Concentração de Soluções Professora Andréa Martins

Concentração de Soluções Denominamos concentração de uma solução as diferentes razões que se podem estabelecer entre as quantidades de soluto, solvente e solução. Pode-se utilizar diversas maneiras de exprimir a concentração de uma solução, e as quantidades de soluto, solvente ou solução, poderão ser dadas através de suas massas, volumes, números de mols. Usaremos as seguintes notações: As quantidades do soluto aparecerão com índice 1; As quantidades do solvente com índice 2; As quantidades da solução aparecerão sem índices.

Concentração Comum O termo “concentração” é utilizado também no sentido restrito de indicar a razão entre a massa do soluto e o volume da solução. Concentração é a quantidade em gramas, de soluto existente em 1L de solução. Fórmula : C = m1 V Onde: C = concentração comum m1 = massa do soluto V = volume da solução

Concentração Comum Exemplos: 01 – Dissolvendo-se 2g de um soluto A em 400 mL de água, qual será a concentração da solução em gramas por litro? 02 – Preparam-se 800 mL de uma solução dissolvendo-se 40g de NaCl em água suficiente. Calcule a concentração dessa solução.

Densidade A densidade da solução relaciona, a massa com o volume da própria solução. Ela indica a massa da solução correspondente a uma unidade de volume por mL. A densidade da solução não é uma forma de expressar a concentração da solução. No entanto, a densidade aparece com frequência em problemas que envolvem a concentração das soluções, pois a densidade de uma solução depende de sua concentração, e na prática, é facilmente medida por densímetro. A densidade é uma grandeza física que depende do tipo de material, mas não de sua quantidade. A densidade varia de acordo com a temperatura, pois os corpos geralmente dilatam-se com o aumento da temperatura, ou contraem-se com a diminuição da temperatura. Densidade é uma propriedade utilizada para identificar uma substância, onde esta é a relação entre a massa de um material e o volume por ele ocupado.

Densidade Fórmula : d = m V Onde: d = densidade Lembretes: m = massa da solução V = volume da solução Lembretes: 1 – Quem é mais denso afunda. Quem é menos denso flutua, que significa que tem mais massa por unidade de volume. 2 – Quanto maior a densidade, maior a massa e menor o volume. Quanto menor a densidade, menor a massa e maior o volume. O volume é inversamente proporcional a densidade. 3 – Ar quente: as moléculas estão com maior temperatura e se agitam mais, maior o espaço que ocupam, o ar quente flutua. ( V d ). Ar frio: as moléculas estão mais próximas, maior a temperatura e menor a agitação, menor o espaço que as moléculas ocupam, o ar frio afunda. ( V d ).

Densidade Exemplos: 01 – 300 mL de uma solução apresentam massa de 150g. Calcule a densidade dessa solução. 02 – Temos uma amostra de 600 mL de uma solução cuja densidade é de 0,5 g/mL. Descubra a massa dessa amostra. 03 – Qual será o volume de uma amostra de urina, sabendo-se que sua densidade é 1,085 g/cm3 e sua massa é de 162,75g ?

Título Título em Massa: título em massa de uma solução (  ) expressa a relação entre a massa de soluto presente numa amostra dessa solução e a massa total dessa amostra de solução. Fórmula:  = m1 m Onde:  = Título m1 = massa do soluto m = massa da solução Título Percentual: Fórmula :  % =  . 100

Título Exemplos: 01 – a) Qual o título de uma solução que foi constituída com 8g de HCl dissolvidos em 392g de água? b) Calcule o título percentual dessa solução. 02 – Prepara-se uma solução dissolvendo-se 20g de soluto em 60g do solvente. Determine o título e o título percentual dessa solução. 03 – Quantos gramas de água são necessários, a fim de se preparar uma solução, a 20 % em peso, usando 80g de soluto?

Título Título em Volume: Fórmula: v = V1 V Porcentagem em volume: Fórmula: v % = v . 100 % Exemplo: 01 – A análise revelou que um vinho contém 18 mL de álcool em cada copo de 120 mL. Qual é o título em volume desse vinho, e calcule o título em volume percentual.

Relação entre Concentração Comum e Título: Fórmula: C =  . d onde esta é para d = g/L C =  . d . 1000 onde esta é para d = g/mL Exemplo: 01 – Uma solução aquosa de CaBr2 tem concentração igual a 10g/L e densidade praticamente igual a 1g/mL. Calcule o título e o título percentual.

Molaridade ou Concentração Molar É a relação entre a quantidade de matéria (mol) do soluto e o volume da solução. Fórmula :  = n v(L) onde : n = m1 M1 Então:  = m1 M1 . V(L) Exemplos: 01 – Calcule a concentração molar em 1L de solução, com 4g de hidróxido de sódio. 02 – Calcule a concentração em mol/L de uma solução que foi preparada dissolvendo-se 18g de glicose em água suficiente para produzir 1L da solução. 03 – Sabendo que uma solução aquosa de sulfato de sódio contém 71g desse sal , dissolvidos em 250 mL de solução, calcule a concentração desta, em molaridade.

Concentração em mol/L dos Íons: Algumas substâncias originam íons quando dissolvidos em água. O conhecimento das concentrações em mol/L dos íons é muito importante em várias situações, como por exemplo, no exame de sangue no qual se determina as concentrações dos íons Na+ e K+. Esses íons sofrem uma variação significativa nos estados doentios e estão intimamente relacionados com o equilíbrio dos fluidos corporais. Se conhecermos as fórmulas das substâncias dissolvidas em água e a molaridade de suas soluções, temos condições de determinar as concentrações molares dos íons presentes nessas soluções.

Exemplos de concentração em mol/L dos íons: 01 – Determine as concentrações em mol/L dos íons H+ e Cl- em uma solução aquosa 0,01M de Ácido Clorídrico. 02 – Determine a concentração em mol/L dos íons Ca2+ e OH- em uma solução aquosa 0,01 mol/L de Hidróxido de Cálcio. 03 – Determine a concentração molar dos íons Al3+ e SO42- em uma solução aquosa 0,01 mol/L de Sulfato de Alumínio. Obs: a concentração molar ou mol/L dos íons presentes na solução é proporcional ao número de mol de cada íon, ou seja, é proporcional aos seus respectivos coeficientes na equação de ionização ou de dissociação.

Normalidade ou Concentração Normal: É o quociente entre a quantidade de equivalente-grama (e1) do soluto e o volume da solução, em litros. A Normalidade calcula a concentração pela quantidade de OH da base e a quantidade de H do ácido na solução. Fórmula : N = m1 M1 . V(L) X onde: N = e1 v(L)

Exemplos de Normalidade: Exemplos: 01 – Qual a normalidade de uma solução que tem 7,3g de Ácido Clorídrico dissolvidos em 250 mL de solução? 02 – Calcule a normalidade de uma solução que num volume de 1,5L apresenta 19,6g de Ácido Fosfórico. 03 – Dissolvem-se 32g de Hidróxido de Sódio em água suficiente para se ter 800 mL de solução. Determine a normalidade dessa solução. 04 – Quantos gramas de Ácido Sulfúrico devem ser dissolvidos em água para se obter 500 mL de uma solução 0,1N ?

Relação entre as unidades de Concentração: Fórmulas: C = d .  . 1000 =  . M1 para d = g/mL C = d .  =  . M1 para d = g/L N =  . X Exemplos: 01 – A concentração do Cloreto de Sódio na água do mar, é em média, de 2,95 g/L. Assim sendo, calcule a concentração molar desse sal na água do mar. 02 – Qual a concentração em mol/L de uma solução de Brometo de Cálcio a 10 g/L ? 03 – O conteúdo de Ácido Acético no vinagre é de aproximadamente 3% em peso. Sabendo-se que a massa molecular do Ácido Acético é 60 u e que a densidade do vinagre é 1g/mL. Calcule a molaridade do Ácido Acético no vinagre. 04 – O “soro caseiro” recomendado para evitar a desidratação infantil, consiste em uma solução aquosa de Cloreto de Sódio 3,5 g/L e de sacarose 11 g/L. Qual é a concentração, em mol/L, do Cloreto de Sódio nessa solução?

Molalidade ou Concentração Molal: é a razão entre o número de moles do soluto e a massa, em Kg, do solvente. Fórmula :  = n1 m2 sendo que : n1 = m1 M1 Exemplos: 01 – Qual a massa de Hidróxido de Sódio que se deve dissolver em 200g de água para se obter uma solução 0,1 molal? 02 – Dissolvem-se 4g de Hidróxido de Sódio em 500g de água. Determine a molalidade da solução obtida. 03 – Em que quantidade de água devem ser dissolvidos 84,8g de Carbonato de Sódio para se obter uma solução 0,25 molal?

Partes por milhão (ppm) e Partes por bilhão (ppb) Uma situação relacionada a esse tipo de unidade de concentração não está muito distante de nosso cotidiano. Nesse caso, a quantidade de soluto em certas soluções é extremamente pequena. Para essas quantidades, ditas usualmente quantidade traço, utiliza-se as concentrações de soluto por milhão ou trilhão de partes de solução. Exemplo: Quando a concentração de CO, atinge uma taxa de 30 ppm , ou seja, 30L de CO para 106 L de ar atm, considera-se um estado de alerta. Esse poluente é bastante comum nas cidades e, embora sua concentração seja pequena (0,003%), uma exposição prolongada pode causar sérios danos à saúde, inclusive a morte, pois o CO, ao ligar-se à hemoglobina, impede que esta transporte oxigênio para as células e CO2 para fora do corpo, provocando uma “asfixia” (deficiência de oxigênio) na célula.

Partes por milhão (ppm) e Partes por bilhão (ppb) Fórmulas: ppm = msoluto msolução . 106 ou ppb = msoluto msolução . 109 ou 1 ppm = 1 parte 106 partes Atenção : Essas concentrações também podem ser calculadas em relação ao volume de soluto e solução. Exemplo: 01 – A Organização Mundial de Saúde ( OMS ) estabelece que o ar de boa qualidade pode conter no máximo 4,5 ppm em volume de monóxido de carbono ( CO ). Qual é a máxima quantidade de monóxido de carbono que pode estar presente em 1 m3 de ar?

Fração Molar (X): A fração molar é uma proporção entre quantidades de matéria (número de mols). É um cálculo que relaciona o número de mols do soluto ou do solvente com o número de mols total da solução. Assim como o título, a fração molar também é uma unidade de concentração adimensional, ou seja, a soma das frações molares dos componentes de uma solução será sempre igual a 1. Fórmulas: Xsoluto = nsoluto nsolução e Xsolvente = nsolvente nsolução Onde: nsolução = nsoluto + n solvente

Fração Molar ( X ) : Exemplos: 01 – Uma solução foi preparada dissolvendo-se 8,305g de Iodeto de Potássio, e 90g de água. Calcule as frações molares do soluto e do solvente na solução. 02 – A fabricação de baterias automotivas envolve a utilização de ácido sulfúrico. Considere que uma determinada solução seja constituída de 98g desse ácido em 162g de água. As frações molares do ácido e da água nesse sistema serão?

Diluição de Soluções: é o ato físico-químico de tornar uma solução menos concentrada em partículas de soluto por meio do aumento da quantidade do solvente. O fator de diluição corresponde à relação entre o volume da solução depois de diluída e o volume da solução antes de ser diluída. Quanto maior a quantidade de soluto presente num determinado volume de solução, mais concentrada será essa solução. E quanto menor a quantidade de soluto presente num determinado volume de solução, mais diluída será essa solução. Nem sempre a diluição pode ser percebida a olho nu. Porém, independente de a diluição ser perceptível ou não, a quantidade do soluto presente na solução inicial será a mesma após a diluição.

Diluição de Soluções

Diluição de Soluções Fórmula: C1 . V1 = C2 . V2

Exemplos de Diluição: 01 – Temos 300 mL de uma solução de NaCl de 0,8 M. Calcule a molaridade da solução obtida pelo acréscimo de 200 mL de água. 02 – Preparam-se 600 cm3 de uma solução de Ácido Sulfúrico 0,5 M. A seguir, adicionam-se a esta solução 400 cm3 de água. Calcule a molaridade da solução obtida. 03 – Qual o volume de água destilada necessário para que 500 cm3 de uma solução de Ácido Sulfúrico 0,4 g/L se torne uma solução 0,16 g/L? 04 – Uma solução 0,05 g/L de glicose, contida em um béquer, perde água por evaporação até restar um volume de 100 mL, passando a concentração para 0,5 g/L. Qual o volume de água evaporado?

Mistura de Soluções de mesmo Soluto É comum misturar soluções de diferentes concentrações de um mesmo soluto. Em laboratórios, essa é uma ação corriqueira para que se diminua a quantidade de soluções, uma vez que, ao se tratar de soluções da mesma substância, alguns cálculos simples podem levar ao valor da nova solução formada. Para a determinação da concentração de uma solução resultante da mistura de soluções de mesmo soluto e solvente, deve-se considerar que: a quantidade de soluto na solução final é igual à soma das quantidades de soluto das soluções iniciais, ou seja: mfinal = m1(A) + m1(B) + ... o volume da solução final é igual à soma dos volumes das soluções iniciais, ou seja: Vfinal = VA + VB + ... Esquematicamente, para a mistura de duas soluções do mesmo soluto, tem-se: Fórmula: CC . VC = CA . VA + CB . VB

Exemplos

Exemplos 01 – Qual a molaridade da solução obtida da adição de 400 mL de solução 0,1 M de Hidróxido de Sódio com 0,2 L de solução 0,4 M de Hidróxido de Sódio? 02 – 300 mL de uma solução de Ácido Sulfúrico 0,2 M são misturados com 200 mL de outra solução de Ácido Sulfúrico 0,5 M. Determine a molaridade da solução resultante. 03 – Calcule a normalidade da solução que se obtém da mistura de 450 mL de uma solução de Hidróxido de Sódio 0,4 N e 550 mL de outra solução de Hidróxido de Sódio 0,6 N. 04 – Que volumes de soluções 8 M e 3 M de Ácido Clorídrico devem ser misturados para fornecer 1 L de solução 6 M de Ácido Clorídrico?

Mistura de Soluções de Solutos diferentes que não reagem entre si Quando os solutos não reagem entre si, uma solução diluirá a outra. Basicamente podemos pensar que o soluto de uma solução só se importa com o solvente da outra. Portanto, considerando cada soluto independente na solução final, ou seja, como se o outro soluto não existisse, aplicam-se as fórmulas de diluição, vistas anteriormente, para cada uma das soluções iniciais, levando em consideração que o volume da mistura é a soma dos volumes iniciais. Na prática, essa atividade em um laboratório não faz muito sentido, pois estaríamos estragando dois reagentes, mas é o que de fato ocorre em muitos casos na natureza e em nosso organismo, que acaba por abrigar soluções de diferentes solutos em um único sistema. Exemplo: 01 – Misturando-se 150 mL de solução 2 mol/L de Cloreto de Potássio com 250 mL de solução 4 mol/L de Nitrato de Sódio, quais serão as concentrações molares dos dois solutos na solução obtida?

Misturas de Soluções de Solutos diferentes que reagem entre si A realização de uma reação em solução aquosa é de grande importância para os mais diversos tipos de indústrias, uma vez que as reações, de modo geral, são favorecidas em solução quando comparadas ao mesmo processo ocorrendo a seco, no caso de solutos sólidos, por exemplo. Sendo assim, as reações em solução aquosa ocorrem segundo uma expressão que representa a reação, e os cálculos são baseados em proporções estequiométricas. Dessa forma, deve-se determinar qual é a expressão que representa tal reação, quais são os coeficientes estequiométricos que balanceiam corretamente a equação e qual é a proporção, pelo menos em quantidade de matéria, entre as espécies que participam da reação. De uma solução, quando é dada a sua concentração e o seu volume, pode-se calcular qual é o número de mols de soluto que participa da reação e, assim, proceder às determinações a partir de cálculos estequiométricos. Exemplo: 01 – Um sistema reacional é preparado a partir da mistura de 200 mL de ácido clorídrico de concentração 1,5 mol/L com 300 mL de hidróxido de sódio de concentração 1 mol/L. Calcule a concentração molar do sal obtido após a ocorrência da reação.

Titulação Pode ser chamada de Análise Volumétrica, Volumetria ou Titulometria , onde é a determinação da concentração de uma solução a partir de um método de padronização reacional. Tal processo ocorre em virtude da utilização de uma solução-padrão com concentração e volume definidos a qual reage com uma solução-problema que possui apenas o volume conhecido. Por dados estequiométricos é possível chegar ao valor da concentração da solução-problema. A solução de concentração conhecida é denominada de solução padrão ou solução titulada. Com o auxílio da equação química balanceada da reação ocorrida e com base na proporção do número de mols dos reagentes, realizam-se os cálculos necessários. Na maioria das análises volumétricas é utilizado um indicador, o mais usado é a fenolftaleína.

Titulação

Exemplo 01 – Uma solução 0,5 mol/L de ácido sulfúrico, de volume 500 mL, foi completamente titulada por 250 mL de uma solução de hidróxido de potássio, de concentração desconhecida. Determine a concentração da solução básica. 02 – Para se titular 10 mL de um determinado vinagre gastou-se 20 mL de hidróxido de sódio 1 N. Calcule a normalidade do ácido presente no vinagre.