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Aula 04: Aspectos moleculares, soluções e suspensões Disciplina: Biofísica Profª Ma. Elyka Fernanda Pereira de Melo Contato: akylenanda1@hotmail.com 1 mailto:akylenanda1@hotmail.com O que veremos na aula hoje? 2 Átomos; Moléculas; Ligações químicas; Polaridade; Interações intermoleculares; Solubilidade; Água e sua importância biológica; Dispersões: soluções, suspensões e coloides. Cálculos de soluções Evolução dos modelos atômicos Dalton (1803) Átomo indivisível Thomson (1904) Elétron Rutherford (1911) Eletrosfera Rutherford-Bohr (1913) Eletrosfera Schröndinger (1923) Nuvens eletrônicas e orbitais atômicos Broglie (1920) Onda e partícula Sommerfeld (1915) Órbitas elípticas Todo elétron em movimento está associada uma onda característica! Orbital é o local com maior probabilidade de encontrar um elétron! 3 4 5 6 Forças intermoleculares Fonte: BARBOSA, 2004, p.16-22. Tipo de interação Força relativa Espécies envolvidas Exemplos Íon-Dipolo Forte Íons e moléculas polares NaCl em água Dipolo-Dipolo Moderadamente forte Moléculas polares Trans-1,2- dicloroeteno Dipolo-Dipolo induzido Muito fraca Molécula polar e outra apolar Dipolo induzido- Dipolo induzido Muito fraca (exceto quando aumenta a superfície de contato) Qualquer tipo de molécula Força de Van der Waals e de London (instantâneo e próximas). Ligação de hidrogênio Forte Moléculas que possuem hidrogênio ligado a um átomo muito eletronegativo ( como F, O e N. Água-água; Amônia- Amônia e Éter- Água. 7 Solubilidade ✓ A natureza da força intermolecular existente entre os compostos tem grande influência na solubilidade destes em determinados solventes. ✓ Durante a dissolução ocorre a interação soluto-soluto que são substituídas pela soluto-solvente. ✓ Regra geral: Compostos se dissolverão bem em solventes com polaridade semelhante. ✓ Ou seja, polares dissolvem polares e apolares dissolvem apolares. Diclorometano (Solvente 1) Água (Solvente 2) Estireno (Composto 1) Fonte: BARBOSA, 2004, p.22-23. Ácido salicílico (Composto 2) 8 9 Micelas e sistemas biológicos 10 11 Água e sua importância biológica 13 14 15 16 17 18 19 Características da água 20 21 22 • 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. Im a g e m : U m a c o lh e r d e rr a m a le n ta m e n te a ç ú c a r e m u m c o p o d e á g u a , e m 7 d e j a n e ir o d e 2 0 1 2 / F o to g ra fi a : A P N M J M / C re a ti v e C o m m o n s A tt ri b u ti o n -S h a re A lik e 3 .0 U n p o rt e d TODOS OS DIREITOS RESERVADOS 23 TODOS OS DIREITOS RESERVADOS 24 Solução Coloide Suspensão Tipo de mistura Homogênea Heterogênea Heterogênea Identificação Não é possível observar as partículas do soluto Visível por meio de instrumentos ópticos mais avançados. Visível a olho nu ou por meio de instrumentos ópticos simples. Características Não sedimenta, mesmo sob a ação de ultracentrífugas. Não sedimenta pela ação da gravidade; as partículas podem ser retidas por filtros especiais; Efeito Tyndall. Sedimenta pela ação da gravidade ou de centrífuga simples; as partículas podem ser retidas por filtro comum. 25 SUSPENSÃOSOLUÇÃO Efeito Tyndall 26 Ocorre quando há a dispersão da luz pelas partículas coloidais. Neste caso, é possível visualizar o trajeto que a luz faz, pois estas partículas dispersam os raios luminosos. 27 Exemplo de coloides 28 Aerosol: S+G Dispersão: S + L Emulsão: L + L Espuma: G + L Fonte: Heneine, 2010 • 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. • As principais unidades de concentração usadas no laboratório são: – concentração comum (g/L); – concentração molar (mol/L); – Título (%) – Densidade (g/cm3). 29 Estado físico Sólida – todos os componentes são sólidos. Líquida – um dos componentes deve estar no estado líquido. Gasosa – todos os componentes se encontram no estado gasoso. ESTADO FÍSICO Sólida – todos os componentes são sólidos. Líquida – um dos componentes deve estar no estado líquido. Gasosa – todos os componentes se encontram no estado gasoso. TODOS OS DIREITOS RESERVADOS 30 – 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. TODOS OS DIREITOS RESERVADOS 31 A quantidade máxima de soluto que pode ser dissolvida por uma substância (solvente) é denominado coeficiente de solubilidade (CS). A solubilidade depende de fatores como pressão e temperatura. Gráfico da solubilidade de alguns sais em água em função da temperatura (curva de solubilidade): a solubilidade diminui com o aumento da temperatura a solubilidade aumenta com o aumento da temperatura A pressão somente tem influência apreciável na solubilidade dos gases. A solubilidade de um gás em um líquido aumenta com o aumento da pressão dele sobre o líquido. No entanto, a solubilidade de um gás em um líquido diminui com o aumento da temperatura. TODOS OS DIREITOS RESERVADOS 32 Em geral, na maioria das soluções líquidas: • Saturada – pontos na curva. • Insaturada – pontos na região abaixo da curva. • Saturada com corpo de fundo – pontos na região acima da curva. Observação: a dissolução de soluto em quantidades maiores que o valor da solubilidade pode resultar em uma solução supersaturada. TODOS OS DIREITOS RESERVADOS 33 • 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. • Quer ver como é simples? 34 • Concentração comum é a relação entre a massa de soluto presente numa solução e o volume desta mesma solução: Sendo: • C = concentração comum • M = massa do soluto (em g). • V = volume da solução (em L). TODOS OS DIREITOS RESERVADOS 35 • 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. Im a g e m : T h e U .S . F o o d a n d D ru g A d m in is tr a ti o n / P u b lic D o m a in TODOS OS DIREITOS RESERVADOS 36 37 1. Se dissolvermos 20 g de sal de cozinha (NaCl) em 500 mL de solução aquosa. Qual a concentração do sal nesta solução? Imagem: NaCl, em 11 de outubro de 2007 / Fotografia: Ondřej Mangl / Public Domain TODOS OS DIREITOS RESERVADOS 38 1. Se dissolvermos 20 g de sal de cozinha (NaCl) em 500 mL de solução aquosa. Qual a concentração do sal nesta solução? m1 = 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 TODOS OS DIREITOS RESERVADOS 39 • Concentração molar ou molaridadeé a quantidade de soluto, em mol, dissolvidos num volume de solução em litros. • Também pode ser chamada como molaridade. TODOS OS DIREITOS RESERVADOS 40 1. Responda: Qual a concentração molar de uma solução com volume de 250 mL e com 26,8 g de cloreto de cálcio (CaCl2) dissolvidos? TODOS OS DIREITOS RESERVADOS 41 1. Responda: Qual a concentração molar de uma solução com volume de 250 mL e com 26,8 g de cloreto de cálcio (CaCl2) 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 (M1 = massa molar do CaCl2) Para encontrar o n1 (CaCl2) é preciso calcular: 1 mol → 111,1 g n1 (CaCl2) → 26,8 g n1 (CaCl2) = 0,241 mol Aplicamos por fim: M = n1/V = 0,241/0,250 M = 0,964 mol/L TODOS OS DIREITOS RESERVADOS 42 Sem dúvidas é muito comum durante nosso dia – a- dia realizar vários processos de diluição: como com sabão líquido, amaciante, suco entre outros. Diluição é um o processo que acrescenta mais solvente a uma solução mais concentrada. Diluir significa reduzir concentração O pó dissolvido em água. Acrescenta-se mais água: diluição. Muito concentrado Menos concentrado ou mais diluído 43 ● Os termos diluída e concentrada são usados em comparação entre soluções: - A expressão solução diluída significa solução com concentração relativamente pequena de soluto; - A expressão solução concentrada significa solução com concentração relativamente elevada de soluto. 44 C1. V1 = C2. V2 - Sendo: • C1: Concentração inicial • V1: volume inicial • C2: Concentração final • V2: Volume final 45 Exemplo: (UFPI) A uma amostra de 100 mL de NaOH de concentração 20 g/L foi adicionada água suficiente para completar 500 mL. A concentração, em g/L, dessa nova solução é igual a: a) 2; b) 3; c) 4; d) 5; e) 8. 46 Exemplo: (UFPI) A uma amostra de 100 mL de NaOH de concentração 20 g/L foi adicionada água suficiente para completar 500 mL. A concentração, em g/L, dessa nova solução é igual a: a) 2; b) 3; c) 4; d) 5; e) 8. C1 ∙ V1 = C2 ∙ V2; 20 ∙ 100 = C2 ∙ 500; 2000 = C2 ∙ 500; C2 = 2000 / 500; C2 = 4 g/L. (Letra C) 47 De mesmo soluto: na mistura de soluções de mesmo soluto não há reação química entre estas soluções. Neste caso, o valor do volume final é a soma das soluções. - Sendo: • C1: Concentração inicial • V1: volume inicial • C2: Concentração final • V2: Volume final • Cf: Concentração resultante • Vf: volume resultante 48 Exemplo: Qual a concentração mol/l final de uma solução de NaOH formada pela mistura de 60mL de solução a 5mol/L com 300mL de solução a 2mol/L? C1 ∙ V1 + C2 ∙ V2 = Cf . Vf 49 Exemplo: Qual a concentração mol/l final de uma solução de NaOH formada pela mistura de 60mL de solução a 5mol/L com 300mL de solução a 2mol/L? C1 ∙ V1 + C2 ∙ V2 = Cf . Vf 5 ∙ 0,06 + 2 ∙ 0,3 = Cf . 0,36 0,3 + 0,6 = Cf. 0,36 Cf= 0,9 / 0,36 Cf = 2,5 mol /L. 50 Hora do estudo dirigido! 51