% em massa de solvente. m1= 15g m2= ? T%= 20% (100-80)

Resolva os exercícios: Uma solução contém 30%, em massa, de soluto. Sabendo que a quantidade de solvente é de 56g, determine a massa dessa solução? R: 80g

Uma solução contém 8g de cloreto de sódio e 42g de água Uma solução contém 8g de cloreto de sódio e 42g de água. Qual o título em massa da solução? R:0,16

São dissolvidos 45g de hidróxido de sódio em água São dissolvidos 45g de hidróxido de sódio em água. Calcule a massa de água, sabendo que o soluto corresponde a 15%, em massa, da solução. R:255g

(F.F.O.Diamantina-MG) Quantos gramas de água são necessários, a fim de se preparar uma solução, a 20% em peso, usando 80g de soluto? R:320

Prepara-se uma solução dissolvendo-se 8g de sacarose em 192g de água Prepara-se uma solução dissolvendo-se 8g de sacarose em 192g de água. Qual o título dessa solução? R:0,04

Determine a porcentagem, em massa, do soluto em uma solução que contém 75g de nitrato de prata dissolvidos em 0,425 kg de água. R:15%

(E.E.Mauá-SP) Uma solução de um dado soluto foi preparada a partir de 160g de água. Se o título da solução é 0,2, calcule a massa do soluto. R:40g

O título de uma solução é 0,25 O título de uma solução é 0,25. Calcule a massa do soluto, sabendo que a do solvente é de 60g. R:20g

(PUCCamp-SP) Tem-se um frasco de soro glicosado, a 5,0% (solução aquosa de 5,0% em massa de glicose). Para preparar 1,0 Kg desse soro, quantos gramas de glicose devem ser dissolvidos em água? R:50g

Calcule a massa de água que deve evaporar de 320g de uma solução aquosa salina, a 5% em massa, a fim de que a solução resultante contenha 8% de soluto em massa. R:120g

Fração molar do soluto (X1): é a razão estabelecida entre o número de moles do soluto (n1) e o número de moles da solução (n).

Fração molar do solvente (X2): é a razão estabelecida entre o número de moles do solvente (n2) e o número de moles da solução (n).

Pode-se provar que para qualquer solução a soma das frações molares (soluto e solvente) é igual (ou aproximadamente) a 1.

Uma solução contém 5 moles de moléculas de soluto dissolvidos em 20 moles de moléculas de solvente. Determinar as frações molares. n1 = 5 moles n2= 20 moles X1=? X2=?

Dessa forma, podemos ter:

São dissolvidos 12,6g de HNO3 em 23,4g de água São dissolvidos 12,6g de HNO3 em 23,4g de água. Calcular a fração molar do soluto dessa solução. Dados: H=1 N=14 O=16 Retirando os dados: m1= 12,6g m2=23,4 X1=?

Dessa forma, deveremos ter:

São dissolvidos 12,6g de HNO3 em 23,4g de água São dissolvidos 12,6g de HNO3 em 23,4g de água. Calcular a fração molar do solvente dessa solução. Dados: H=1 N=14 O=16 Retirando os dados: m1= 12,6g m2=23,4 X2=?

Dessa forma, deveremos ter:

Resolva os exercícios: Em 356,4g de água são dissolvidos 68,4g de sacarose (C12H22O11). Determine a fração molar do soluto. R:0,01

Uma solução contém 6g de hidróxido de sódio (NaOH) dissolvidos em 51,3g de água. Determine a fração molar do hidróxido de sódio. R:0,05

Uma solução contém 29,4g de ácido sulfúrico (H2SO4) dissolvidos numa certa massa de água. Calcule a massa de água dessa solução, sabendo que a fração molar do soluto é 0,1. R48,6g

Numa determinada solução, o número de moles de soluto é a terça parte do número de moles do solvente. Descubra a fração molar do soluto. R:0,25

Em 356,4g de água são dissolvidos 68,4g de sacarose (C12H22O11) Em 356,4g de água são dissolvidos 68,4g de sacarose (C12H22O11). Determine a fração molar do solvente. R:0,99

Numa determinada solução, o número de moles de soluto é a terça parte do número de moles do solvente. Descubra a fração molar do solvente. R:0,75

Uma solução contém 6g de hidróxido de sódio (NaOH) dissolvidos em 51,3g de água. Determine a fração molar da água. R:0,95

Densidade absoluta (d): é a razão estabelecida entre a massa e o volume dessa solução. Assim, se a densidade de uma solução é de 10g/L, isso significa que cada litro de solução apresenta massa de 10g.

Calcular a densidade absoluta de uma solução que apresenta massa de 50g e volume de 200 cm3. m=50g V=200cm3

Dessa forma, podemos ter: d= 0,25g/cm3 ou então d=250 g/L.