QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) Área 2 – Química Ensino Médio - 2 º Ano ASPECTOS QUANTITATIVOS DAS SOLUÇÕES (Concentração.

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1 QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) Área 2 – Química Ensino Médio - 2 º Ano ASPECTOS QUANTITATIVOS DAS SOLUÇÕES (Concentração comum e concentração em mol/L)

2 QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) 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 QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) 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). (1) Quer ver como é simples? Imagem: Suco de laranja / Fotografia: USDA / Public Domain

4 QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) Conceitos iniciais Quase todas as reações químicas acontecem com os reagentes dissolvidos em algum líquido (2). (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 QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) 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). (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 QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) Tipos de soluções Podemos classificar as soluções de acordo com a quantidade de soluto presente (4). (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). (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 QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) 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). (6) Imagem: Rock Balancing / Fotografia: LyeanArt / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported

8 QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) 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). (7) Imagem: Rock Balancing / Fotografia: LyeanArt / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported

9 QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) 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). (8)

10 QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) Curva de solubilidade Imagens: SEE-PE

11 QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) Como alterar a concentração de uma solução? Para alterar a concentração de uma solução, podemos: 1.Aumentar a quantidade de soluto, aumentando a concentração; 2.Aumentar a quantidade de solvente, diminuindo a concentração; 3.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). (9)

12 QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) 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). (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 QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) 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 = m 1 /V – Sendo: C = concentração comum m 1 = massa do soluto (em g). V = volume da solução (em L). Imagem: Aguste Rodin / O pensador / Fotografia: Karora / Public Domain

14 QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) 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 QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) Concentração comum (exemplos) 1.Se dissolvermos 20 g de sal de cozinha (NaCl) em 500 mL de solução aquosa. Qual a concentração do sal nesta solução? m 1 = 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 QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) Concentração comum (exemplos) 1.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 = m 1 /500  m 1 = 25.000 mg Imagem: Pílulas / MorgueFile / http://www.morguefile.com / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported

17 QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) Concentração molar Concentração molar ou molaridade é a quantidade de soluto, em mol, dissolvidos num volume de solução em litros (11). (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 C 12 ”. 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 QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) Concentração molar 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) : (12) M = n 1 /V na qual: – n 1 = 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 QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) Concentração molar Sabendo que n 1 é a relação entre a massa do soluto (m 1 ) (em g) e a massa molar da substância (M 1, em g/mol), temos: n 1 = m 1 /M 1 Juntando as duas expressões, temos a forma expandida: M = m 1 /(M 1.V) Em que: – m 1 = massa do soluto (em g); – M 1 = 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 QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) Concentração molar (exemplos) 1.Responda: Qual a concentração molar de uma solução com volume de 250 mL e com 26,8 g de cloreto de cálcio (CaCl 2 ) 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 (M 1 = massa molar do CaCl 2 ) Para encontrar o n 1 (CaCl 2 ) é preciso calcular: 1 mol → 111,1 g n 1 (CaCl 2 ) → 26,8 g n 1 (CaCl 2 ) = 0,241 mol Aplicamos por fim: M = n 1 /V = 0,241/0,250 M = 0,964 mol/L

21 QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) Concentração molar (exemplos) 2.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 = m 1 /(M 1 x V) M = 521,5/(74,5 x 10) M = 0,70 mol/L

22 QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) 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: http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/bitstream/handle/m ec/5040/sim_qui_concentracaodecloro.htm?sequence=5

23 QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) Exercícios 1.20 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) : (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 QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) Exercícios 2.Pacientes que necessitam de raios X do trato intestinal devem ingerir previamente uma suspensão de sulfato de bário (BaSO 4, 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). (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 a) 0,4 M (ou mol/L) b) 93,2 g/L. Imagem: Nevit Dilmen / Raio-X, em 29 de setembro de 2010 / GNU Free Documentation License

25 QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) Exercícios 3.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 = n 1 / V  n 1 = M x V n 1 = 1,5 x 2 = 3,0 mols de NaCl 1 mol de NaCl ----------- 58,5 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 QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) Exercícios 4.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? V f x M f = V 1 x M 1 + V 2 x M 2 1,0 x Mf = 0,6 x 0,5 + 0,4 x 0,2 Mf = 0,30 + 0,08 M f = 0,38 M (ou mol/L) Imagem: SEE-PE

27 QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) Até a próxima aula!

28 QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) SlideAutoria / LicençaLink da FonteData do Acesso 2Uma 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 http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Spoon _Sugar_Solution_with_Glass.jpg 09/03/2012 3 Suco de laranja / Fotografia: USDA / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Orange _juice_1_edit1.jpg 09/03/2012 4SEE-PEAcervo SEE-PE09/03/2012 5Experimento de química em laboratório, em 12 de outubro de 2007 / Fotografia: WebDev1914 / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chemi stry_at_CCU.jpg 09/03/2012 6SEE-PEAcervo SEE-PE09/03/2012 7 e 8Rock Balancing / Fotografia: LyeanArt / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Rock_ Balancing.jpg 09/03/2012 9aSEE-PEAcervo SEE-PE09/03/2012 9bSEE-PEAcervo SEE-PE09/03/2012 11Produção de sal / Fotografia: Ricampelo / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Salt_pr oduction_Uyuni.JPG 09/03/2012 12Aguste Rodin / O pensador / Fotografia: Karora / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:The_T hinker,_Auguste_Rodin.jpg 09/03/2012 13The U.S. Food and Drug Administration / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:FDA_m icrobiologist_prepares_DNA_samples_for_gel_e lectrophoresis_analysis.jpg 09/03/2012 Tabela de Imagens

29 QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) SlideAutoria / LicençaLink da FonteData do Acesso 14NaCl, em 11 de outubro de 2007 / Fotografia: Ondřej Mangl / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chlorid _sodn%C3%BD.JPG 12/03/2012 15Pílulas / MorgueFile / http://www.morguefile.com / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Various Pills.jpg 09/03/2012 16SEE-PEAcervo SEE-PE09/03/2012 17Vários vidros de laboratório, em 22 de agosto de 2009 / Fotografia: Tweenk / Creative Commons Attribution 3.0 Unported http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Lab_gla ssware.jpg 13/03/2012 18Vidros de laboratório, em 25 de março de 2007 / Fotografia: André Luis Carvalho e Leandro Maranghetti Lourenço / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Vidrari as_de_Laboratorio.jpg 13/03/2012 22NaOH, em 11 de outubro de 2007 / Fotografia: Ondřej Mangl / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Hydroxi d_sodn%C3%BD.JPG 09/03/2012 23Nevit Dilmen / Raio-X, em 29 de setembro de 2010 / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Radiolo gy_1300250.JPG 09/03/2012 24NaCl, em 11 de outubro de 2007 / Fotografia: Ondřej Mangl / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chlorid _sodn%C3%BD.JPG 12/03/2012 25SEE-PEAcervo SEE-PE09/03/2012 Tabela de Imagens