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143 UNIDADE 9 – SOLUÇÕES PERUZZO, Tito M.; CANTO, Eduardo L. do. Química na Abordagemdo Cotidiano. São Paulo: Moderna, 1999. Por que e o que precisamos saber deste assunto? No nosso cotidiano utilizamos uma série de produtos que são encontrados dissolvidos em água. Entre eles podemos destacar o álcool doméstico, que é empregado para limpeza; o soro fisiológico, que é usado em medicina e na limpeza de lentes de contato; o limpa-forno, que é usado par remoção de crostas de gordura; o vinagre, que é utilizado para temperar alimentos; a água sanitária, que é utilizada como bactericida e alvejante. Nos laboratórios de química, uma grande parte das reações químicas são feitas empregando os reagentes químicos previamente dissolvidos e não nos seus estados gasoso, líquido ou sólido original. Uma vez que, a presença de um soluto numa solução tem efeitos muito marcantes sobre as propriedades da substância na qual é dissolvida, e que estes efeitos podem nos fornecer informações úteis sobre o modo como as substâncias interagem umas com as outras, torna-se muito importante estudarmos as soluções. Ao término desse estudo o aluno deverá ser capaz de conceituar e classificar as soluções; assim como fazer cálculos que permitam determinar as quantidades de substâncias presentes em uma solução. 144 9.1) CONCEITO: Solução é uma mistura uniforme de átomos, íons ou moléculas de duas ou mais substâncias, ou seja, uma solução pode ser definida como uma mistura homogênea entre duas ou mais substâncias. O processo utilizado para obter essa mistura é chamado dissolução. As soluções podem ser formadas por qualquer combinação envolvendo os três estados da matéria: sólido, líquido e gasoso, ou seja, as soluções podem ser sólidas, líquidas ou gasosas. Exemplo: Nos laboratórios de química, para os trabalhos mais comuns, interessam, particularmente, as “soluções líquidas”. 9.2) TERMINOLOGIA: Geralmente as soluções são constituídas por um componente em maior quantidade, chamado solvente e um ou mais componentes, denominados solutos. Portanto: • solvente – é a substância que efetua a dissolução; • soluto – é a substância que está sendo dissolvida; Exemplo: 145 Além desses termos, encontramos, entretanto, outros termos importantes associados ao assunto solução e cujos significados devem ser bem compreendidos. Os principais são: TERMO SIGNIFICADO Aquoso O solvente é a água. Concentração Quantidades relativas de solvente e soluto (ou soluto e solução total). Concentrar Aumentar a relação soluto/solvente (normalmente, por adição de mais soluto). Diluir Diminuir a relação soluto/solvente (normalmente, por adição de mais solvente). Insolúvel Que se dissolve em proporções desprezíveis ou não se dissolve. Solúvel Que se dissolve em proporções apreciáveis. 9.3) CLASSIFICAÇÃO: As substâncias podem ser classificadas segundo: a) razão entre soluto e solvente: • solução diluída: quando a quantidade de soluto é muito pequena em relação à quantidade de solvente; • solução concentrada: quando a quantidade de soluto é grande em relação à de solvente; Exemplo: 146 solução B SARDELLA, Antonio. -Curso completo de química. São Paulo: Ática, 1999.pg.272 Portanto: A solução A é mais diluída que a B e esta é mais concentrada que a A. 9.4) CONCENTRAÇÃO: A concentração das soluções expressa a quantidade de soluto presente em uma dada quantidade de solvente ou de solução, ou seja, a concentração expressa a relação entre a quantidade de soluto e a quantidade de solvente em uma solução. As quantidades de soluto, solvente e solução podem ser expressas em massa (grama,g; quilograma, Kg); em volume (mililitros, mL; centímetros cúbicos, cm3; litros, L) ou em número de mols. Para facilitar o estudo, é adotada a seguinte convenção: Índice Espécie 1 Soluto 2 Solvente Sem índice Solução Na prática laboratorial, existem diversas maneiras de expressar a concentração das soluções. As mais importantes e de emprego mais freqüente são dadas abaixo: 147 9.4.1) Concentração comum (C ): Também denominada de concentração em gramas por litro (g/L). Indica a massa do soluto presente num determinado volume de solução, ou seja, é a razão entre a massa do soluto e o volume dessa solução. A expressão matemática utilizada para representar esta forma de concentração é: C = m1 V onde: C = concentração comum da solução, expressa em g/L; m1 = massa do soluto, em gramas; V = volume da solução, em litro. Exemplo: Se a concentração comum de uma solução é de 300g/L, isto significa que cada litro de solução contém 300g de soluto. Se o volume variar, a massa do soluto também varia, fazendo com que a concentração permaneça a mesma. 148 Exercícios de aprendizagem: 132) Um aluno do Curso de Engenharia estava muito nervoso, pois iria realizar uma prova de química Geral I. Sua família estava preocupada em acalmá-lo. Por isso, sua mãe preparou 1L de solução de água com açúcar dissolvendo 10g de açúcar na água. Sua avó preparou outra solução idêntica, dissolvendo 50g de açúcar, resultando em 5 litros de solução e seu pai, de modo semelhante, preparou outra mistura dissolvendo 5g de açúcar, resultando em 0,5 litros de solução. a) Calcule a concentração, em grama por litro, de cada solução: b) Indique qual a solução mais doce. 133) Calcule a massa em grama de cloreto de sódio (NaCl) existente em 300 mL de uma solução aquosa deste sal, com concentração igual a 50g/L. 134) Uma solução possui 5g de soluto em 100mL de solução. Qual é a concentração da solução, em gramas por litro? 135) Uma solução contém dois mols de H2SO4 em 500mL de solução. Qual é a concentração da solução, em gramas por litro? 149 136) A concentração de uma solução é de 20g/L. Qual é a concentração dessa solução em gramas por cm3? • Densidade (d): É a razão entre a massa e o volume dessa solução, ou seja, densidade de uma solução é a relação entre a sua massa e o volume ocupado por ela. As unidades mais utilizadas são: g/cm3 = g/mL; g/dm3 = g/L; Kg/dm3 = Kg/L A expressão matemática é: d = m V onde: d = densidade; m = massa da solução; V = volume da solução. Exemplo: Se a densidade de uma solução é de 300g/L, isto significa que cada litro de solução tem massa de 300g. Atenção!!!!! Não confunda densidade com concentração g/L!!! d = 300g/L – cada litro de solução tem massa de 300g (a massa da solução é de 300g) C = 300g/L – cada litro da solução contém 300g de soluto, logo a massa dessa solução será maior. 150 Exercícios de aprendizagem: 137) Calcule a densidade de uma solução que apresenta massa de 50g e volume de 200cm3. 138) A densidade de uma solução é de 1,2g/cm3. Calcule o volume ocupado, sabendo que a massa da solução é de 48g. 139) Uma solução foi preparada adicionando-se 10g de soluto em 100g de água. O volume, após a dissolução completa, foi de 100mL. Qual a densidade e a concentração em g/L da solução obtida? 9.4.2) Porcentagem ou Concentração Percentual: A porcentagem (percentagem) de um soluto em uma solução é uma maneira de expressar a concentração de uma solução muito usada em laboratório. Existem trêsformas de expressar a concentração percentual de uma solução: ■ Porcentagem em massa: Também chamada “porcentagem em massa por massa (%m/m)”, indica a massa do soluto que está contida em 100g de solução. A expressão matemática é: % m/m = m1 x 100 m1 + m2 onde: %m/m = porcentagem em massa; m1 = massa do soluto; m2 = massa do solvente 151 Exemplo: Se a concentração de uma solução aquosa de NaOH é 20% em massa; isto significa dizer que a solução apresenta 20% em massa de NaOH e 80% em massa de H2O, ou seja, em 100g de solução temos: m1 = 20g; m2 = 80g Em 200g de solução temos m1 = 40g; m2 = 160g Exercícios de aprendizagem: 140) Calcular a percentagem em massa de cloreto de sódio em uma solução preparada pela dissolução de 24g desse sal em 152g de água. 141) Qual a massa de solução a 40% em massa de ácido sulfúrico que contém 2g do ácido? Qual a massa de água presente nessa solução? 152 142) Calcular: a) o número de gramas de amônia (NH3) contidas em 240g de solução de amônia a 28% em massa (amoníaco concentrado): b) o número de gramas de ácido nítrico (HNO3) existentes em 10mL de ácido nítrico diluído a 32%, considerando a densidade da solução de ácido nítrico igual a 1,19 g/mL. 143) Uma solução é preparada dissolvendo 50g de açúcar em 0,45Kg de água. Qual a porcentagem em massa do soluto? 144) Uma solução contém 15g de sal dissolvido em certa quantidade de água. Calcule a massa da solução, sabendo que ela contém 80% em massa de solvente. 153 ■ Porcentagem em massa por volume: Indica a massa do soluto que está contida em 100mL de solução. É representada por % m/v. A expressão matemática é: % m/m = m1 x 100 mL1 + mL2 onde: %m/v = porcentagem em massa; mL1 = volume do soluto em mililitros; mL2 = volume do solvente em mililitros. Exemplo: Se uma solução aquosa de sacarose tem concentração massa por volume igual a 15%, significa dizer que em 100mL da solução estão contidas 15g de sacarose. Exercícios de aprendizagem: 145) Qual a massa de soluto presente em 10mL de uma solução a 30% m/V ? 146) 500ml de uma solução aquosa contém 4g de NaOH. Qual a concentração em percentagem massa por volume desta solução? 154 147) No rótulo de um frasco em um laboratório lê-se o seguinte: solução aquosa de NaOH a 20% m/V. O que isto significa? ■ Porcentagem em volume: Também chamada de “porcentagem em volume por volume (%V/V)”, indica o volume, em mililitros, de soluto contido em 100mL de solução. % v/v = mL1 x 100 mL1 + mL2 onde: %v/v = porcentagem em massa; mL1 = volume do soluto em mililitros; mL2 = volume do solvente em mililitros. Esta forma de porcentagem é utilizada para expressar a concentração de soluções na qual o soluto é um líquido. Exemplo: Como exemplo, na área da microbiologia, como forma de promover a desinfecção de materiais, é muita utilizada uma solução de etanol a 70% em volume. Isto significa dizer que cada 100mL da solução contém 70mL de etanol e, conseqüentemente, 30mL de água. Exercícios de aprendizagem: 148) Calcular a porcentagem em volume por volume de uma solução obtida pela mistura de 20mL de acetona e 580mL de água. 155 149) O álcool comercial vendido em mercados e farmácias é 96% em volume. Qual o volume de álcool nessa solução? 9.4.3) Molaridade (M) ou Concentração Molar: Também denominada de concentração em mols por litro. Indica quantos mols de soluto estão presentes num determinado volume de solução, ou seja, é a razão estabelecida entre o número de mols de moléculas do soluto e o volume da solução, em litros. A expressão matemática é: M = n1 V onde: M = molaridade ou concentração molar da solução; n1 = número de moles do soluto; V = volume da solução, em litro. Exemplo: Se uma solução é 0,5 molar (0,5M ou 0,5 mol/L); isto significa que cada litro da solução contém 0,5 mol de soluto Se uma solução aquosa de NaOH tem concentração molar igual a 2M; isto significa dizer que cada litro da solução contém 2 mols de NaOH (80g de NaOH). (A massa molar do NaOH é 40g/mol). Exercícios de aprendizagem: 150) Dois litros de solução aquosa de ácido sulfúrico contém 0,2 mols do soluto. Qual a molaridade da solução? 156 151) Dissolvendo-se 1,4 mols de glicose em água de modo a obter um volume final de 500mL obtém-se uma solução com qual concentração molar? 152) Calcular a molaridade de 800mL de uma solução que contém 11,7g de cloreto de sódio. 153) São dissolvidos 19,6g de H2SO4 em água suficiente para produzir 800cm3 de solução.Qual a molaridade dessa solução? 154) Pesando 18g de glicose (C6H12O6) e dissolvendo em água até obter um volume final de 2L, qual a molaridade da solução obtida? 157 9.5) DILUIÇÃO E CONCENTRAÇÃO DE SOLUÇÕES: A diluição é um processo em que a concentração da solução é diminuída, devido a adição de solvente puro. É importante enfatizar, no entanto, que quando solvente é acrescentado a uma solução, a quantidade de soluto (em massa, número de mols ou volume) permanece inalterada. As relações apresentadas a seguir, referentes aos cálculos sobre diluições envolvendo Concentração, Molaridade, baseiam-se justamente nesse fato. 9.5.1) Concentração comum (C): Ci = m1 Cf = m1 Vi Vf Isolando m1 temos: m1 = Ci.Vi m1 = Cf.Vf Como a massa do soluto m1 é a mesma antes e depois da diluição: m1(inicial) = m1(final) então, o produto da concentração (C) pelo volume (V) também é o mesmo, ou seja: Com essa relação podemos calcular a concentração final da solução, após a diluição. Ci.Vi = Cf.Vf 158 9.5.2) Molaridade (M): O mesmo raciocínio anterior pode ser feito, quando a concentração da solução for expressa em molaridade. Mi = n1 Mf = n1 Vi Vf Isolando n1 temos: n1 = Mi.Vi m1 = Mf.Vf Como o número de mols do soluto n1 é a mesmo antes e depois da diluição: n1(inicial) = n1(final) então, o produto da molaridade (M) pelo volume (V) também é o mesmo, ou seja: Exercícios de aprendizagem: 155) Uma solução aquosa de sulfato de sódio, cuja concentração é 60g/l é diluída por adição de água, obtendo-se um volume final de 750mL de solução a 40gL. Calcular o volume inicial de solução utilizado na diluição. Mi.Vi = Mf.Vf 159 156) Calculea quantidade de água que deve ser adicionada a 360mL de solução aquosa de nitrato de potássio, com concentração igual a 80g/L, para obter uma solução com concentração igual a 30g/L. 157) Calcule a molaridade de uma solução alcoólica de iodeto de potássio, sabendo que se diluir 400mL dessa solução para 690mL ela se torna 1,5M.
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