2 Físico-Química - 1 semestre-8

Prévia do material em texto

43 
 
 
www.cursoanualdequimica.com.br – e-mail: cursodequimica@gmail.com 
 
MÓDULO 02 
UNIDADES DE CONCENTRAÇÃO DAS SOLUÇÕES 
1) Introdução 
Concentração de uma solução é qualquer expressão da proporção entre as quantidades de soluto 
e de solvente, ou então, entre as quantidades de soluto e de solução. 
 
" " de soluto (ou de solução)
"Quantidade" de solvente (ou de solução)
Quantidade
Concentração 
 
“Quantidade” = mols ou massa ou volume. 
 
Observações: 
 
1. Convenção: 
– Índice 1: soluto. Ex.: m1 = massa do soluto 
– Índice 2: solvente. Ex.: m2 = massa do solvente 
– Sem índice: solução. 
 Ex.: m = massa da solução (m = m1 + m2) 
 
2. 1cm3 = 1mL 
 1dm3 = 1L 
 1m3 = 1000L 
 
 x 100 
 L mL 
  1000 
 
3. Em qualquer parte da solução a concentração é a mesma. 
 
2) Unidades de concentração das soluções 
 
2.1 Concentração em massa/volume ou concentração comum (C) 
É a razão estabelecida entre a massa do soluto (m1) e o volume da solução (V); 
 
V
m
C 1 
Geralmente: Soluto, em gramas (g) e solução em litros (L), logo temos a unidade: g/L. 
 
A unidade g/cm3 é menos usada. 
 
2.2 Concentração massa/massa ou título em massa (T) 
É a razão estabelecida entre a massa do soluto (m1) e a massa da solução (m), ambas na mesma 
unidade (geralmente em gramas). 
m
m
T 1 como : m = m1 + m2 
Temos: 
21
1
mm
m
T

 
Observações: 
0 < T < 1 
O título em massa comumente é expresso em porcentagem de soluto; assim, temos o título 
percentual em massa (T%). 
100 x T%T  
O título em massa não possui unidade. 
 
 
 
 
44 
 
 
www.cursoanualdequimica.com.br – e-mail: cursodequimica@gmail.com 
 
Observações: 
1. % massa/massa (%m/m): Indica a massa de soluto (m1) em gramas, contida em 100g de solução. 
 Ex.: 40% m/m indica 40g de soluto em 100g de solução. 
 
2.3 Concentração volume/volume ou título em volume (Tv) 
É a razão estabelecida entre o volume do soluto (V1) e o volume da solução (V), ambos na mesma 
unidade: 
V
V
T 1V  
Observações: 
De um modo geral o volume da solução (V) não é necessariamente a soma do volume do soluto 
(V1) com o volume do solvente (V2). 
 
0 < TV < 1 
 
O título em volume comumente é expresso em porcentagem de soluto, assim temos o título 
percentual em volume. (TV%): TV% = TV x 100. 
 
O título em volume não possui unidade. 
O título em volume só é usado para exprimir concentrações onde os componentes das soluções 
são todos gasosos ou todos líquidos. 
 
Observações: 
1. % volume / volume (%v/v) 
 Indica o volume de soluto (V1), em mL, contido em 100mL de solução. 
 Ex.: 20% v/v indica 20 mL de soluto em 100 mL de solução. 
 
2. Álcool a 96% (significa 96 volumes de álcool para cada 100 volumes da solução). 
 
3. O grau Gay-Lussac (ºG . L) indica a % v/v para soluções alcoólicas. 
 Ex.: 10,6ºG.L (significa 10,6 volumes de álcool para cada 100 volumes da solução). 
 
4. % massa/volume (%m/v): indica a massa do soluto (m1) em gramas, contida em 100 ml de solução. 
 Ex.: 0,80% m/v indica 0,80g de soluto em 100 ml de solução. 
 
2.4 Concentração em partes por milhão ou ppm 
Para soluções muito diluídas, ou seja, soluções onde a concentração é muito pequena, a 
concentração costuma ser expressa em partes por milhão ou ppm. 
 
I) Concentração em massa/massa expressa em ppm. 
Ex.: 1 ppm significa que para cada parte em massa do soluto temos um milhão de partes em massa 
de solução. 
 
concentração em ou concentração em 
 
partes10
g10
g10
Kg) (em m
mg) em(m
ppm 6
3
3
1








 partes10
g10
g10
Kg) (em m
mg) em(m
ppm 6
3
3
1






 
 
Observações: 
 
610Tppm  ou 410%Tppm  
 
Ex.: T = 0,00005  T % = 0,005%  ppm = 50 ppm. 
 
 
 
 
45 
 
 
www.cursoanualdequimica.com.br – e-mail: cursodequimica@gmail.com 
 
II) Concentração em volume/volume expressa em ppm. 
 Ex.: 1 ppm significa que para cada parte em volume do soluto, temos um milhão de partes de solução. 
 
 concentração em ou concentração em 
 
 partes10
L10
L10
)m (emv 
mL) em(v
ppm 6
3
3
3
1








 partes10
L1
L10
L) (emv 
L) em(v
ppm 6
6
1








 
 
Observações: 
L = microlitros = 10–6 L 
 
6
v 10Tppm  ou 
4
V 10%Tppm  
 
III) Concentração em massa/volume expressa em ppm. Os químicos costumam expressar a concentração 
de sólidos em líquidos, utilizando ppm. 
 Assim temos: 
 concentração em 
 partes10
g10OKgH1OLH1
g10
L) (emV 
mg) em(m
ppm 6
3
22
3
1








 
 
Ex.: A água contendo 0,05 ppm de Pb2+ é imprópria para o consumo (0,05 mg de Pb2+ por litro de água) 
= (0,05 mg de Pb2+ por kg de água). 
 
2.5 Densidade de uma solução (d) 
É a razão estabelecida entre a massa da solução (m) e o volume dessa solução (V); 
V
m
d  como: m = m1 + m2 temos: 
V
mm
d 21

 
Unidades: g/mL = g/cm3; etc. 
 
Observações: 
g/mL 
x 1000 
 g/L 
ou ou 
g/cm3 

 
 1000 
g/dm3 
 
O volume, ao ser relacionado com a densidade, deve estar na mesma unidade de volume da 
densidade. 
Ex.: V = 100 cm3 e d = 1,2g/cm3. 
 
Como a densidade da água é igual a 1g/mL, 1 mL de água = 1 g de água; 1 L de água é igual a 1 
Kg de água... Cuidado: essas relações só são válidas para a água devido a sua densidade ser igual a 1 
g/mL. 
 
2.6 Concentração em quantidade de material/volume ou concentração molar ou molaridade ou 
concentração mol/L (M) 
É a razão estabelecida entre o número de mols de moléculas do soluto (n1) e o volume da solução 
(V), em litros: 
 
 
 
46 
 
 
www.cursoanualdequimica.com.br – e-mail: cursodequimica@gmail.com 
 
V
n
M 1 Como: 11
1
m
n
M
 
Número de mols do soluto (n1) é a razão entre a massa do soluto (m1) e a massa molar desse soluto 
(M1). 
Unidade: mol/L ou M ou molar escritas após o valor numérico da concentração. 
 
2.6.1 Molaridade de íons 
Em certos casos é necessário relacionar a molaridade da substância à molaridade dos seus íons 
em solução; assim, temos: 
Ex.1: Calcule a molaridade dos íons Ca
2+
(aq) e Cl
-
(aq) em uma solução 1,0.10
-2 mol/L de CaCl
2(aq). 
2 2
2( ) ( ) ( )1 1 2 
H O
aq aq aqDissociação
CaCl Ca Cl ( = 100%) 
   
1,0.10-2 mol/L 1,0.10-2 mol/L 2,0.10-2 mol/L 
 
Ex.2: Calcule a molaridade dos íons H+(aq) e 
2
)aq(4SO em uma solução 2,0.10
-3 mol/L de H2SO4(aq), 
considerando a ionização total nas duas etapas. 
2 2
2 4( ) ( ) 4( )1 2 H 1 
H O
aq aq aqIonização
H SO SO ( = 100%) 
   
2,0.10-3 mol/L 4,0.10-3 mol/L 2,0.10-3 mol/L 
 
Conclusão 
O cálculo da molaridade dos íons deve ser feito a partir da equação de dissociação ou de ionização 
do soluto e seguir a proporção estequiométrica. 
 
2.7 Concentração em quantidade de matéria/ quantidade de matéria ou fração molar (X) 
 
I) Fração Molar do Soluto (X1): é a razão estabelecida entre o número de mols de moléculas do soluto 
(n1) e o número de mols de molécula da solução (n). 
 
21
1
121
1
1
nn
n
X nn n :Como 
n
n
X

 
 
II) Fração Molar do Solvente (X2): é a razão estabelecida entre o número de mols de moléculas do 
solvente (n2) e o número de mols de moléculas da solução (n). 
 
21
2
221
2
2
nn
n
X nn n :Como 
n
n
X

 
 
Observações: 
1. X1 + X2 = 1 
2. A Fração molar não possui unidade 
3. 0 < x < 1 
4. Não esqueça: 
1 2
1 2
1 2
 e n
m m
n
M M
 
Onde: M1 = massa molar do soluto 
 M2 = massa molar do solvente 
 
2.8. Concentração em quantidade de matéria por massa ou molalidade ou concentração molal 
(W) 
É a razão estabelecida entre o número de mols de moléculas do soluto (n1) e a massa, em 
 
 
 
47 
 
 
www.cursoanualdequimica.com.br – e-mail: cursodequimica@gmail.com 
 
quilogramas, do solvente (m2); 
1 1
1
2 1
 onde: n
( )
: mol/kg ou molal ou m
n m
W
m kg M
unidade
 
 
Observações: 
Numa solução aquosa diluída,1 L de solução contém aproximadamente 1 L de água, ou seja, 1 Kg 
de água. Dessa forma, o número de mols de soluto por litro de solução (molaridade) é aproximadamente 
igual ao número de mols do soluto por quilograma de água (molalidade). (M  W). 
 
4) Relações entre as principais unidades de concentração das soluções 
I) Relação entre a concentração comum (C) e o título em massa (T). 
)2(
m
m
T )1(
V
m
C 11  
 
Dividindo (1) por (2), temos: 
d
V
m
T
C
m
m
V
m
T
C
m
m
V
m
T
C
1
1
1
1
 
 d
T
C
 TdC   Título em massa 
 Densidade de (g/L) 
 Concentração comum (g/L) 
Observações: 
Como geralmente a densidade é dada em g/mL temos: 
 
T d 1000 C   Título em massa 
 
 Densidade (g/mL) 
 Concentração comum (g/L) 
 
II) Relação entre a concentração comum (C) e a molaridade (M). 
1 1
1
m
(1) M (2)
m
C
V M V
 
Dividindo (1) por (2) temos: 
1
1 1
1
1 1
1
m
m M VC C CV M
mM M V m M
M V
 
 
 1 C M M 
 
 Massa molar do soluto 
 Molaridade 
 Concentração comum 
 
Igualando as relações (I) e (II) temos: 
C = 1000 d . T (I) 
C = M . Mol1 (II) 
Td1000MolMC 1  
 
 
 
48 
 
 
www.cursoanualdequimica.com.br – e-mail: cursodequimica@gmail.com 
 
UNIDADES DE CONCENTRAÇÃO DAS SOLUÇÕES 
Exercícios de Apresndizagem 
 
01. (Ita ) Um litro de uma solução aquosa contém 0,30mol 
de íons Na®, 0,28mol de íons CØ­, 0,10mol de íons SO„£­ e 
x mols de íons Fe¤®. A concentração de íons Fe¤® (em 
mol/L) presentes nesta solução é 
a) 0,03 
b) 0,06 
c) 0,08 
d) 0,18 
e) 0,26 
02. (Unifesp) Soluções aquosas de nitrato de prata (AgNO3), 
com concentração máxima de 1,7% em massa, são utilizadas 
como antisséptico em ambiente hospitalar. A concentração 
de íons Ag+ presentes numa solução aquosa de AgNO3 pode 
ser determinada pela titulação com solução de concentração 
conhecida de tiocianato de potássio (KSCN), através da 
formação do sal pouco solúvel tiocianato de prata (AgSCN). 
Na titulação de 25,0 mL de uma solução de AgNO3, 
preparada para uso hospitalar, foram utilizados 15,0 mL de 
uma solução de KSCN 0,2 mol.L–1, para atingir o ponto final 
da reação. 
a) Determine, em mol. L–1, a concentração da solução 
preparada de AgNO3. 
b) Mostre, através de cálculos de concentração, se a solução 
de AgNO3 preparada é adequada para uso hospitalar. 
Considere que a massa molar de AgNO3 seja igual a 170 
g. mol–1 e que a densidade da solução aquosa seja igual a 
1 g. mL–1. 
 
03. (Fuvest) O observatório de Mauna Loa, no Havaí, faz 
medições diárias da concentração de dióxido de carbono na 
atmosfera terrestre. No dia 09 de maio de 2013, a 
concentração desse gás atingiu a marca de 400 ppm. O 
gráfico abaixo mostra a curva de crescimento da 
concentração de dióxido de carbono ao longo dos anos 
(curva B) e, também, a curva que seria esperada, 
considerando o CO2 gerado pelo consumo de combustíveis 
fósseis (curva A). 
 
 
 
a) Escreva a equação química balanceada que representa a 
reação que ocorre no motor de um carro movido a 
gasolina (C8H18), e que resulta na liberação de CO2 e 
vapor de água para a atmosfera. 
 
b) A concentração de CO2 na atmosfera, na época pré-
industrial, era de 280,0 ppm. Adotando o valor de 400,4 
ppm para a concentração atual, calcule a variação 
percentual da concentração de CO2 em relação ao valor da 
época pré-industrial. 
 
c) Dê uma explicação para o fato de os valores observados 
(representados na curva B) serem menores do que os 
valores esperados (representados na curva A). 
 
04. (Ufpe ) A água oxigenada, ou peróxido de hidrogênio 
(H‚O‚), é vendida nas farmácias com concentrações em 
termos de "volumes", que correspondem à relação entre o 
volume de gás O‚, liberado após completa decomposição 
do H‚O‚, e o volume da solução aquosa. Sabendo que a 
equação química de decomposição da água oxigenada é: 
 
H‚O‚(aq) ë H‚O(Ø) + 1/2 O‚(g) 
 
calcule a concentração molar de uma solução de água 
oxigenada de 24,4 volumes a 25°C e 1 atm. 
(Dado: R = 0,082 atm . L . K-¢ . mol-¢) 
 
05) A concentração de uma solução de KNO3 é 0,750 m. 
Como calcular a fração molar de KNO3 nesta solução? 
 
06) Uma solução de H2SO4 a 50,00% tem densidade 
relativa 1,3977 a 20 °C. Explique como você calcularia a 
molaridade desta solução. 
 
07) Uma solução de álcool etílico, CH3CH2OH, em água 
possui uma concentração de 1,25 m. Calcule o peso 
percentual do álcool etílico. 
 
08) Uma solução de NaCl em água possui uma concentração 
de 19,5%. Calcule a molalidade da solução. 
 
09) Uma solução de NH3 em água possui concentração de 
5,00% em peso. Calcule a percentagem molar de NH3 na 
solução. Qual a concentração molal de NH3? 
 
10) Uma solução aquosa de álcool isopropílico, C3H8O, 
utilizado para limpar as cabeças leitoras dos videocassetes, 
possui uma fração molar de álcool igual a 0,250. Qual a 
percentagem em peso do álcool na solução? Qual a 
molalidade do álcool? 
 
11) A amônia aquosa comercial é 28% em massa de NH3 e tem 
densidade de 0,90 g/mL. Qual é a concentração em quantidade de 
matéria dessa solução? 
 
12) O ácido nítrico aquoso comercial tem densidade de 1,42 
g/mL e é 1,6 mol/L. Calcule a porcentagem em massa de 
HNO3 na solução.