Apoio para cálculos de concentração

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<p>4 Expressando a concentração de soluções aquosas "A Petrobras investiu R$ 20,6 bilhões, entre 2005 e 2013, em medidas para tornar possível a produção de gasolina menos poluente. O montante foi empenhado na construção de 21 novas unidades, que permitem a produção da gasolina S-50 ppm (com 50 partes por milhão de enxofre) nas onze refinarias da empresa. Apesar dos aportes, os preços nos postos não serão alterados." Fonte: NOGUEIRA, M. Valor. 8 2014. p. B-2. "A partir de 1 de de janeiro enxofre de de 2014 todas o teor as gasolinas máximo comercializadas mercado brasileiro (comum no 800 e mg/kg premium) para foi reduzido de (gasolina S-50)." Uma limonada é uma Fonte: solução aquosa de Disponível em: <www.petrobras.com.br/pt/ diversos solutos. Acesso em: fev. 2016. QUE VOCÊ PENSA A RESPEITO? REGISTRE NO CADERNO Considere uma limonada que foi bem homogeneizada após o preparo e que não contém sólidos em suspensão. Se retirarmos uma amostra dela com uma colher de chá e a experimentarmos, sentiremos o mesmo gosto que sentiríamos ao provar uma amostra um pouco maior, retirada com uma colher de sopa. Por quê? Uma amostra dessa limonada retirada da metade inferior do copo tem o mesmo sabor que outra amostra proveniente da metade superior. Isso pode até parecer óbvio, mas tem a ver com uma carac- terística das soluções. Que característica é essa? As duas notícias mostradas acima se referem a um mesmo fato: a redução da concentração de enxo- fre na gasolina (que é benéfica porque diminui a quantidade do poluente emitido na combustão). Uma das notícias informa que a gasolina passa a ter 50 partes por milhão (ppm) de enxofre e a outra, que ela passa a ter 50 mg de enxofre por quilograma. Essas duas informações são contraditórias? Ou são equivalentes? Demonstre como concluiu. Esta atividade possibilita ao (à) docente a sondagem de saberes prévios, auxiliando na abordagem pedagógica do capítulo. Também permite problematizar e contextualizar 0 tema envolvido. Veja comentário sobre ela em Orientações 88 UNIDADE B Importância da proporção em Química</p><p>Texto organizador que apresenta ao estudante uma prévia dos conteúdos deste capítulo e os relaciona a outros Situe-se saberes abordados na Química do Ensino Médio. Os muitos materiais com que tomamos contato em obterá uma solução aquosa de açúcar. Se você mistu- nosso dia a dia raramente são substâncias puras. rar duas colheradas de açúcar em um copo de água e Geralmente, são misturas de duas ou mais subs- mexer bem, também obterá uma solução aquosa de tâncias. As misturas podem ser fundamentalmen- açúcar. Em linguagem química, dizemos que essa se- te divididas em dois tipos: as heterogêneas (que gunda solução é mais concentrada, ou seja, apresen- apresentam duas ou mais fases, ou seja, porções ta maior concentração de açúcar. E a primeira delas com propriedades distintas) e as homogêneas (que é menos concentrada, ou mais diluída. apresentam uma única fase, ou seja, têm as mes- Este capítulo destina-se a abordar modos para ex- mas propriedades em todos os seus pontos). pressar matematicamente a concentração de so- As misturas homogêneas são também denomina- luções. Destina-se, também, a discutir diluição de das soluções. soluções, técnica que permite obter soluções menos As propriedades de uma solução não dependem concentradas a partir de outras, mais concentradas. apenas dos seus componentes, mas também da Finalizando o capítulo, veremos exemplos de cálcu- proporção entre as quantidades desses compo- los estequiométricos em reações com reagente(s) nentes. Por exemplo, se você misturar uma colhe- em solução e mostraremos como o conhecimento da rada de açúcar em um copo de água e mexer bem, concentração das soluções possibilita tais cálculos. FOCO NA EXPERIMENTAÇÃO Objetivo: Investigar a flutuabilidade de um objeto em diferentes soluções aquosas de cloreto de sódio. Retome esse experimento após trabalhar 0 item 3 deste capítulo, 0 que permitirá aos estudantes suas opiniões. grupo vai precisar de: quatro copos transparentes colher de sopa massa de modelar Massa de modelar caneta para escrever em plástico água tapando o furo tampa plástica de caneta esferográfica sal Marcas feitas Procedimento: com caneta para escrever em 1. Coloquem água até cerca de 70% da altura dos copos e numerem- plástico -nos de 1 a 4. 2. Adicionem uma colher (das de sopa) de sal ao copo 1, duas colheres ao copo 2 e três colheres ao copo 3. Mexam bem até dissolver o sal. Bolinha de massa B de modelar No copo 4 não adicionem sal. 3. Usem a caneta para escrever em plástico (cuja tinta não sai com água) para fazer marcas, espaçadas cerca de 2 mm uma da outra, na tampa de esferográfica. Grudem uma bolinha de massa de modelar na ponta do cabo dela e tapem completamente o furo superior Só a com um pouquinho de massa. Vejam a figura pontinha 4. Coloquem a tampa em pé no copo 4. Ajustem a quantidade de massa deve ficar acima do de modelar na bolinha do cabo a fim de que apenas uma pontinha nível da da tampa fique fora da água. Vejam a figura Registrem quantas água. marcas estão acima do nível do líquido. 5. Transfiram a tampa para cada um dos outros copos e registrem em Copo 4 cada caso quantas marcas ficam acima do líquido. 6. Proponham uma explicação para o que foi observado. 7. Que utilidade prática pode ter um dispositivo como esse? 8. Remova a massa de modelar e limpe a tampa para reutilizá-la. Descarte as soluções na pia. Expressando a concentração de soluções aquosas CAPÍTULO 4 89</p><p>1 Introdução 1.1 Recordando conceitos de solução, A solvente e soluto Quando você coloca um pouco de açúcar na água e mexe até obter uma só fase, está fazendo uma solução. mesmo acontece se você adicionar um pouquinho de sal à água e misturar bem. Solução é o nome dado a qualquer mistura homogênea (que apresenta uma única fase, ou seja, tem as mesmas propriedades em todos os seus pontos). Podemos usar o verbo "dissolver" para nos referirmos ao ato praticado por uma pessoa ao fazer uma solução. Uma frase como "eu dissolvi o açúcar Embora a maior em água" exemplifica esse uso. Outro modo de usar o verbo "dissolver" é parte das soluções aplicá-lo a uma substância, a fim de expressar a propriedade que a substân- esteja no estado líquido, cia tem de misturar-se a outra, originando uma solução. Numa frase como "a existem também soluções gasosas e água dissolve o açúcar", temos um exemplo desse tipo de uso. soluções sólidas. o atmosférico A Quando uma substância é capaz de dissolver outra, costumamos chamá- convenientemente filtrado para eliminar -la de solvente. Assim, por exemplo, a água é um solvente para o açúcar, partículas nele dispersas, é um exemplo para o sal, para o álcool e para várias outras substâncias. A substância que é de solução gasosa, na qual predominam dissolvida num solvente, a fim de fazer uma solução, é denominada soluto. o gás nitrogênio (cerca de 78%) e o Se uma solução é preparada com o solvente água, dizemos que é uma gás oxigênio (cerca de 21%). Entre as soluções sólidas está o ouro B usado solução aquosa. Ao dissolver açúcar em água, por exemplo, obtemos uma pelos joalheiros (mistura de ouro e solução aquosa de açúcar, na qual a água é o solvente e o açúcar é o soluto. cobre em proporção adequada). 1.2 Recordando alguns equipamentos Nos laboratórios, ao se trabalhar com soluções aquosas (ou outras solu- ções líquidas), há frequentemente a necessidade de conhecer a quantidade de soluto presente em solução. Por esse motivo, além de ser necessário determinar a massa de solutos (caso sejam sólidos), o que é possível com o uso de balanças de precisão, há também a necessidade de se medir com exatidão o volume de líquidos. Os laboratórios são equipados com vários recipientes de vidro em que há indicações de volume, para a realização dessas medidas, mas nem todos os recipientes possibilitam a mesma precisão. As fotos a seguir mostram alguns dos principais recipientes. A balança analítica é um tipo de balança usada em laboratório e que tem alta precisão. A da foto tem sensibilidade para medir até 0,1 mg. Em laboratórios de Ensino Médio, as 500 balanças são mais simples que essa. 5 400 300 4 As fotos desta página e da se- 3 guinte não estão em proporção. 100 20 Proveta: é um pouco mais precisa que o béquer e o Béquer: o recipiente é Erlenmeyer: também é erlenmeyer, fornecendo pouco preciso; apenas pouco preciso; apenas medidas razoáveis para fornece medidas fornece medidas procedimentos que não aproximadas de volume. aproximadas de volume. exijam precisão muito grande. 90 UNIDADE B Importância da proporção em Química</p><p>Traço de calibração Traço de calibração Pipeta volumétrica: apresenta um traço de calibração (ou aferição) a uma dada temperatura (que vem indicada no instrumento). o traço permite medir, na Balão volumétrico: temperatura estabelecida, o volume fixo de apresenta um traço de líquido com boa precisão. calibração a uma certa temperatura. Assim como a pipeta volumétrica, esse balão permite medir com boa precisão, na temperatura indicada um dado volume de líquido. Nos laboratórios são Bureta: é um instrumento de Torneira para comuns balões de 50 mL, maior precisão que a proveta e controlar a vazão 100 mL, 250 mL, 500 é útil para medir o volume de do líquido 1000 mL e 2000 mL. solução adicionado a um frasco. FIQUE CONECTADO ATENÇÃO Os experimentos descritos no capítu- dar uma busca na internet, de texto e de imagens, com as palavras vidrarias de lo são enfocados por sua importância laboratório, você pode recordar ou conhecer grande variedade de equipamentos. para o estudo da Química. Nenhum experimento deve ser realizado por conta própria. A eventual realização deve ter au- 1.3 preparo de uma solução aquosa torização e supervisão do(a) pro- em laboratório fessor(a). Observe, nas fotos abaixo, o preparo de uma solução aquosa de NaOH. Marca de 1000 mL o soluto é transferido para o frasco e, em seguida, adiciona-se um pouco de água destilada e agita-se até que todo o Água sólido se dissolva. destilada NaOH (aq) Finalmente, acrescenta- -se água com auxílio de uma pisseta até atingir a marca de 1000 mL. Massa de Adição de água destilada A solução preparada contém M(NaOH) até a marca de 80 g de soluto dissolvidos em 1,0 L de solução. ATENÇÃO NaOH não deve ser manipulado sem orientação e supervisão adequada. É um sólido branco que provoca queimaduras na pele e nos olhos. Se ingerido, causa sérias lesões internas. Sua solução aquosa também oferece esses riscos e NÃO deve ter contato com a pele, as mucosas e os olhos. Óculos de segurança, luvas e aventais protetores são obrigatórios. Expressando a concentração de soluções aquosas CAPÍTULO 4 91</p><p>Os químicos possuem uma linguagem verbal específica para representar a solução preparada. Observe a seguir que existem diferentes maneiras de se referir a uma determi- nada solução: A solução preparada contém 80 g de soluto dissolvidos em 1000 mL de solução. A solução preparada contém 80 g de soluto dissolvidos em uma quantidade de água suficiente para 1,0 L de solução. A solução preparada contém 80 g de soluto dissolvidos em 1,0 L de solução. EXPERIMENTAÇÃO A solução preparada contém 40 g de soluto dissolvidos em 0,5 L de solução. Não deixe de realizar a atividade de uma solução, indicada na seção A solução preparada contém 20 g de soluto dissolvidos em 0,25 L de solução. Experimentos, em Orientações As frases acima, embora diferentes, dizem respeito à mesma solução. frasco com a solução preparada deve ser tampado e rotulado para indicar o conteúdo. Assim, os químicos, ao rotularem um frasco para informar o conteúdo, em de frases, adotam uma linguagem matemática, que utiliza frações com a finalidade de re- presentar quantitativamente os componentes da solução, ou seja, a concentração da solução. estudo dessa linguagem matemática é chamado em Química de estudo da concen- tração das soluções. Aqui, tem-se um conceito relevante para auxiliar os estudantes a reavaliarem sua 2 Concentração comum resposta ao questionamento sobre a limona- da, na página de abertura do capítulo. A solução cujo preparo foi descrito apresenta um volume total de 1 L. E a massa de soluto nela presente é de 80 g. Assim, a solução contém 80 g de As frações são equivalentes porque o soluto está homoge- soluto dissolvidos em de solução, o que, ao ser transformado em lingua- neamente distribuído por todo gem matemática, pode ser escrito: o volume da solução, ou seja, 80 g de soluto 40 g de soluto 20 g de soluto cada porção da solução apre- : senta a mesma relação entre a 1,0 L de solução 0,5 L de solução 0,25 L de solução quantidade de soluto e a quan- Generalizando, uma das maneiras usadas pelos químicos para expressar a tidade de solução. concentração de uma solução é por meio da massa de soluto dissolvida em certo volume dessa solução, grandeza que no Ensino Médio é frequentemen- te denominada concentração comum e representada por C. Interpretem o rótulo Em palavras: A concentração comum de uma solução expressa a massa de soluto presente num certo volume de solução. Em equação: solução KBr (aq) C 9,0 g/L Dois comentários são importantes sobre esse conceito. Primeiro, a unidade da concentração comum será composta por uma uni- dade de massa qualquer (mg, g, kg, t etc.) dividida por uma unidade de volu- me qualquer mL, L, etc.). Deem especial importância Segundo, o volume que se leva em conta nessa definição não é o volume aos seguintes pontos: de solvente usado para fazer a solução, mas sim o volume da solução. Qual é o solvente? Qual é o soluto? Vejamos agora a leitura do rótulo identificador de uma solução aquosa Quanto há de soluto em cada contida em um frasco. litro de solução? No rótulo do frasco, vão as seguintes informações: Quantos mg de soluto há em cada mL de solução? NaOH (aq) Como pode ter sido prepara- C 80 g/L da essa solução? 92 UNIDADE Importância da proporção em Química</p><p>NaOH (aq) indica que a substância dissolvida (soluto) é o NaOH e que o solvente é a água. C : 80 g/L indica uma solução de concentração igual a 80 gramas por litro. Um ponto importante referente ao tema deste capítulo é a correta interpretação de informações contidas em rótulos que expressem concentração de soluções. Se, no rótulo de um frasco que contém uma solução aquosa, existe a informação de que ela tem concentração 80 g/L, isso deve ser inter- pretado como: existem 80 g de soluto em cada litro de solução. Na lateral da página anterior, há um exemplo de rótulo para interpretar. Outros aparecerão ao longo do capítulo. Consulte no final do livro as respostas que não acompanham 0 enunciado. Em Orientações Didáticas, há resoluções selecionadas. FAZER E APRENDER REGISTRE NO CADERNO 1. No rótulo de um frasco de laboratório lê-se: É correto afirmar que: a) o recipiente 5 contém a solução menos concentrada. NaOH (aq) b) o recipiente 1 contém a solução mais concentrada. c) somente os recipientes 3 e 4 contêm soluções de igual Lembre-se de que 1 e responda: concentração. a) Qual é o solvente e qual o soluto? d) as cinco soluções têm a mesma concentração. b) Qual é a massa de soluto em 500 dessa solução? e) o recipiente 5 contém a solução mais concentrada. c) Que volume de solução, em mL, contém 15 g de soluto? 4. (Enem-MEC) Os acidentes de trânsito, no Brasil, em sua 2. (UEMG) dicromato de potássio, é um sal ala- maior parte são causados por erro do motorista. Em boa ranjado muito solúvel em água. parte deles, o motivo é o fato de dirigir após o consumo de o quadro, a seguir, apresenta a massa de dicromato de bebida alcoólica. A ingestão de uma lata de cerveja provoca potássio e o volume de quatro soluções aquosas desse sal. uma concentração de aproximadamente 0,3 g/L de álcool no sangue. A tabela a seguir mostra os efeitos sobre o cor- Massa de Volume da Solução po humano provocados por bebidas alcoólicas em função (g) solução (mL) de níveis de concentração de álcool no sangue. I 3 100 Concentração de álcool Efeitos II 3 600 no sangue (g/L) III 6 100 Sem influência aparente, ainda que com alterações IV 6 400 clínicas Euforia suave, Sobre essas quatro soluções, mostradas no quadro, é sociabilidade acentuada e CORRETO afirmar que queda da atenção a) a solução I é a mais diluída. b) a solução III é mais concentrada do que a II. Excitação, perda de c) a concentração da solução II é 0,005 g/L. julgamento crítico, queda da sensibilidade e das d) a concentração de IV é 4 vezes maior do que a III. reações motoras 3. (Mackenzie-SP) Têm-se cinco recipientes contendo so- Confusão mental e perda luções aquosas de cloreto de sódio. da coordenação motora 1 2 3 Estupor, apatia, vômitos e desequilíbrio ao andar 3,5 5.0 Coma e morte possível V=3L V=5L (Revista Pesquisa FAPESP, 57, setembro 2000.) Uma pessoa que tenha tomado três latas de cerveja provavelmente apresenta 4 5 a) queda de atenção, de sensibilidade e das reações motoras. b) aparente normalidade, mas com alterações clínicas. c) confusão mental e falta de coordenação motora. V=8L V=10L d) disfunção digestiva e desequilíbrio ao andar. e) estupor e risco de parada respiratória. a concentração de soluções aquosas CAPÍTULO 4 93</p><p>5. (Enem-MEC) Um laboratório realiza exames em que é pos- 7. (Unicamp-SP) Quando uma pessoa ingere bebida alco- sível observar a taxa de glicose de uma pessoa. Os resulta- ólica, cerca de 90% do álcool ingerido é absorvido no dos são analisados de acordo com o quadro a seguir trato digestivo, na primeira hora. Esse álcool passa para a corrente sanguínea e é metabolizado no fígado. Sua eliminação, no entanto, leva muito mais tempo e é isso taxa de glicose menor ou igual a Hipoglicemia que torna ilegal uma pessoa dirigir nessa condição. 70 mg/dL gráfico abaixo mostra a concentração média de álcool no sangue em função do tempo, após um consumo rápido taxa de glicose maior que 70 mg/dL de 1, 2, 3 e 4 doses de destilado. Normal e menor ou igual a 100 mg/dL a) De acordo com o gráfico, se uma pessoa ingere 4 do- ses de destilado, após quanto tempo a velocidade de metabolização do álcool será maior que a velocidade taxa de glicose maior que 100 mg/dL Pré-diabetes de absorção para a corrente sanguínea? Explique. e menor ou igual a 125 mg/dL b) Um teste do bafômetro realizado duas horas após a ingestão de destilado acusou a presença de 0,019 taxa de glicose maior que 125 mg/dL miligramas de álcool por litro de ar expirado por Diabetes melito e menor ou igual a 250 mg/dL um condutor. Considerando essas informações, e as contidas no gráfico, determine quantas doses de destilado o condutor havia ingerido. Justifique. taxa de glicose maior que Hiperglicemia Dado: a proporção entre as concentrações de álcool 250 mg/dL (sangue ar expirado) é de 2300 1. Um paciente fez um exame de glicose nesse laboratório 100 e comprovou que estava com hiperglicemia. Sua taxa de glicose era de 300 mg/dL. Seu médico prescreveu um tra- 80 tamento em duas etapas. Na primeira etapa ele conseguiu reduzir sua taxa em 30% e na segunda etapa em 10%. 60 Ao calcular sua taxa de glicose após as duas reduções, o 40 paciente verificou que estava na categoria de a) hipoglicemia. d) diabetes melito. 20 b) normal. e) hiperglicemia. 0 0 1 2 3 4 5 6 7 c) pré-diabetes. Tempo (h) Comentário: Para seu conhecimento, 1 dL = 1 decilitro = (Adaptado de Wilkinson et al. Journal of Pharmacokinetics and Biopharmaceutics 5 (3), p. 207-224, 1977.) 8. (Enem-MEC) A utilização de processos de biorremedia- 6. (UERJ) Uma amostra de 5 L de benzeno líquido, arma- ção de resíduos gerados pela combustão incompleta de zenada em um galpão fechado de 1500 contendo ar compostos orgânicos tem se tornado crescente, visan- atmosférico, evaporou completamente. Todo o vapor do minimizar a poluição ambiental. Para a ocorrência permaneceu no interior do galpão. de resíduos de naftaleno, algumas legislações limitam Técnicos realizaram uma inspeção no local, obedecendo sua concentração em até 30 mg/kg para solo agrícola e às normas de segurança que indicam o tempo máximo 0,14 mg/L para água subterrânea. A quantificação desse de contato com os vapores tóxicos do benzeno. resíduo foi realizada em diferentes ambientes, utilizando- Observe a tabela: -se amostras de 500 g de solo e 100 mL de água, conforme apresentado no quadro. Tempo máximo de Concentração de benzeno permanência (h) na atmosfera Ambiente Resíduo de naftaleno (g) 2 4 Solo I 4 3 Solo II 6 2 Água I 8 1 Água II Considerando as normas de segurança, e que a densi- Água III dade do benzeno líquido é igual a 0,9 o tempo máximo, em horas, que os técnicos podem permanecer o ambiente que necessita de biorremediação é o(a) no interior do galpão, corresponde a: a) solo I. c) águal. e) água III. a) 2 b) 4 c) 6 d) 8 b) solo II. d) água II. UNIDADE Importância da proporção em Química</p><p>3 Densidade de solução X concentração comum Interpretem o rótulo o conceito de densidade pode ser aplicado a uma substância pura ou a uma mistura. Pode, portanto, ser aplicado a uma mistura homogênea (solução). Em palavras: A densidade de uma solução é o resultado da divisão da sua massa pelo seu volume. Em equação: NaCl (aq) d Esteja atento para não confundir a concentração comum com a den- sidade da solução. A concentração comum expressa a massa de soluto presente em um certo volume de solução. Já a densidade de uma solução expressa a massa total (isto é, a de soluto mais a de solvente) de um cer- Qual é o solvente? Qual é o soluto? to volume de solução. Qual a massa de cada de A densidade não é propriamente, portanto, uma maneira de expressar a solução? concentração de uma solução, mas está relacionada a ela, pois, quando varia- Qual a massa de cada de mos a concentração de soluto, varia também a densidade. solução? A unidade empregada para a grandeza densidade é sempre composta por Qual a massa de soluto em uma unidade de massa dividida por uma unidade de volume. Assim, pode- cada de solução? mos expressá-la em g/mL, kg/L, etc. Retome 0 experimento do densímetro feito com a tampa de esferográfica. Veja comentário sobre esta seção em Orientações ENTRE densímetro SABERES BIOLOGIA FÍSICA Densímetros QUÍMICA Existe mais de um modo de determinar a densidade de uma porção de matéria. Podemos, por exemplo, deter- 1,03 minar massa e volume e dividir uma grandeza pela outra. No caso de amostras líquidas, como é o caso das so- luções aquosas, um método bastante conveniente é usar o densímetro. Trata-se de um tubo que flutua nos lí- Urina com quidos em geral. Quanto maior a densidade do líquido, densidade maior a parte do densímetro que fica acima da superfí- fora do Urina cie. A densidade do líquido é lida na escala graduada que normal normal existe no densímetro. A urina é uma solução aquosa de vários solutos, entre os quais os mais abundantes são a ureia, o ácido úrico, a creatinina (esses três são produzidos quando o corpo processa substâncias que contêm nitrogênio, como é o caso das proteínas) e o cloreto de sódio. A densidade da urina normal pode variar de 1,01 a 1,03 Algumas doenças podem provocar alte- rações nessa densidade. Pacientes diabéticos, por exemplo, produzem urina contendo concentração apreciável de glicose, o que faz com que a densidade dessa solução seja maior que a normal. REGISTRE ATIVIDADES NO CADERNO 1. Em grupos de 3 ou 4 estudantes, pesquisem a origem e 2. Qual é a utilidade de um densímetro no controle o significado das palavras diabete (ou diabetes) e me- de qualidade do combustível vendido ao consu- lito. A seguir, relacionem tais significados com o texto midor? Expliquem. acima e com o diagnóstico da doença diabete melito. a concentração de soluções aquosas CAPÍTULO 4 95</p><p>Consulte no final do livro as respostas que não acompanham 0 enunciado. Em Orientações Didáticas, há resoluções selecionadas. FAZER E APRENDER REGISTRE NO CADERNO RESOLVIDO densímetro para verificar se a densidade dessa solução atendia às especificações. o resultado aparece ilustrado. 9. Um frasco contém o seguinte rótulo: Sabendo-se que a solução da bateria contém somente H2SO4 e água destilada, e que a densidade do ácido puro 165 g/L; é maior que a da água pura, como a área técnica da fá- H2SO4 (aq); brica de baterias poderá contornar o problema, fazendo com que a solução tenha a densidade desejada? a) Qual a massa de 1,0 L dessa solução? b) Qual a massa de ácido presente em 1,0 L dessa 14. (UFJF-MG-modificada) Uma solução comercial de hidróxi- solução? do de amônio tem d - Qual é a massa da solu- c) Qual a massa de água em 1,0 L dessa solução? ção, em gramas, que corresponde a 1,5 L dessa solução? Resolução 15. (Fuvest-SP) Uma usina de reciclagem de plástico recebeu a) A densidade informa que 1 dessa solução tem um lote de raspas de 2 tipos de plásticos, um deles com massa 1,10 g. Assim, 1,0 L (1000 tem massa densidade 1,10 kg/L e outro com densidade 1,14 kg/L. 1100 g, ou 1,10 kg. Para efetuar a separação dos dois tipos de plásticos, foi b) A concentração informa que cada litro de solução necessário preparar 1000 L de uma solução de densi- contém 165 g de soluto. dade apropriada, misturando-se volumes adequados de c) Sendo conhecida a massa de 1,0 de solução (item a) água (densidade = 1,00 kg/L) e de uma solução aquosa e a massa de soluto presente nesse volume (item b), de disponível no almoxarifado da usina, de densi- deduzimos que a massa de água é igual a 1100 dade 1,25 kg/L. Esses volumes, em litros, podem ser, res- 165 g, ou seja, 935 g. pectivamente, a) 900 e 100. c) 500 e 500. e) 100 e 900. 10. Em um procedimento laboratorial, obedecendo às me- b) 800 e 200. d) 200 e 800. didas de segurança necessárias, 200 g de KOH foram dissolvidos em 800 mL de água, fornecendo 840 mL de 16. (Enem-MEC) Certas ligas estanho-chumbo com composi- solução. Calcule: ção específica formam um eutético simples, o que significa a) a concentração da solução expressa em g/L; que uma liga com essas características se comporta como b) a densidade da solução expressa em g/L e em uma substância pura, com um ponto de fusão definido, no caso 183 Essa é uma temperatura inferior mesmo ao 11. Uma solução cuja densidade é igual a 1,25 foi prepa- ponto de fusão dos metais que compõem esta liga (o es- rada pela adição de 160 g de KI em 760 mL de água. Deter- tanho puro funde a 232 e o chumbo puro a 320 o mine a concentração dessa solução expressa em que justifica sua ampla utilização na soldagem de compo- nentes eletrônicos, em que o excesso de aquecimento deve 12. Duas bolinhas, de cores e densidades diferentes, foram sempre ser evitado. De acordo com as normas internacio- colocadas em três recipientes, totalmente preenchidos nais, os valores mínimo e máximo das densidades para es- com álcool (d : água = g/mL) e uma mis- sas ligas são de 8,74 g/mL e 8,82 g/mL, respectivamente. tura de água e álcool. As três figuras representam a posi- As densidades do estanho e do chumbo são 7,3 g/mL ção das bolinhas em cada caso, mas não necessariamente e 11,3 g/mL, respectivamente. nessa ordem. Deduza, e justifique, qual o líquido presente Um lote contendo 5 amostras de solda estanho-chumbo em cada caso. foi analisado por um técnico, por meio da determinação B de sua composição percentual em massa, cujos resulta- dos estão mostrados no quadro a seguir. Porcentagem de Porcentagem de Amostra Sn (%) Pb (%) I 60 40 Il 62 38 III 65 35 13. o líquido bastante cor- Marca que indica IV 63 37 d rosivo encontrado no V 59 41 interior de baterias de automóveis é, na H2SO4 (aq) Disponível em: http://www.eletrica.ufpr.br realidade, uma solu- Com base no texto e na análise realizada pelo técnico, ção aquosa de H2SO4 as amostras que atendem às normas internacionais são de densidade igual a 1,26 Uma fábrica de bate- a) II. c) e IV. e) IV e V. rias, após receber um lote da referida solução, usou um b) III. 96 UNIDADE B Importância da proporção em Química</p><p>4 Concentração em quantidade de matéria No SI, a grandeza quantidade de matéria (n) é expressa por meio da unidade mol. Algumas das vantagens de se conhecer a quantidade de matéria (expressa em mol) de uma substância são: Está diretamente relacionada à quantidade de partículas microscópicas (átomos, mo- léculas, íons etc.). As quantidades em mols de reagentes e produtos de uma reação química obedecem à proporção dos coeficientes estequiométricos da equação. Assim, uma maneira extremamente conveniente de expressar a concentração de uma solução é por meio da quantidade de matéria (expressa em mol) de soluto presente em um certo volume de solução. Observe abaixo o preparo de uma solução aquosa: Marca de o soluto é transferido 1000 para o frasco e, em seguida, adiciona-se NaOH (aq) indica um pouco de água que a substância destilada e agita-se até dissolvida (soluto) que todo o sólido se é o NaOH e que o dissolva. solvente é a água. Água destilada Finalmente, A solução preparada acrescenta-se água contém 2 mol de com auxílio de uma soluto em 1 L de pisseta até atingir a solução. marca de 1000 mL. Massa do Adição de água destilada NaOH (aq) até a marca de Iremos novamente utilizar uma linguagem matemática para represen- tar a solução preparada, ou seja, uma nova expressão de concentração. Essa solução contém 2 mol de soluto dissolvidos em 1,0 L de solução: Interpretem o rótulo 2 mol de soluto 1 mol de soluto 0,5 mol de soluto = 1,0 de solução 0,5 L de solução 0,25 L de solução As frações são equivalentes porque o soluto está homogeneamente distri- buído por todo o volume da solução. Expressar a concentração em quantidade de matéria de uma solução nada mais é do que dizer quantos mols de soluto há em cada litro de solução. ZnSO4 (aq) Anteriormente, a concentração em quantidade de matéria recebia ou- M = 2,0 mol/L tros nomes: molaridade ou concentração molar. Essas terminologias não são recomendadas Porém, ainda são usadas por alguns químicos e é conveniente acostumar-se também com elas. Neste livro, vamos usar o símbolo M para representar a grandeza concen- Qual é o solvente? tração em quantidade de matéria. Qual é o soluto? Em palavras: A concentração em quantidade de matéria de uma solução Quantos mols de soluto há expressa a quantidade em mols de soluto presente em cada por litro de solução? Quantos gramas de soluto há decímetro cúbico de solução. por litro de solução? Quantos miligramas de solu- Em equação: to há em cada mililitro de solução? Como pode ter sido prepara- Nessa expressão, o volume da solução deve ser em decímetro cúbico, da essa solução? ou litro. Assim, a unidade para expressar a concentração em quantidade de matéria é ou mol/L. Expressando a concentração de soluções aquosas CAPÍTULO 4 97</p><p>No passado foi comum chamar a unidade mol/L de "molar" e representá-la por "M". Assim, a concentração 2,0 mol/L era representada por 2,0 (lê-se: dois molar). Embora não se recomende mais usar a expressão molar e o símbolo M (mas sim ainda é costume de alguns químicos fazê-lo, razão pela qual é útil conhecer também essa representação. ENEM EM CONTEXTO Concentração ionica (Enem-MEC) Determinada estação trata cerca de Volume de solução Massa de F litros de água por segundo. Para evitar riscos de fluorose, a concentração máxima de fluoreto nes- sa água não deve exceder a cerca de 1,5 miligrama por litro de água. segundo) A quantidade máxima dessa espécie química que pode ser utilizada com segurança, no volume de A seguir, determinamos o máximo que pode ser uti- água tratada em uma hora, nessa estação, é: lizado em 1 h (isto é, 3600 s): a) 1,5 kg. b) 4,5 kg. c) 96 kg. d) 124 kg. e) 162 kg. Tempo Massa Resolução 1 S 45 g Utilizando os dados do primeiro parágrafo, po- demos calcular a massa de fluoreto que, no 3600 S y y=162kg máximo, pode ser usada em 1 S de tratamento de água (isto é, em 30000 L): Alternativa e. Consulte no final do livro as respostas que não acompanham 0 enunciado. Em Orientações Didáticas, há resoluções selecionadas. FAZER E APRENDER REGISTRE NO CADERNO 17. No rótulo de um frasco de laboratório, contendo um 20. (Enem-MEC) Ao colocar um pouco de açúcar na água e quido incolor, lê-se o seguinte: mexer até a obtenção de uma só fase, prepara-se uma so- lução. mesmo acontece ao se adicionar um pouquinho (aq) de sal à água e misturar bem. Uma substância capaz de dissolver o soluto é denominada solvente; por exemplo, a Acerca do conteúdo desse frasco: água é um solvente para o açúcar, para o sal e para várias a) qual o soluto e qual o solvente? outras substâncias. A figura a seguir ilustra essa citação. b) quantos mols de soluto há em um litro de solução? c) qual a massa da quantidade respondida no item anterior? d) quantos mols de soluto há em 500 mL de solução? e) qual a massa da quantidade respondida no item anterior? Soluto f) expresse a concentração dessa solução em g/L. 18. Explique como você procederia, em um laboratório adequadamente equipado, para preparar uma solu- ção aquosa 0,10 mol/L de sacarose (açúcar de cana, Solvente Solução A massa molar da sacarose é 342 g/mol. 19. Para preparar uma solução aquosa destinada à adminis- Disponível em: www.sobiologia.com.br. Acesso: 27 abr. 2010. tração endovenosa ("dentro da veia"), um técnico pesou Suponha que uma pessoa, para adoçar seu cafezinho, 30 g de um medicamento sólido, transferiu essa amostra tenha utilizado de sacarose (massa molar igual para um balão volumétrico de 200 mL, acrescentou um a 342 g/mol) para uma xícara de 50 mL do líquido. pouco de água destilada e agitou até que o sólido se dissol- Qual é a concentração final, em mol/L, de sacarose vesse totalmente. A seguir, completou com água destilada nesse cafezinho? até a marca do balão. Tudo isso foi feito em condições la- a) 0,02 c) 2 d) 200 e) 2000 boratoriais adequadas de assepsia (ausência de microrga- nismos e impurezas). 21. (PUC-MG) permanganato de potássio (KMn04) pode a) Expresse a concentração da solução em g/L. ser utilizado como germicida no tratamento de queima- b) Qual o volume dessa solução que deve ser admi- duras e feridas de um modo geral. nistrado em um paciente a fim de que ele receba a A massa de permanganato de potássio necessária para dose de 750 mg do medicamento? prepararmos 500 mL de solução 0,01 mol/L, utilizada c) Amassamolar desse medicamento é 120 g/mol. Expres- para esse fim, em gramas, é: se a concentração da solução preparada, em mol/L. a) 0,79. b) 1,58. c) 7,90. d) 15,8. 98 UNIDADE Importância da proporção em Química</p><p>RESOLVIDO c) a quantidade em massa do íon cloreto é igual à do íon sódio. 22. Dissolveu-se carbonato de sódio em água, obtendo-se d) a composição do NaCl varia conforme a concentração uma solução 0,3 mol/L. Qual a concentração, em mol/L, dos íons. de íons sódio e de íons carbonato nessa solução? 27. (UERJ) Uma das consequências do acidente nuclear Resolução ocorrido no Japão em março de 2011 foi o vazamento (s) (aq) + de isótopos radioativos que podem aumentar a incidên- cia de certos tumores glandulares. Para minimizar essa 1 mol 2 mol 1 mol probabilidade, foram prescritas pastilhas de iodeto de Quantidade Quantidade Quantidade potássio à população mais atingida pela radiação. de matéria de matéria de matéria Suponha que, em alguns dos locais atingidos pela radiação, 1 mol 2 mol 1 mol as pastilhas disponíveis continham, cada uma, mol de iodeto de potássio, sendo a dose prescrita por pessoa 0,3 mol 0,6 mol 0,3 mol de 33,2 mg por dia. Em razão disso, cada pastilha teve de Assim, quando 0,3 mol de se dissolve em água ser dissolvida em água, formando 1 L de solução. suficiente para um litro de solução, passarão a estar volume da solução preparada que cada pessoa deve dissolvidos, nesse volume, 0,6 mol de íons Na e 0,3 beber para ingerir a dose diária prescrita de iodeto de mol de íons CO2- potássio corresponde, em mililitros, a: = a) 200 b) 400 c) 600 d) 800 28. (Unesp-SP) o teor de vitamina C em uma determinada A simbologia representa a concentração em quan- bebida de soja com sabor morango foi determinado tidade de matéria da espécie indicada entre colchetes. como sendo de 30 mg em uma porção de 200 mL. Dada Assim, por exemplo, [Na+] é o mesmo que a massa molar da vitamina C, 176 g qual a sua concentração nessa bebida, em mmol a) 0,15. c) 0,85. e) 17. 23. No rótulo de um frasco aparece a inscrição abaixo. De- b) 0,17. termine a concentração, em dos íons presen- tes nessa solução. Comentário: 1 mmol = 1 milimol = mol - 29. (PUC-RS) Para responder a esta questão, analise as 24. (PUC-RJ) É possível conhecer a concentração de uma concentrações dos íons abaixo, que estão expressas em espécie em solução aquosa, a partir do conheci- mg/L no rótulo de uma garrafa de água mineral. 1 Nitrato : 6,0 mento da concentração de soluto e se o soluto dissolvi- do dissocia-se ou ioniza-se por completo. 2 Sódio = 18,0 Uma solução de sulfato de sódio, possui concen- 3 Cálcio = 20,0 tração em quantidade de matéria igual a 0,3 mol A ordem crescente das concentrações dos íons presentes Nessa solução, a concentração em quantidade de matéria na água mineral, em mol/L, é da espécie é: a) 1,2,3. e) 3, 1, 2. a) 0,2 mol 0,8 b) 1, 2. d)2,3,1. b) 0,3 mol e) 0,9 mol c) 0,6 mol 30. (Unicamp-SP) Entre os vários íons presentes em 200 milili- tros de água de há aproximadamente 320 mg de potás- 25. (UERJ) sulfato de alumínio é utilizado como clarifican- sio, 40 mg de cálcio e 40 mg de sódio. Assim, ao beber água te no tratamento de água, pela ação dos íons alumínio de uma pessoa ingere quantidades diferentes desses que agregam o material em suspensão. No tratamento íons, que, em termos de massa, obedecem à sequência: po- de 450 L de água, adicionaram-se 3,078 kg de sulfato de tássio > sódio = cálcio. No entanto, se as quantidades inge- ridas fossem expressas em mol, a sequência seria: alumínio, sem que houvesse variação de volume. Admitindo-se a completa dissociação do sal, a concen- a) potássio > cálcio = sódio. tração de íons alumínio, em mol é igual a: b) cálcio = sódio > potássio. a) 0,02 b) 0,03 c) 0,04 d) 0,05 c) potássio > sódio > cálcio. d) cálcio > potássio > sódio. 26. (UEMG) A água do mar contém um número muito grande Dados de massas molares em g/mol: cálcio = 40, potás- de compostos dissolvidos. Uma das espécies encontra- sio : 39 e sódio 23. das é o íon sódio em uma concentração média de 19,4 g/L. Esse íon, juntamente com íon cloreto for- 31. (UECE) A região metropolitana de Fortaleza tem cer- ma o cloreto de sódio o sal que usamos na cozinha. ca de 336 Um automóvel emite diariamente Considerando as informações do enunciado, É CORRETO cerca de 20,16 mol de CO, gás venenoso para o ser afirmar que humano. Supondo que esse gás se distribua uniforme- mente por toda a área metropolitana, até uma altura de a) a água do mar é má condutora de eletricidade. 1,0 km, qual é o número de moléculas de CO emitidas por b) a concentração em mol por litro de é 0,84. automóveis em 1,0 do ar metropolitano? Expressando a concentração de soluções aquosas CAPÍTULO 4 99</p><p>5 Título, porcentagem e partes por milhão 5.1 Título em massa Imagine que você tenha adicionado 10 g de açúcar a 90 g de água e tenha mexido bem até total dissolução do açúcar. A massa total dessa solução será 100 g, dos quais 10 g é a parte correspondente ao soluto, o açúcar. Em 50 g dessa solução, há 5 g de açúcar. Em 20 g de solução, há 2 g de açúcar e assim por diante. massa de soluto = = massa de solução 100 g 50 g 20 g Como se vê, a relação entre a massa de soluto presente em uma amostra dessa solução e a massa dessa amostra é sempre 0,10. A essa relação, os químicos dão o nome de título em massa, grandeza que vamos representar por Em palavras: título em massa de uma solução expressa a relação entre a massa de soluto presente em uma amostra dessa solução e a massa total dessa amostra de solução. Em equação: = solução 5.2 Porcentagem em massa A respeito de uma solução aquosa de açúcar com 0,10, podemos dizer que a porcentagem em massa do soluto é Interpretem o rótulo Quais as massas de solvente, de massa de soluto 10 g = = = ... = 0,10 10 = 10% soluto e de solução presentes massa de solução 100 g 50 g 20 g 100 no frasco? Quando o título em massa - que é um número adimensional (sem unidade), maior que zero e menor que um - é expresso em porcentagem, tem-se a porcentagem em massa do soluto na solução. (aq) = 20% 5.3 Título em volume Massa total da solução = 1 kg o título em volume (que simbolizaremos por é uma grandeza que nos informa a fração do volume de uma solução que corresponde ao soluto. Assim, temos a seguinte definição. Em palavras: título em volume de uma solução expressa a relação entre o volume de soluto presente em uma amostra dessa solução e o volume total dessa amostra de solução. Em equação: = Vsoluto Considere uma solução aquosa de álcool na qual o título em volume do álcool seja 0,25. Isso quer dizer que o volume de álcool corresponde a 0,25 do volume total da solução. volume de soluto : 25 = = 25 mL = 2,5 mL = 0,25 volume de solução 100 L 50 L 100 mL 10 mL 100 UNIDADE Importância da proporção em Química</p>