Resumo de Soluções Químicas (Química)

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Soluções Químicas
PROCESSOS DE DISSOLUÇÃO, UNIDADES DE CONCENTRAÇÃO E MISTURA DE SOLUÇÕES
De modo geral, uma solução pode ser
considerada uma mistura homogênea com no
mínimo, dois componentes, um soluto e um
solvente. Neste sistema, o soluto é o
componente que se dissolve enquanto o
solvente dissolve os demais. Por exemplo, ao
analisar um recipiente de ácido sulfúrico
concentrado, nota-se a seguinte informação
no rótulo: 98% (em massa). Isso significa que
a solução é diluída, tendo 98 g de H2SO4 em 2
g de água que, mesmo estando em menor
quantidade, é o solvente.
As soluções podem ser classificadas
de acordo com seu estado físico, sendo este
definido pelo estado físico do solvente. Uma
solução sólida, por exemplo, são as ligas
metálicas. Já as misturas gasosas, como o ar
atmosférico podem ser consideradas soluções
gasosas, visto que um gás não é capaz de
dissolver um sólido ou um líquido. Enquanto
em uma solução líquida, sendo o solvente um
líquido, o soluto pode ser um gás, um sólido
ou outro líquido.
Processos de dissolução
Ainda pensando em soluções líquidas,
temos então três possibilidades: um gás sendo
diluído por um líquido, um líquido diluindo
outro líquido ou um sólido iônico sendo
diluído por um líquido.
Dissolução de um gás por um líquido
Em casos como este, a solubilidade da
solução depende da temperatura e da pressão.
A influência da temperatura é
inversamente proporcional à solubilidade de
forma que, quanto maior a temperatura da
solução, menor será a solubilidade do soluto.
Um exemplo prático em que esta
relação pode ser observada é o despejo de um
efluente de temperatura elevada em um corpo
hídrico, por exemplo. Com isso, a
solubilidade dos gases presentes na água
diminuiria, podendo gerar ainda um problema
ambiental, além do despejo incorreto, visto
que pode afetar diretamente a vida dos
animais que ali residem.
Já a influência da pressão é
considerada diretamente proporcional à
solubilidade, ou seja, a solubilidade aumenta
com o aumento da pressão.
Um exemplo disso é uma garrafa de
água com gás. Quando aberta, a pressão
diminui e, consequentemente, a solubilidade
do gás também, o que torna as bolhas de gás
na água.
Na teoria, a solubilidade de um gás em
um líquido pode ser calculada em função da
pressão, a partir da Lei de Henry. Da seguinte
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forma:
𝑆 = 𝐾
𝐻𝑒𝑛𝑟𝑦
× 𝑃
Dessa maneira, temos que a
solubilidade do gás em temperatura constante
é equivalente ao produto entre a constante de
Henry e a pressão do soluto puro.
Dissolução de um líquido por outro líquido
Nesse caso, a solubilidade depende da
intensidade das ligações intermoleculares.
Quando a energia necessária para
quebrar as ligações soluto-soluto e
solvente-solvente são maiores que a energia
necessária para formar as ligações
soluto-solvente, a variação de energia é
positiva, o que confere uma dissolução
endotérmica gerando, dessa forma, um
aumento da solubilidade com o aumento da
temperatura.
Quando a energia necessária para
quebrar as ligações soluto-soluto e
solvente-solvente são menores que a energia
necessária para formar as ligações
soluto-solvente, a dissolução do soluto é
exotérmica gerando, dessa forma, uma
diminuição da solubilidade ao aumentar a
temperatura.
Dissolução de um sólido iônico por um líquido
A solubilidade de sólidos iônicos em
líquidos é influenciada pela energia reticular
só sólido iônico, de forma que são
inversamente proporcionais.
A energia reticular, representada por
U, é, nesse caso, a energia gerada ao quebrar
o sólido e pode ser calculada pelo ciclo de
Born-Haber.
A energia reticular é calculada pelo
ciclo de Born-Haber da seguinte forma:
∆H (kJ/mol)
ΔHf -411,1
ΔHS +108
EINa +495,8
ΔHD +242
AECl -349
− ∆𝐻°
𝐹
+ ∆𝐻
𝑆
+ 𝐸𝐼 + 12 ∆𝐻 𝐷 + 𝐴𝐸 − 𝑈 = 0
411, 1 + 108 + 495, 8 + ½ × 242 − 349 − 𝑈 = 0
786, 9 − 𝑈 = 0
𝑈
𝑁𝑎𝐶𝑙
= − 786, 9 𝐾𝐽/𝑚𝑜𝑙
Unidades de concentração
A concentração de uma solução é
a relação entre a quantidade de soluto e
solvente. Existem algumas formas de
calculá-la e diferentes unidades de
medidas podem ser empregadas.
Porcentagem em massa (%m)
Corresponde a massa do soluto em
gramas em 100 g de solução.
Porcentagem em volume (%v)
Corresponde ao volume do soluto
em mililitros em 100 mL de solução.
Concentração comum (C)
Esta é a razão entre a massa, em
gramas, do soluto e o volume, em litros, da
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solução, da seguinte forma:
𝐶(𝑔/𝐿) = 𝑚 (𝑔)𝑉 (𝐿)
Concentração molar (M)
Corresponde a razão entre a massa
do soluto, em gramas, e o produto da
massa molar do soluto, em gramas/mol, e
do volume da solução, em litros.
𝑀(𝑚𝑜𝑙/𝐿)𝑜𝑢 [𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜] = 𝑚(𝑔)𝑀𝑀(𝑔/𝑚𝑜𝑙) × 𝑉(𝐿)
Ou, ainda, pode ser representada
pela razão entre o número de mol do
soluto pelo volume da solução, em litros.
𝑀(𝑚𝑜𝑙/𝐿)𝑜𝑢 [𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜] = 𝑛(𝑚𝑜𝑙) 𝑉(𝐿)
Molalidade (W)
Esta corresponde à razão entre o
número de mol do soluto e a massa da
solução, em quilos.
𝑊(𝑚𝑜𝑙/𝐾𝑔) = 𝑛(𝑚𝑜𝑙)𝑚(𝐾𝑔)
Partes por milhão (ppm), partes por
bilhão (ppb) e partes por trilhão (ppt)
Representam, respectivamente, 103
g/L(mg/L), 106 g/L(µg/L) e 109 g/L(ng/L).
Por exemplo, gramas de soluto em 106
gramas de solução(ppb).
Densidade
Esta é representada pela relação
entre a massa da solução, em gramas, e o
volume que a mesma ocupa, em litros.
𝑑 = 𝑚(𝑔)𝑉(𝐿)
Diluição e concentração
Diluir ou concentrar uma solução
se resumem em variar a quantidade de
solvente em uma solução. Para diluir uma
solução pode-se adicionar mais solvente,
aumentando o volume da mesma e, para
concentrá-la, pode-se reduzir o volume do
solvente, aquecendo a solução e
evaporando-o, por exemplo. Em ambos os
casos, a diferença é somente o volume do
solvente, portanto o número de mol do
soluto não sofre alterações, com isso,
pode-se fazer a seguinte relação:
𝑀 × 𝑉 = 𝑀' × 𝑉'
onde: M= molaridade da solução antes da
diluição/concentração
V= volume da solução antes
M’= molaridade da solução depois
V’= volume da solução depois
Mistura de soluções
Ao se misturar soluções de solutos
distintos, pode ou não ocorrer reação química,
havendo somente uma diluição.
Quando se mistura soluções de mesmo
soluto, o número de mol do mesmo aumenta e
o total pode ser calculado das seguintes
formas:
ou𝑛
𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙
= 𝑛
1
+ 𝑛
2
ou𝑀
𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙
=
𝑛
1
+𝑛
2
𝑛𝑉
𝑀
𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙
=
𝑀
1
 × 𝑉
1
 + 𝑀
2 
× 𝑉
2
𝑛𝑉