Disciplina: X520068 Química Geral I Universidade do Vale do Paraíba - UNIVAP Faculdade de Engenharias, Arquitetura e Urbanismo - FEAU Disciplina: X520068 Química Geral I Profa. Eliandra de Sousa eliandra@univap.br

Soluções O mundo que nos rodeia é constituído por sistemas formados por mais de uma substância: as misturas. As misturas homogêneas são denominadas soluções. Soluções são misturas de duas ou mais substâncias que apresentam aspecto uniforme. Exemplo: O ar que envolve a Terra é uma solução gasosa formada, principalmente, pelos gases N2 e O2.

Soluções Exemplo: As ligas metálicas são soluções sólidas. O latão (Cu+ + Zn), por exemplo, é utilizado na fabricação de instrumentos musicais. Exemplo: A água dos oceanos é uma solução líquida na qual encontramos vários sais dissolvidos, como o NaCl, MgCl2 e MgSO4, além de vários gases, como, por exemplo, o oxigênio (O2).

Soluções Pelos exemplos, pode-se perceber que as soluções são sistemas homogêneos formados por uma ou mais substâncias dissolvidas (solutos) em outra substância presente em maior proporção na mistura (solvente). Nos laboratórios, nas indústrias e no nosso dia-a-dia, as soluções de sólidos em líquidos são as mais comuns. Exemplo: soro fisiológico (água + NaCl). Nesses tipos de soluções, a água é o solvente mais utilizado, sendo conhecida por solvente universal. Essas soluções são denominadas soluções aquosas.

Solubilidade e Curvas de Solubilidade Ao preparar uma solução, isto é, ao dissolver um soluto em um dado solvente, as moléculas ou os íons do soluto separam-se, permanecendo dispersos no solvente. Relação entre diferentes solutos e as características de suas soluções aquosas por meio de experimentos bem simples, feitos à mesma temperatura.

Solubilidade e Curvas de Solubilidade Ao compararmos as soluções A e B, notamos que o sal é menos solúvel que o açúcar e, a partir desse fato, podemos generalizar: Substâncias diferentes se dissolvem em quantidades diferentes, numa mesma quantidade de solvente, na mesma temperatura. A quantidade máxima de sal (NaCl) que se dissolve em 100 g de H2O a 20 ºC é 36 g. Essa solução é denominada solução saturada.

Solubilidade e Curvas de Solubilidade Solução saturada é a que contém a máxima quantidade de soluto numa dada quantidade de solvente, a uma determinada temperatura; essa quantidade máxima é denominada coeficiente de solubilidade. Logo, o coeficiente de solubilidade do NaCl obtido na situação B é: 36 g de NaCl/100 g de água a 20 ºC. Uma solução com quantidade de soluto inferior ao coeficiente de solubilidade é denominada solução não-saturada ou insaturada.

Solubilidade e Curvas de Solubilidade Se submetermos a aquecimento, sob agitação, o sistema formado por 100 mL de água a que se adicionam 50 g de sal, conseguiremos dissolver o sal totalmente. Deixando o novo sistema esfriar, em repouso absoluto, até a temperatura inicial (20 ºC), teremos uma solução que contém maior quantidade de soluto (50 g) do que a respectiva solução saturada (36 g). Essa solução é denominada supersaturada e é muito instável. Agitando a ou adicionando a ela um pequeno cristal de soluto, ocorrerá a precipitação de 14 g do sal, que é exatamente a quantidade dissolvida acima da possível para saturação (36 g).

Solubilidade e Curvas de Solubilidade Conhecendo o coeficiente de solubilidade de uma substância, a diferentes temperaturas, pode-se construir um gráfico relacionando a solubilidade e a temperatura. Exemplo do cloreto de amônio (NH4Cl):

Solubilidade e Curvas de Solubilidade Nota-se que a solubilidade do NH4Cl aumenta com a elevação da temperatura (curva ascendente), que é o que se verifica com a maioria das substâncias não-voláteis. Porém, existem substâncias sólidas que, ao serem dissolvidas em água, têm a sua solubilidade diminuída com a elevação da temperatura. Nesses casos, a curva de solubilidade será descendente.

Solubilidade e Curvas de Solubilidade Exemplo 1: O gráfico abaixo representa as curvas de solubilidade das substâncias A, B e C. Com base no diagrama, responda:

Solubilidade e Curvas de Solubilidade a) Qual das substâncias tem sua solubilidade diminuída com a elevação da temperatura? b) Qual a máxima quantidade de A que conseguimos dissolver em 100 g de H2O a 20 ºC? c) Considerando apenas as substâncias B e C, qual delas é a mais solúvel em água? d) Considerando apenas as substâncias A e B, qual delas

Solubilidade e Curvas de Solubilidade e) Qual é a massa de C que satura 500 g de água a 100 ºC? Indique a massa da solução obtida (massa do soluto + massa do solvente). f) Uma solução saturada de B com 100 g de água, preparada a 60 ºC, é resfriada até 20 ºC. Determine a massa de B que irá precipitar, formando o corpo de fundo a 20 ºC.

Aspectos Quantitativos das Soluções Em laboratório, as soluções normalmente são preparadas dissolvendo-se uma massa determinada de soluto em uma certa quantidade de solvente. Observações: 1) Quando se prepara uma solução utilizando uma pequena quantidade de soluto sólido, verifica-se que o volume da solução é praticamente igual ao volume de água adicionado.

Aspectos Quantitativos das Soluções 2) Para facilitar nosso trabalho, adotaremos o índice 1 para indicarmos o soluto, o índice 2 para indicarmos o solvente, e os dados relacionados à solução não conterão índices.

Aspectos Quantitativos das Soluções CONCENTRAÇÕES DAS SOLUÇÕES Concentração comum (C): É a relação entre a massa do soluto e o volume da solução.

Aspectos Quantitativos das Soluções O rótulo do frasco ao lado indica que existem 50 g de NiSO4 em 1,0 L de solução: Assim, tem-se: 50 g de NiSO4 ------- 1,0 L de solução 25 g de NiSO4 ------ 0,50 L de solução

Aspectos Quantitativos das Soluções Densidade da solução (d): É a relação entre a massa da solução e o seu volume.

Aspectos Quantitativos das Soluções O rótulo do frasco ao lado indica que 1,05 g da solução apresentam um volume de 1,0 mL, ou seja: m = 1,05 g e V = 1,0 mL. d = ? Assim, tem-se: 1,05 g de solução ----- 1,0 mL de solução 1 050 g de solução -----1 000 mL de solução (1,0 L) d = 1,05 g/mL ou d = 1050 g/L

Aspectos Quantitativos das Soluções Título (T) (), porcentagem em massa e ppm Esse tipo de concentração, que relaciona as massas de soluto e solução, é um dos mais utilizados nas indústrias químicas e farmacêuticas:

Aspectos Quantitativos das Soluções O rótulo do soro fisiológico indica que a porcentagem em massa é 0,9%, ou seja, que existem 0,9 g de soluto (NaCl) em cada 100 g de solução: m1 = 0,9 g e m = 100 g.

Aspectos Quantitativos das Soluções Atualmente, para indicar concentrações extremamente pequenas, principalmente de poluentes do ar, da terra e da água, usa-se a unidade partes por milhão, representada por ppm. Assim, uma solução 20 ppm contém 20 gramas do soluto em 1 milhão de gramas da solução. Como a solução é muito diluída, a massa de solvente é praticamente igual à massa da solução. Então, quando trabalhamos com ppm, consideramos que a massa do solvente corresponde à massa da solução.

Aspectos Quantitativos das Soluções A relação matemática para a determinação do ppm pode ser dada por:

Aspectos Quantitativos das Soluções Exemplo: De acordo com a padronização internacional, a água potável não pode conter mais do que 5,0x10–4 mg de mercúrio (Hg) por grama de água. Essa quantidade máxima permitida de Hg pode ser expressa em ppm da seguinte maneira:

Aspectos Quantitativos das Soluções Título em volume e porcentagem em volume (V) Como é fácil medir o volume dos líquidos, a concentração de suas soluções é freqüentemente expressa em porcentagem em volume. No álcool comum e nas bebidas alcoólicas, esta relação é indicada em ºGL (Gay-Lussac):

Aspectos Quantitativos das Soluções O álcool comum apresenta uma porcentagem em volume de 96%, o que quer dizer que existem 96 mL de álcool (etanol) em 100 mL de solução: O álcool comum ou álcool etílico hidratado pode ser usado como combustível e desinfetante.

Aspectos Quantitativos das Soluções Concentração em mol/L ou concentração molar ou molaridade (M) É a relação entre o número de mol do soluto e o volume da solução em litros.

Aspectos Quantitativos das Soluções Em cada 100 mL (0,10 L) de suco gástrico produzido pelo estômago durante o processo de digestão, existem 0,0010 mol de ácido clorídrico (HCl). A molaridade dessa solução é dada por: Estômago

Aspectos Quantitativos das Soluções RELAÇÕES ENTRE C, , d, M

Aspectos Quantitativos das Soluções DILUIÇÃO DE SOLUÇÕES Uma solução pode ser preparada adicionando-se solvente a uma solução inicialmente mais concentrada. Este processo é denominado diluição. A adição de mais solvente provoca aumento no volume da solução; a quantidade de soluto, porém, permanece constante.

Aspectos Quantitativos das Soluções Como: Quantidade inicial de soluto = Quantidade final de soluto Pode-se ter as seguintes relações entre a solução inicial e a final:

Mistura de soluções sem reação química Mesmos soluto e solvente Nota-se que na solução final a quantidade de soluto, a massa da solução e o volume da solução correspondem às somas de seus valores nas soluções iniciais.

Mistura de Soluções Logo, para a solução final, tem-se:

Mistura de Soluções A partir desses fatos, algumas relações são estabelecidas:

Mistura de Soluções Para exemplificar o uso dessas fórmulas, vamos determinar a concentração da solução final no exemplo dado:

Mistura de soluções sem reação química Mesmo solvente com solutos diferentes Nesse caso, o que ocorre é uma simples diluição dos dois solutos, pois suas quantidades permanecem constantes, porém dispersas num volume maior. As concentrações finais dos dois solutos serão menores que as iniciais.

Mistura de Soluções Na solução final:

Mistura de soluções 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 por meio de uma técnica conhecida por titulação.

Mistura de Soluções A titulação é muito usada no estudo das reações ácido-base, com a ajuda de indicadores. Exemplo: Veja como se determina a concentração desconhecida de uma solução aquosa de HCl, com o auxílio de uma solução aquosa de NaOH de concentração conhecida e do indicador fenolftaleína.

Mistura de Soluções a) A solução de NaOH, de concentração conhecida, contida na bureta, é adicionada a um volume conhecido de solução de ácido clorídrico, de concentração desconhecida, misturada previamente com a fenolftaleína contida no erlenmeyer. b) A formação de uma coloração rosa no erlenmeyer indica que todo o ácido foi consumido pela base adicionada. Nesse instante foi atingido o ponto de equivalência: nº de mol de H+ = nº de mol de OH– e lemos na bureta o volume de NaOH gasto.

Mistura de Soluções Titulação da solução de concentração desconhecida

Mistura de Soluções Exemplo: Para o NaOH:

Mistura de Soluções NaOH + HCl  NaCl + H2O A reação que ocorre pode ser representada por: NaOH + HCl  NaCl + H2O proporção: 1 mol 1 mol 1 mol 10–3 mol 10–3 mol 10–3 mol Para neutralizar 10–3 mol de NaOH, devemos ter 10–3 mol de HCl na solução de ácido. Para o HCl:

Mistura de Soluções Assim, a concentração mol/L da solução de HCl é 0,04 M. Pela titulação, foi possível determinar a concentração da solução.