Bases químicas

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26/03/2024, 15:50 Bases da química para ciências
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Autoria: Fábio de Pádua Ferreira - Revisão técnica: Vinicius Mendes Souza
Carneiro
Bases da química para ciências
UNIDADE 2 - QUÍMICA DAS
SOLUÇÕES
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A química é uma ciência extraordinária e intrigante. As
reações químicas são governadas pelas leis da
termodinâmica. Estas afirmam que, para todos os
processos, a energia combinada de um sistema e seus
arredores deve ser conservada. Do ponto de vista
macroscópico, a composição do sistema em equilíbrio é
imutável, mas, em nível microscópico, a mudança é
continua.
Uma solução é uma mistura homogênea composta de um
solvente e um ou mais solutos. Para descrever uma solução completamente, devemos saber sua
concentração. Nesse sentido, várias unidades estão disponíveis para expressar a concentração de
uma solução, cada uma com um propósito diferente.
Temos, assim, três reflexões importantes a serem consideradas: como o estudo das reações em
soluções presentes no cotidiano podem auxiliar no ensino de química? Quais são as contribuições
das teorias ácido-base e da escala de pH para o aprendizado dos estudantes? É possível relacionar
os conceitos teóricos sobre equilíbrios físico-químicos com atividades práticas?
Nesta unidade, portanto, estudaremos os aspectos físico-químicos de soluções e misturas, técnicas
simples e modernas para realizar a separação de componentes específicos em uma mistura, cálculos
envolvendo soluções e como realizar o procedimento de dissolução de forma apropriada.
Veremos, ainda, os principais equilíbrios em solução aquosa, tanto físicos quanto químicos, incluindo
equilíbrios de transporte de massas em solução, reações de precipitação e complexação. Por fim,
conheceremos os principais aspectos das teorias ácido-base e a escala de pH.
Bons estudos!
Introdução
2.1 Misturas e
soluções
De acordo com Tro (2009), uma solução é definida como uma mistura homogênea de duas ou mais
substâncias. Entre os exemplos de soluções, podemos citar a gasolina, a água do mar, o café e o plasma
sanguíneo.
O componente majoritário de uma solução é conhecido como solvente, ao passo que o componente minoritário
é denominado soluto. Soluções cujo solvente é a água são denominadas soluções aquosas.
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No entanto, nem todas as substâncias formam soluções quando misturadas. Água e óleo, por exemplo,
permanecem separados mesmo quando misturados vigorosamente. Dessa maneira, o que dita se uma solução
será formada pela combinação de substâncias são as interações entre os componentes da mistura. Se estes se
atraem, surge uma solução.
As soluções podem apresentar uma grande variedade de solutos. Existem espécies com diferentes
solubilidades em água, sendo que, em alguns casos, os sais podem ser extremamente solúveis, como o cloreto
de lítio, em que cinco gramas de sal podem ser dissolvidos em cinco mililitros de água. No entanto, a água
ainda é considerada o solvente, pois é a espécie que não mudou de estado.
Moore (2010) menciona que a maioria das pessoas pensa em líquidos quando se fala sobre soluções, mas
você também pode ter soluções de gases ou sólidos. A atmosfera terrestre, por exemplo, é uma solução.
Como o componente majoritário do ar é o gás nitrogênio, ele é considerado o solvente, enquanto o oxigênio,
dióxido de carbono e outros gases, são considerados os solutos.
Ligas são soluções de um metal em outro. Latão é uma solução de zinco em cobre.
As soluções diferem das substâncias puras em diversos aspectos importantes. Por exemplo, soluções de 50% a
80% de etilenoglicol em água, conhecidas como anticongelantes, são utilizadas nos radiadores de veículos
porque congelam em temperaturas muito mais baixas do que a água pura ou o etilenoglicol puro. As soluções
anticongelantes também fervem em temperaturas mais altas do que a água pura, aumentando a faixa de
temperatura na qual o fluído pode transferir calor para longe do motor.
Gilbert et al. (2018) complementam que as temperaturas nas quais uma solução anticongelante ferve ou
congela dependem da concentração do soluto no solvente. Soluções e líquidos puros se comportam de
maneira distinta devido às forças intermoleculares entre o solvente e as partículas de soluto.
2.1.1 Classificação das misturas
A maior parte da matéria com a qual entramos em contato no nosso cotidiano é uma mistura composta de duas
ou mais substâncias puras. O ar que respiramos é composto de nitrogênio e oxigênio, junto com pequenas
quantidades de argônio, vapor d'água, dióxido de carbono e outros gases. A água do mar, por sua vez, é
composta, principalmente, por cloreto de sódio e água (SMITH, 2012).
Essas misturas podem ser heterogêneas ou homogêneas. A mistura heterogênea não tem uma composição
uniforme em toda a amostra, enquanto que a mistura homogênea tem uma composição uniforme em toda a
amostra.
A figura a seguir apresenta a classificação da matéria, incluindo alguns exemplos.
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#PraCegoVer: na figura, temos uma espécie de infográfico com a classificação da matéria de acordo com a
sustância pura (elemento e composto) e a mistura (heterogênea ou homogênea). Abaixo, há alguns exemplos.
Da esquerda para a direita, encontramos um lápis (grafite), uma gota de água, um copo com líquido rosado
(limonada) e um copo com dois líquidos (água e óleo). Abaixo dessas representações, há a representação
molecular de cada uma.
Geralmente, ao misturarmos dois componentes para preparar uma mistura, podemos ter a formação de solução,
coloides ou suspensões. 
Figura 1 - A classificação da matéria se dá conforme seus elementos
Fonte: VectorMine, Shutterstock, 2020.
Contém partículas de soluto invisíveis a olho humano. Consiste em soluções
líquidas, muitas vezes translucidas. 
Solução
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Entendido sobre a classificação das misturas e a diferença entre suas formações, podemos passar ao estudo
das técnicas de separação. Nos aprofundaremos a respeito disso com o próximo item. Acompanhe!
2.1.2 Técnicas de separação
As separações são extremamente importantes na síntese, na química industrial, nas ciências biomédicas e nas
análises químicas.
Utilizando como exemplo o petróleo, a primeira etapa do processo de refino consiste em separar os
componentes do petróleo em frações, com base no ponto de ebulição em grandes torres de destilação. Os
materiais com pontos de ebulição mais baixos vaporizam primeiro. O vapor sobe pela alta coluna de
destilação ou torre, quando se condensa novamente em um líquido muito mais puro. Regulando as
temperaturas do destilador e da coluna, a faixa do ponto de ebulição da fração condensada pode ser
controlada.
Skoog et al. (2014) nos explicam que as separações analíticas ocorrem em uma escala de laboratório muito
menor do que a destilação em escala industrial. Os principais métodos de separação incluem precipitação,
destilação, extração e várias técnicas cromatográficas.
A cromatografia é caracterizada como um processo físico de separação, em que os componentes que serão
separados estão distribuídos em duas fases: estacionária e móvel. A primeira pode ser um sólido ou líquido em
um suporte com grande área superficial (coluna), ao passo que a segunda pode ser gasosa, líquida ou um
fluído supercrítico que passa sobre a fase estacionária e arrasta diversoscomponentes da mistura. A diferença
no tempo de eluição é um dos principais fatores da separação (PERES, 2002).
Existem muitos tipos de técnicas cromatográficas. As que mais se destacam são a cromatografia gasosa e a
cromatografia líquida de alta eficiência.
A seleção do tipo de cromatografia e da coluna adequados depende do material a ser isolado. Geralmente, os
equipamentos de cromatografia trazem acoplados um detector, espectrofotômetros que operam no ultravioleta e
no visível.
Lembre-se de que a cromatografia não é uma técnica para determinar a estrutura, mas serve para um pré-
tratamento da amostra, uma vez que técnicas para determinar estrutura são mais complexas e dispendiosas.
Agora, voltando ao assunto, o método de precipitação se baseia na diferença da solubilidade dos compostos
formados. O método da destilação está relacionado à diferença entre volatilidade e temperatura de evaporação
dos componentes da mistura. A extração, por sua vez, tem ligação com a solubilidade da amostra em dois
líquidos imiscíveis. Já a troca iônica se baseia na diferença da interação da amostra com uma coluna.
Teste seus conhecimentos
(Atividade não pontuada)
Categorizado por uma mistura heterogênea, mas que parece homogênea a olho nu.
É formado por partículas de dimensões muito pequenas, na casa dos nanômetros.
Geralmente apresentam uma aparência opaca, sendo que o leite e o chantilly são
exemplos de coloides.
Classificada como mistura heterogênea, muitas vezes suas partículas podem ser
vistas a olho nu. Pode ser classificada em espumas, emulsões, sólidos dispersos,
gel e aerossóis. 
Coloide
Suspensão
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A cromatografia, por outro lado, é a técnica atual mais eficiente no que diz respeito aos métodos de separação,
sendo que uma grande variedade de materiais tem sido utilizada no desenvolvimento de equipamentos e
colunas que garantem a separação eficiente e suficientemente rápida para realizar análises químicas.
Conforme Harris (2017), a filtração é um procedimento utilizado para separar componentes sólidos em misturas
heterogêneas. O papel de filtro é permitir que o líquido passe, mas retendo sólidos. Na figura na sequência,
podemos entender melhor ao observar um esquema de filtração utilizando um filtro de papel.
O botânico russo Mikhail Tsvet é considerado o percursor da cromatografia,
utilizando a técnica como método de separação. Ele desenvolveu um
trabalho fundamental para a química da clorofila, fornecendo um relato muito
claro do processo que, hoje, entendemos como cromatografia. Novas formas
foram desenvolvidas nas décadas de 1930 e 1940. Atualmente, ela é
considerada um dos mais eficientes métodos para separação de
componentes em misturas (LANÇAS, 2009).
Você o conhece?
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#PraCegoVer: na figura, temos uma representação de como ocorre a filtração. Mais à direita do esquema
ilustrativo, há um recipiente na parte de cima, com seu conteúdo escorrendo. Trata-se de um funil ou filtro de
papel. Ele deixa passar apenas o líquido. Abaixo, há outro recipiente com o líquido filtrado. Mais à esquerda, há
dois recipientes, um do lado do outro, nas cores vermelha e roxa.
As separações por precipitação requerem grandes diferenças de solubilidade entre os interferentes
analisados. A viabilidade teórica desse tipo de separação pode ser determinada por cálculos de solubilidade.
Infelizmente, outros fatores podem impedir o uso de precipitação para obter uma separação, como os
fenômenos de precipitação simultânea de espécies iônicas. Da mesma forma, a taxa de uma precipitação viável
de outra pode ser muito lenta para ser útil para uma separação. Finalmente, quando os precipitados se formam
Figura 2 - A filtração separa componentes sólidos do líquido
Fonte: gritsalak karalak, Shutterstock, 2020.
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como suspensões coloidais, a coagulação pode ser difícil e lenta, particularmente quando se tenta isolar uma
pequena quantidade de uma fase sólida. Muitos agentes precipitantes têm sido usados para separações
inorgânicas quantitativas (SKOOG et al., 2014).
A destilação é uma técnica amplamente usada para separar analitos voláteis de interferentes não voláteis. Ela
é baseada nas diferenças nos pontos de ebulição dos materiais em uma mistura, comumente aplicada na
química orgânica para separar componentes em misturas para fins de purificação.
Russel (2009) nos traz que a destilação também pode ser utilizada para separar componentes de uma solução
homogênea que apresentem diferentes temperaturas de ebulição e vaporização.
Vamos exercitar seus conhecimentos sobre técnicas de separação e
propostas de intervenção pedagógicas? Para tanto, proponha um
experimento utilizando materiais alternativos para abordar o tema
separação de misturas. Descreva sua proposta e disserte sobre quais
aspectos pedagógicos podem ser trabalhados nessa prática. Depois,
compartilhe suas conclusões com seus colegas!
Vamos Praticar!
2.2 Cálculos envolvendo
soluções
De acordo com Moore (2010), faz-se importante ter um método quantitativo para descrever a quantidade relativa
de soluto e solvente em uma solução. Você pode usar uma variedade de unidades de concentração de solução
para descrever quantitativamente as quantidades relativas do soluto e solvente.
Na vida cotidiana, a porcentagem é comumente utilizada. Em química, a molaridade — que é a quantidade de
soluto em mols por litro de solução — é a unidade de concentração de solução de escolha. Em certas
circunstâncias, entretanto, outra unidade — a molalidade, que diz respeito aos mols de soluto por quilograma
de solvente — é aplicada. Quando se trata de poluição, pode ser utilizada a unidade partes por milhão ou
partes por bilhão.
De acordo com Brown et al. (2016), a concentração de uma solução também pode ser expressa
qualitativamente. Os termos diluído e concentrado são usados para descrever uma solução qualitativamente.
Uma solução com uma concentração relativamente pequena de soluto é considerada diluída, por outro lado, se
a concentração de soluto for alta, é considerado concentrado.
2.2.1 Concentração e molaridade
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Como vimos anteriormente, a concentração de qualquer solução ou a quantidade de soluto em determinada
quantidade de solvente ou solução pode ser expressa de diversas maneiras. Algumas medidas quantitativas de
concentração são baseadas em relações massa por volume, como gramas ou miligramas de soluto por litro de
solução.
Quando os laboratórios clínicos relatam a concentração de moléculas no sangue, os intervalos de referência
para concentrações típicas podem ser expressos em miligramas de substância por decilitro de plasma. A
maioria dos cientistas interessados em estudar processos químicos em águas naturais ou soluções de
laboratório prefere trabalhar com concentrações baseadas em mols de soluto.
Para esses cientistas, a unidade de concentração preferida é mols de soluto por litro de solução. Essa
proporção é chamada de molaridade (M), dada pela expressão , em que temos a molaridade igual aos
mols de soluto dividido pelo volume de solução em litros.
Para determinar o número de mols do soluto, basta verificar a massa de soluto presente na solução e dividir
pela massa molar do soluto. Esta e o número de mols estão relacionados à constante de Avogadro, a qual
descreve que o número de entidades elementares contidas em um mol se dá por . A massa molar é
obtida pela soma da massaatômica de cada átomo presente na substância, descrevendo a quantidade da
substância em gramas equivalente a um mol de entidades dessa substância.
Em muitos sistemas ambientais e biológicos, as concentrações de soluto são frequentemente menores do que
1,0 M.
As unidades de concentração também podem ser milimoles por litro, o que significa que estamos descrevendo
a concentração em termos de milimolaridade, em vez de molaridade (GILBERT, 2018).
Em uma escala ainda menor, as concentrações de elementos em quantidades muito baixas, também chamadas
de elementos traços — considerados essenciais para processos biológicos —, são expressas em termos de
micromolaridade, nanomolaridade e, até mesmo, picomolaridade.
As faixas de concentração de inúmeras substâncias biologicamente ativas em sangue, urina e outros líquidos
biológicos, por exemplo, são tão pequenas que, por vezes, são expressas em unidades como as mencionadas
(GILBERT, 2018).
2.2.2 Diluição de soluções
Em laboratórios que testam a qualidade da água potável, os cientistas compram soluções de estoque de
substâncias, como pesticidas e metais tóxicos de fabricantes de produtos químicos. Para tornar sua distribuição
mais eficiente, essas soluções são embaladas e vendidas em altas concentrações, altas demais para serem
usadas diretamente em procedimentos analíticos.
Assim, para preparar uma solução com uma concentração de soluto próxima da concentração esperada da
substância na amostra de água potável em teste, o laboratório diluirá a solução estoque.
A diluição é o processo de redução da concentração de uma solução, adicionando-se solvente a um volume
conhecido da solução inicial.
Para realizar cálculos envolvendo a diluição de soluções, temos uma equação que relaciona quatro variáveis:
volume inicial da solução estoque e concentração inicial da solução, volume da solução após diluição da
solução diluída e concentração da solução após a diluição. A equação pode ser expressa como
. Ela funciona porque cada lado da equação representa uma quantidade de
soluto que não muda devido à diluição. Além disso, pode ser usada para quaisquer unidades de volume e
concentração, desde que as unidades utilizadas para expressar os volumes inicial e diluído sejam as mesmas,
assim como as unidades para as concentrações inicial e diluída (GILBERT, 2018).
A diluição em série envolve o processo de retirar uma amostra e diluí-la em uma série de volumes padrão de
diluente estéril, que pode ser água destilada ou solução salina. Dependendo da concentração estimada de uma
amostra, a extensão da diluição é determinada. Por exemplo, se uma amostra de água for retirada de um
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ambiente extremamente poluído, o fator de diluição é aumentado. Em contraste, para uma amostra menos
contaminada, um fator de diluição baixo pode ser suficiente. As diluições em série de duas e 10 vezes são
comumente usadas para titular anticorpos ou preparar analitos diluídos no laboratório.
#PraCegoVer: na figura, temos uma representação esquemática da diluição em série. Da esquerda para a
direita, encontramos um recipiente maior com 100 M de concentração de amostra e quatro recipientes menores,
todos com 9 mL de água. No primeiro recipiente menor, é usado 10 M de concentração da amostra; no segundo,
1 M; no terceiro, 0,1 M; e no quarto, 0,01 M.
Uma das etapas da preparação de amostras pode consistir na sua dissolução, sendo que os solventes
dependem da natureza do material. Se a amostra não se dissolver em condições moderadas, pode-se usar
digestão ácida ou fusão.
É importante compreender que dissolução e diluição são termos que descrevem processos distintos. Enquanto
a dissolução consiste em solubilizar um soluto em determinado solvente, a diluição consiste em adicionar
solvente, mantendo a massa de soluto constante.
Figura 3 - A diluição em série utiliza uma série de volumes padrão de diluente estéril
Fonte: BigBearCamera, Shutterstock, 2020.
Vamos Praticar!
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As operações envolvendo soluções possibilitam relacionar os conteúdos
estudados com a prática laboratorial. Vamos, então, colocar nossos
conhecimentos em prática! Sugerimos que você apresente uma proposta de
atividade relacionada à preparação e diluição de soluções. Escreva um
texto que contextualize a prática, apresente os reagentes e o procedimento
a ser empregado. Depois, debata com seus colegas a respeito de suas
conclusões! 
2.3 Equilíbrios em solução
aquosa
Muitas reações observadas na química nunca resultam na conversão completa de reagentes em produtos. Em
vez disso, prosseguem para um estado de equilíbrio químico em que a proporção das concentrações de
reagentes e produtos é constante. De acordo com Skoog et al. (2014), expressões de constante de equilíbrio
são equações algébricas que descrevem as relações de concentração entre reagentes e produtos em equilíbrio.
Assim sendo, considere a seguinte reação química: . Para essa reação, a constante de
equilíbrio é dada por .
Na equação, as concentrações das substâncias estão na unidade mols , mas o valor de não
apresenta unidade.
A magnitude da constante de equilíbrio de uma reação nos dá informações importantes sobre a composição da
mistura de equilíbrio. Se a constante de equilíbrio for alta, significa que existe uma tendência para a
formação dos produtos. Da mesma forma, uma constante de equilíbrio muito pequena indica que a mistura de
equilíbrio contém, principalmente, reagentes (BROWN et al., 2016).
Nesse contexto, Atkins e Jones (2011) nos explicam que as reações químicas tendem a se mover em direção a
um equilíbrio dinâmico, no qual tanto os reagentes quanto os produtos estão presentes, mas não têm tendência
adicional de sofrer alterações líquidas. Em alguns casos, a concentração de produtos na mistura é muito maior
do que a dos reagentes, mas, em outros casos, a mistura em equilíbrio tem concentrações significativas de
reagentes.
A membrana que envolve as células vivas é um exemplo de membrana semipermeável, a qual permite a
passagem de água e pequenas moléculas, porém não certos íons e moléculas grandes.
Segundo Smith (2012), a diálise é um processo que envolve a passagem seletiva de substâncias através de
uma membrana semipermeável, sendo que água, pequenas moléculas e íons podem viajar pela membrana,
mas não moléculas biológicas grandes, como as proteínas. Essa, inclusive, tem sido a técnica utilizada para
trocar o tampão e remover sais de proteínas.
No equilíbrio, as velocidades de entrada e saída dos solutos através da membrana são iguais, em que dizemos
que o sistema entrou em equilíbrio.
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#PraCegoVer: na figura, temos uma ilustração representando o esquema de difusão. Há uma membrana
centralizada, dividida em três partes iguais. Da esquerda para a direita, encontramos maior concentração de
soluto com bolas em rosa para retratar. No meio, temos o processo em que o soluto se move através da
membrana em direção à parte de baixo, onde não há concentração. No caso, há duas setas para baixo através
da membrana e bolas em rosa tanto embaixo quanto em cima Na última parte, à direita, temos o equilíbrio
químico, quando o soluto se movimenta para cima e para baixo. Aqui, há uma seta para baixo e outra para cima,
também com bolas em rosa nos dois lados.
Falando sobre equilíbrio químico, não poderíamos deixar de mencionar sobre o equilíbrio ácido-base. Ácidos
fortes se encontram completamente dissociados em solução aquosa, enquanto ácidos fracos apenas
parcialmente.
A constante de acidez Ka e a constante de basicidade Kb indicam a força dos ácidos edas bases, assim como
seu grau de dissociação.
Os conceitos de ácidos e bases estão entre os conceitos químicos mais familiares e presentes em nosso
cotidiano. O problema ambiental relacionado à poluição e aos efeitos de efluentes ácidos ou básicos em
ecossistemas tem sido abordado constantemente pelos veículos de comunicação. Podemos ver nos comerciais
o pH de diferentes tipos de produtos e alimentos, por exemplo (CHANG, 2010).
2.3.1 Equilíbrios homogêneos e heterogêneos
Diversos equilíbrios envolvem substâncias que estão todas na mesma fase. Eles são chamados de equilíbrios
homogêneos. Em alguns casos, entretanto, as substâncias em equilíbrio estão em fases diferentes, dando
origem a equilíbrios heterogêneos (BROWN et al., 2016).
Figura 4 - Na difusão, as moléculas se movem espontaneamente de uma área de concentração maior para outra menor
Fonte: Aldona Griskeviciene, Shutterstock, 2020.
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Segundo Skoog et al. (2014), os principais tipos de equilíbrios químicos envolvendo solução aquosa incluem:
dissociação de água, dissociação de um ácido ou uma base fraca, equilíbrio heterogêneo entre uma substância
ligeiramente solúvel e seus íons em uma solução saturada, formação de um íon complexo, equilíbrio de
oxidação e redução, bem como equilíbrio de distribuição para um soluto entre solventes imiscíveis.
Brown et al. (2016) complementam que, de maneira mais geral, sempre que um sólido ou líquido puro está
envolvido em um equilíbrio heterogêneo, sua concentração não é incluída na expressão da constante de
equilíbrio. O fato de sólidos e líquidos puros serem excluídos das expressões de constante de equilíbrio pode
ser explicado de duas maneiras. 
Entendido a respeito do assunto, vamos colocar nossos conhecimentos em prática com uma atividade para
reforçar o conteúdo? Responda à questão a seguir, mas se atente ao fato de que ela apresenta estratégias que
podem ser utilizadas para ensinar e discutir o tema equilíbrio químico.
Para finalizar nossos estudos sobre os equilíbrios homogêneos e heterogêneos, vale mencionar que, enquanto
o líquido estiver presente na reação reversível, sua concentração é considerada constante durante a reação
(GILBERT, 2018).
Da mesma forma, a maioria das expressões de constante de equilíbrio para reações em soluções aquosas não
incluem um termo H2O, mesmo quando a água é um reagente ou produto. Isso porque sua concentração não
muda significativamente (GILBERT, 2018).
Teste seus conhecimentos
(Atividade não pontuada)
A concentração de um sólido ou líquido puro tem valor constante. Se a massa de um sólido é
duplicada, seu volume também dobra. Assim, sua concentração, que se relaciona com a razão entre
massa e volume, permanece a mesma. 
Como as expressões de constante de equilíbrio incluem termos apenas para reagentes e produtos
cujas concentrações podem mudar durante uma reação química, as concentrações de sólidos e
líquidos puros são omitidas.
Explicação 1
Explicação 2
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Em resumo, ao escrever expressões de constante de equilíbrio para equilíbrios heterogêneos, seguimos as
regras que aprendemos anteriormente, com a regra adicional de que sólidos puros e líquidos não aparecem na
expressão.
2.3.2 Reações de complexação e precipitação
As reações de complexação são amplamente utilizadas em análises químicas. Um dos primeiros usos foi para
titulação de cátions. Além disso, muitos complexos são coloridos ou absorvem a radiação ultravioleta, sendo
que sua formação costuma ser a base para determinações espectrofotométricas.
Determinados complexos são moderadamente solúveis e podem ser usados em análises gravimétricas ou para
titulações de precipitação. Os complexos também são amplamente aplicados para extrair cátions de um
solvente para outro e dissolver precipitados insolúveis.
Skoog et al. (2014) nos trazem que os reagentes formadores de complexos mais úteis são compostos orgânicos
contendo vários grupos doadores de elétrons, os quais formam ligações covalentes múltiplas com íons
metálicos. Os agentes complexantes inorgânicos ainda são usados para controlar a solubilidade, formar
espécies coloridas ou precipitados.
Um dos métodos padrões para determinar o teor de fósforo em amostras
de minerais e fertilizantes consiste em uma reação de complexação
envolvendo o reagente colorimétrico molibdato de amônio. A leitura é
realizada em um espectrofotômetro, e as porcentagens são calculadas
por uma equação do primeiro grau, obtida a partir de uma curva de
calibração.
Você sabia?
Figura 5 - Ao misturar dois líquidos translúcidos, temos uma precipitação
Fonte: NatalieIme, Shutterstock, 2020.
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#PraCegoVer: na figura, temos uma fotografia de uma mesa de laboratório. Há dois recipientes mais na frente
da foto, um pouco desfocados, um do lado esquerdo, outro do lado direito. Ainda deste lado, há mais dois
recipientes em último plano, no fundo da fotografia. No meio, há uma mão com luva segurando mais um
recipiente, este com um líquido caindo dentro de outro recipiente, também com líquido. Quando os dois líquidos
se encontram, formam uma reação química de cor alaranjada.
O produto de solubilidade é a constante de equilíbrio para a reação em que um sal sólido se dissolve para dar
seus íons constituintes em solução. Os equilíbrios envolvidos na dissolução ou precipitação de compostos
iônicos são equilíbrios heterogêneos.
Considerando os equilíbrios de solubilidade, podemos fazer previsões quantitativas sobre ela. Como ocorre
com qualquer outro equilíbrio, a extensão em que essa reação de dissolução se dá é expressa pela magnitude
da constante de equilíbrio. Como a equação de equilíbrio descreve a dissolução de um sólido, a constante de
equilíbrio indica o quão solúvel o sólido é em água, sendo referida como constante do produto de solubilidade,
denotado como Kps.
Em geral, o produto de solubilidade Kps de um composto é igual ao produto da concentração dos íons
envolvidos no equilíbrio, cada um elevado à potência de seu coeficiente na equação de equilíbrio (BROWN et
al., 2016).
Em contraste com os equilíbrios de complexação, que são frequentemente tratados como reações de
formação, os equilíbrios de solubilidade são tratados como reações de dissociação (SKOOG et al., 2014).
As reações de precipitação têm sido utilizadas com sucesso em análises
e no tratamento de efluentes. Por conta disso, vamos colocar nossos
conhecimentos em prática! Para tanto, sugerimos que você descreva uma
estratégia para remoção de metais tóxicos em solução aquosa, utilizando
um reagente específico. Escreva um texto e apresente a constante de
equilíbrio da reação proposta.
Vamos Praticar!
2.4 Ácidos e
bases
A utilização e presença dos ácidos e das bases no cotidiano é milenar. Ácidos e seus opostos químicos (bases)
estão ao nosso redor. Nós os comemos, cheiramos e os usamos em vários produtos domésticos e
farmacêuticos.
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A acidez presente em alguns alimentos é causada por ácidos, moléculas que liberam prótons. Estes, muitas
vezes na forma de íons hidrônio , reagem com moléculas de proteína na língua. A reação faz com que a
molécula da proteína mude de forma, enviando um impulso ao cérebro que interpretamos como ácido. Quanto
mais ácida a comida, mais ácido é o sabor. O limão, por exemplo, com alto teor de ácidos, é extremamente
ácido. Os tomates, por sua vez, com níveis de ácidos mais baixos, têm apenas umleve travo.
De acordo com Moore (2010), as bases eram frequentemente investigadas e categorizadas de acordo com a
forma como neutralizam ou alteram as soluções ácidas. Eles foram reconhecidos pela primeira vez ao se fazer
sabonetes usando cinzas torradas. A palavra alcalina vem da palavra árabe assar. O processo de fabricação do
sabão cria misturas alcalinas à base de água compostas por cal apagada e cinza torrada.
Entre os ácidos comuns encontrados em laboratório, temos o ácido sulfúrico ( ) e o ácido nítrico ( ),
utilizados na fabricação de fertilizantes e papel. O ácido clorídrico (HCl) é frequentemente usado na limpeza. Já
o ácido acético ( ), um ácido orgânico, está presente no vinagre em baixas concentrações, podendo
ser usado como conservante de alimentos.
Na forma concentrada, muitos ácidos são perigosos. Se derramados na roupa, dissolvem o material. Se entram
em contato com a pele, produzem queimaduras graves. Se ingeridos, danificam a boca, a garganta, o estômago
e o trato gastrointestinal. Em quantidades ainda maiores, podem até matar (TRO, 2009).
2.4.1 Teorias ácido-base
De acordo com Petrucci et al. (2017), há muito tempo os químicos têm classificado as substâncias como ácidos
e bases. Antoine Lavoisier pensava que o elemento comum em todos os ácidos era o oxigênio. Em 1810,
Humphry Davy mostrou que o hidrogênio é o elemento que os ácidos têm em comum. Mais tarde, em 1884,
Svante Arrhenius desenvolveu uma teoria de ácidos e bases como parte de seus estudos de dissociação
eletrolítica. No entanto, a teoria de Arrhenius se concentra apenas no soluto, negligenciando inteiramente o
papel-chave desempenhado pelo solvente. Consequentemente, não é tão útil quanto as teorias mais modernas.
Uma das teorias mais úteis de ácidos e bases, particularmente para descrever as reações destes em soluções
aquosas, é a teoria de Bronsted-Lowry.
Em 1923, dois cientistas independentes, Johannes Bronsted e Thomas Lowry, definiram os ácidos como
doadores de prótons, e as bases como aceitadores de prótons. Continuando a trabalhar com o conceito de
hidrogênio em ácidos e bases, Bronsted e Lowry definiram cada um, independentemente, como um novo
conjunto de condições que veio a ser conhecido como o Modelo de Bronsted-Lowry (MOORE, 2010).
O pH dos alimentos que ingerimos influencia diretamente em
fatores relacionados à saúde, por isso, conhecer o pH dos
alimentos possibilita prevenir doenças e auxiliar no tratamento de
algumas. No artigo O pH dos Alimentos Influencia Nossa Saúde?,
escrito por Adriana Ferreira e Joana André, discute como o pH dos
alimentos pode influenciar no pH do sangue e da urina. O artigo
pode ser encontrado na integra clicando no botão abaixo. Não
deixe de ler!
Acesse (https://www.holmesplace.com/pt/pt/blog/nutricao/o-
ph-dos-alimentos-influencia-a-nossa-saude)
Você quer ler?
https://www.holmesplace.com/pt/pt/blog/nutricao/o-ph-dos-alimentos-influencia-a-nossa-saude
https://www.holmesplace.com/pt/pt/blog/nutricao/o-ph-dos-alimentos-influencia-a-nossa-saude
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Os estudiosos continuaram com a noção de ácidos serem doadores de prótons, mas expandiram o conceito de
base para incluir qualquer substância que seja capaz de ligar prótons. Em outras palavras, qualquer composto
que se complexa com um ácido de Bronsted é considerado uma base de Bronsted. Em soluções aquosas, essa
não é uma distinção importante, mas outras reações ácido-base podem se dar em solventes que não são água
(MOORE, 2010).
A teoria de Bronsted-Lowry expande essa noção, pois explica a natureza ácida ou básica das substâncias em
diferentes solventes, além da água, como amônia líquida, ácido acético glacial, ácido sulfúrico anidro e todos os
solventes contendo hidrogênio. As bases podem aceitar prótons, mas não necessariamente contêm íons
hidroxila (MOORE, 2010).
Na reação ácido-base, uma espécie atua como um ácido, fornecendo prótons, ao passo que a espécie que
recebe esses prótons atua como uma base. As espécies que diferem por um único próton constituem um par
ácido-base conjugado. Dentro deste, a espécie com o próton adicionado é o ácido, e a espécie sem o próton é
a base.
Harris (2017) nos alerta de que compreender o comportamento dos ácidos e das bases é essencial para todos
os ramos da ciência relacionados à química. Nas análises químicas, quase sempre precisamos levar em conta
o efeito do pH nas reações. O pH pode afetar a carga e a forma molecular, fatores que ajudam a determinar
quais moléculas podem ser separadas de outras em cromatografia e eletroforese, assim como quais moléculas
serão detectadas em alguns tipos de espectrometria de massa.
2.4.2 Escala de pH e pOH
Em 1889, Herman Walter Nernst mediu o conteúdo de íons em uma solução em função do potencial do
eletrodo. Pouco tempo depois, uma ferramenta visual foi desenvolvida por Sorensen, que criou um ensaio
colorimétrico (MATSON; ORBAEK, 2013).
Para determinar a concentração de soluções ácidas ou básicas,
muitos recursos podem ser utilizados. Um dos equipamentos mais
comuns na indústria é o eletrodo de vidro, também chamado de
pHmetro, um equipamento que possibilita determinar o pH de
qualquer solução de forma rápida e prática. No vídeo Medindo pH
com pHmetro, produzido pela Coltec Tube, podemos observar em
detalhes como deve ser realizada a aferição do pH de diferentes
soluções utilizando tal instrumento. Confira o vídeo completo no
botão abaixo!
Acesse (https://www.youtube.com/watch?
v=zosqquhAQx0)
Você quer ver?
Você sabia?
https://www.youtube.com/watch?v=zosqquhAQx0
https://www.youtube.com/watch?v=zosqquhAQx0
26/03/2024, 15:50 Bases da química para ciências
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Com isso, Sorensen definiu o pH como a concentração logarítmica do íon hidrogênio. Ele significa a potência
do hidrogênio e a quantifica em uma escala de 0 a 14, com base na autodissociação da água. O pH da água é
7, do limão é 2,4 e da água sanitária é 12,5, mas, da cerveja, é 4,5.
A escala de pH foi amplamente ignorada pela comunidade química, mas adotada por químicos biológicos
porque mostrou ter alguma importância prática para as ciências da vida. Seu maior impacto foi no campo da
enzimologia, o estudo das enzimas. Estas são grandes moléculas biológicas que agem como catalisadores no
corpo, mas muito sensíveis às mudanças no pH. Portanto, com o uso da escala de pH, muitas informações
podem ser obtidas (MOORE, 2010).
A adaptação de recursos lúdicos e pedagógicos, utilizados no ensino de química
para estudantes com deficiência ou dificuldades no aprendizado, tem sido
implementada com sucesso por professores ao redor do mundo.
Maraschin et al. (2017) propuseram o desenvolvimento de uma escala de pH
adaptada como uma proposta de ensino de química para alunos com deficiência
visual. O material utilizado na adaptação incluía lantejoulas que substituíram as
cores e forneceram a percepção tátil, além de um barbante, o qual serviu como
auxílio para representar, por meio de uma seta, o percurso. Para os números que
representam os valores de pH, utilizou-se braille e alto relevo. Para identificação
do pH das substâncias, buscou-se substâncias do cotidiano dos estudantes.
Desta maneira, todos puderam tomar conhecimento do frasco, do cheiro e das
características paliativas dos produtos, bem como associá-las ao seu pH.
A figura na sequência apresenta a escala do pH e alguns exemplos práticos do cotidiano. Observe com
atenção!
Sorensen estava trabalhando para uma cervejaria na época de sua
descoberta, pois fabricar cerveja requer um equilíbrio cuidadoso dos
níveis de ácido para que a levedura e os outros materiais possam operar
em condições ideais. Era, portanto, necessário desenvolver uma medida
quantificável. Foi assim que ele desenvolveu sua escala para medir o pH
(MATSON; ORBAEK, 2013).
Caso26/03/2024, 15:50 Bases da química para ciências
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#PraCegoVer: na figura, temos uma ilustração retratando a escala de pH. Da esquerda para a direita, temos as
substâncias mais ácidas, passando pelas neutras e chegando às alcalinas. Começa com a bateria, passando
para o suco gástrico, o limão, o vinagre, o tomate, o café, o leite, a água, o sangue, o bicarbonato de sódio, o
antiácido em comprimidos, a solução de amônia, o sabão, o alvejante e, finalmente, o limpador de ralos. Essas
escala vai de 0 a 14.
A medida do pH é importante para indústrias e, embora a comunidade científica não a tenha adotado
inicialmente, ganhou espaço por razões práticas. Por exemplo, a California Fruit Growers Association precisava
de uma ferramenta para medir a acidez porque esta estava relacionada às suas safras de frutas cítricas. Assim,
em 1934, contratou-se Arnold Beckman para inventar um acidômetro (MOORE, 2010).
Mais tarde, tornou-se cada vez mais evidente que o pH desempenhava um papel vital na fabricação de
camadas de óxido para a indústria de tecnologia da informação em desenvolvimento.
Figura 6 - A escala de pH mede as substâncias mais e menos ácidas
Fonte: BlueRingMedia, Shutterstock, 2020.
Vamos exercitar seus conhecimentos sobre soluções do cotidiano e escala
de pH e pOH? Faça uma escala de pH ilustrada no formato de infográfico,
contendo apenas materiais presentes em um supermercado. Procure as
imagens e indique a posição de cada produto na escala. Se possível,
Vamos Praticar!
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indique o valor de pH de cada material. Use a última figura do conteúdo
como exemplo para guiar sua produção. Depois, compartilhe com seus
colegas e troque informações!
Chegamos ao fim de mais uma unidade. Aqui, discutimos os principais
aspectos das misturas e soluções, enfatizando suas diferenças e formas de
classificação. Além disso, pudemos nos aprofundar quanto a diferentes
técnicas para separação de misturas, cálculos envolvendo soluções aquosas
e equilíbrios químicos homogêneos e heterogêneos. 
Nesta unidade, você teve a oportunidade de:
Conclusão
verificar propriedades de misturas homogêneas e heterogêneas;
entender o efeito da adição de solutos nas propriedades físico-químicas;
conhecer diferentes técnicas e métodos para separação de componentes
de sistemas, desde aquelas mais simples, como a filtração, até métodos
mais robustos, como a cromatografia;
compreender como descrever quantitativamente o teor de soluto e solvente
de uma solução por meio do cálculo da concentração;
identificar como proceder com a diluição em série;
analisar diferentes tipos de equilíbrios químicos e físicos, bem como as
principais reações químicas observadas em equilíbrios heterogêneos;
entender a importância das reações ácido-base e da utilização da escala
de pH e pOH para abordar a química do cotidiano em sala de aula.
ATKINS, P. W.; JONES, L. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. 5.
ed. Porto Alegre: Bookman, 2011.
BROWN, T. L. et al. Química: a ciência central. 13. ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2016.
CHANG, R. Química geral: conceitos essenciais. 4. ed. Porto Alegre: AMGH, 2010.
Referências
26/03/2024, 15:50 Bases da química para ciências
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MARASCHIN, A. A. et al. Escala de pH adaptada: uma proposta de ensino de química para alunos com
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