Relatório - Solubilidade

Prévia do material em texto

Relatório – Solubilidade
Introdução
Solubilidade é a propriedade que uma substância tem de se dissolver espontaneamente em outra substância denominada solvente. Este é um componente cujo estado físico se preserva, quando a mistura é preparada ou quando está presente em maior quantidade. Os demais componentes da mistura são denominados solutos. Portanto, no nosso exemplo, a água é o solvente e o açúcar ou o sal, os solutos. Uma vez misturados, soluto e solvente formam uma mistura homogênea, também chamada de solução. Misturas homogêneas são aquelas em que não se distinguem os diferentes componentes, ou seja, apenas uma fase pode ser identificada.
Em relação a um dado solvente, as substâncias podem ser classificadas como: insolúveis, parcialmente solúveis ou solúveis. Para que se possa compreender melhor, vamos introduzir valores numéricos. Em termos de concentração em quantidade de matéria, uma substância será considerada insolúvel se sua solubilidade for menor do que 0,01 mol L-1; moderadamente solúvel se sua solubilidade estiver entre 0,01 e 0,1 mol L-1; e, finalmente, solúvel, se sua solubilidade for maior do que 0,1 mol L-1. A solubilidade em água é mais comumente apresentada em termos de massa de soluto por 100 g de água (relação massa/massa).
A influência da temperatura 
A influência da temperatura na solubilidade pode ser compreendida à luz do princípio de Le Chatelier. Considere-se uma solução saturada, em equilíbrio com excesso de soluto. Fornecendo calor ao sistema, segundo Le Chatelier, nesse caso o equilíbrio irá se deslocar na direção que absorve calor. Levando-se em conta que nesse caso a dissolução é um processo endotérmico, que ocorre devido à absorção de calor, como no caso da dissolução do sal de cozinha (cloreto de sódio, NaCl), a absorção de calor implica em deslocamento do equilíbrio para a direita. Com isso, aumenta a massa de cloreto de sódio na fase aquosa, ou seja, sua solubilidade aumenta com a temperatura.
NaCl (s) + calor → Na+(aq) + Cl-(aq)
Já se a dissolução for um processo exotérmico, que libera calor, como é o caso da dissolução do hidróxido de sódio (NaOH), o aumento da temperatura desloca o equilíbrio para a esquerda. A solubilidade, nesse caso, diminui com o aumento da temperatura. 
NaOH(s) → Na+(aq) + OH-(aq) + calor
Protocolo de Reagente
Perigos mais importantes: Por ser oxidante, pode interagir com outros produtos. Quando contaminado com produtos orgânicos ou materiais oxidantes, quando aquecido ou quando confinado e, ainda sob ação de agentes iniciadores, pode detonar. 
Efeitos do produto: Devido a suscetibilidade individual das pessoas, o contato com o produto pode causar leve irritação aos olhos, nariz e garganta. Efeitos adversos à saúde humana: Exposto a altas temperaturas, devido a decomposição, pode liberar gases nitrosos tóxicos (NOx), capazes de rapidamente provocarem problemas respiratórios agudos. Efeitos ambientais: Pode contaminar cursos de águas tornando-os saturados em nitrogênio. Perigos físicos e químicos: O nitrato de amônio é um forte oxidante, que reage com álcalis fortes, liberando amônia. Pode também reagir vigorosamente com materiais redutores. Pode ainda entrar em ignição quando em contato com dicromato, cromato, sais de cromo, cloreto de sódio, pós metálicos, cobre, bronze, carvão e outros combustíveis finamente divididos. Perigos específicos: Evite a exposição do produto ao calor e materiais incompatíveis. Principais sintomas: Leve irritação aos olhos, nariz e garganta.
Objetivos
Observar a relação entre solubilidade, a natureza do solvente e temperatura. Observar também a cristalização e comportamento dos sais frente à diferentes condições de temperatura.
Materiais Utilizados
Bécher de 100mL
Cloreto de Sódio (NaCl)
Álcool Etílico 70% (C2H5OH)
Iodo sólido (I2)
Fosfato de Cálcio (Ca3(PO4)2)
Tubos de Ensaio
Espátula metálica
Nitrato de Potássio (KNO3)
Acetato de Cálcio (Ca(CH3COO)2)
Nitrato de Sódio (NaNO3)
Cloreto de Potássio (KCl)
Tela de Amianto
Bico de Bunsen
Caçarola de Porcelana
Funil
Papel de Filtro
Termômetro
Banho de Gelo
Ácido Clorídrico 0,5 mol/L
Carbonato de Cálcio (CaCO3)
Conta-gotas
Bastão de Vidro
Solução de Nitrato de Prata
Procedimentos Experimentais
Determinação da Solubilidade em diferentes solventes
O mesmo procedimento foi realizado com os reagentes iodo sólido e fosfato de cálcio (no lugar do cloreto de sódio).
Influência da Temperatura na Solubilidade
O mesmo procedimento foi realizado com o acetato de cálcio, utilizado no lugar do nitrato de potássio.
Cristalização Fracionada
Separação baseada na diferença de solubilidade
Resultados e Discussões
Determinação da solubilidade em diferentes solventes
	Substância
	Água
	Álcool
	Cloreto de Sódio
	Solubiliza
	Solubiliza parcialmente
	Fosfato de Cálcio
	Insolúvel
	Insolúvel
	Iodo
	Insolúvel
	Solúvel
Entende-se que solvatação o fenômeno em que as patículas de um composto são rodeadas pelo solvente, gerando novas interações entre soluto e solvente. Entende-se também que semelhante solubiliza semelhante; logo, solventes polares solubilizam polares, e apolares, por ligações de Van der Walls, solubilizam apolares da mesma forma. Esse processo, por gerar novas interações, necessita de uma certa quantidade de energia para ocorrer, quebrando as relações intermoleculares ou do retículo cristalino; para que haja a solubilização, a energia liberada na organização entre soluto-solvente deve ter balanço negativo. Logo, a maior ou menor solubilidade de uma espécie num determinado solvente dependerá diretamente da energia envolvida na quebra do retículo e na energia liberada na solvatação. Quanto mais negativo for o balanço (energia de solvatação > energia reticular), maior a solubilidade será. 
A energia de retículo é avaliada pelas interações entre íons e dipolos moleculares, dependendo da característica do íon, como tamanho e carga; já a energia de solvatação é liberada pela geração de novos arranjos e interações soluto-solvente. Sais com alta energia de retículo, como sais de alumínio, tendem a ser insolúveis na maioria dos solventes, que não dispõem de energia suficiente para quebrar suas interações e rearranja-las depois. 
No caso da prática, os dois solventes utilizados foram água e álcool etílico. A amostra de cloreto de sódio foi totalmente solubilizada em água, que apresenta um polo negativo (oxigênio), que circula o íon sódio, e um polo positivo (hidrogênio) que circula o íon cloreto. Já o álcool, mesmo tendo uma hidroxila, não foi capaz de solubilizar totalmente o cloreto de sódio, já que possui uma cadeia orgânica (CH3CH2-), fazendo com que não tenha o potencial para solubilizar totalmente esse sal. O fosfato de cálcio é conhecido como um composto refratário, isto é, possui alta resistência à altas taxas de energia, não perdendo suas características físico-químicas. Nenhum dos dois solventes foi capaz de solubilizá-lo, apresentando assim uma mistura heterogênea de duas fases no tubo de ensaio. O iodo molecular é um composto apolar, já que é gerado a partir da ligação entre os mesmos átomos. O álcool, pela sua cadeia orgânica apolar, foi capaz de solubilizá-lo, a partir das ligações de Van der Walls; já a água não realizou o mesmo, não conseguindo gerar nenhum dipolo na ligação iodo-iodo, permanecendo este da mesma forma no tubo de ensaio.
Influência da temperatura na solubilidade 
Observa-se que há uma quantidade proporcionalmente maior de soluto do que solvente na temperatura ambiente. Sob aquecimento, a solubilidade do sal sobe linearmente em água, tornando-se assim, cada vez mais solúvel num mesmo volume de água. Chegou um momento em que todo o sal fora dissolvido no volume de água, indicando que para esse sal, quanto maior a temperatura, maior será sua solubilidade.
Resfriando em temperatura ambiente, onde há a queda lenta de temperatura pela troca de calor do conteúdo com o ambiente, houve a redução da solubilidade do sal, precipitando. Esse precipitou na sua forma característica, apresentando-se como pequenos cristais em formato de agulhas.
Já com o acetatode cálcio ocorreu o fenômeno inverso: a sua solubilidade caiu com o aumento da temperatura. Em temperatura ambiente, a solução utilizada estava saturada; com o aumento de temperatura, percebeu-se a presença de precipitado, o sal de acetato, demonstrando que a sua solubilidade é inversa ao aumento de temperatura.
Cristalização Fracionada
No conteúdo havia dois sais, o cloreto de potássio e o nitrato de sódio. Logo, há quatro íons no meio. Com o aquecimento, houve total solubilização dos dois sais utilizados, estando assim, todos na forma aquosa. Expostos ao banho de gelo houve a precipitação do sal mais insolúvel naquela faixa de temperatura (10°C), o nitrato de potássio, como pode ser observado no gráfico. Esse fato pode ser confirmado pela característica dos cristais no bécher: eram todos em formato de pequenas agulhas, idênticos aos cristais da prática anterior, sendo uma prova confirmativa de que era o seguinte sal ali presente.
Separação baseada na Diferença de Solubilidade
Os carbonatos, com excessão da família dos alcalinos, tendem a ser pouco solúveis ou insolúveis em água. Logo, o carbonato de sódio presente na mistura fica retido no papel de filtro no processo de filtração, ao contrário do cloreto de sódio, solúvel em água. Esse fato é confirmado pelo teste com ácido clorídrico. O carbonato reage com o ácido, gerando ácido carbônico, que se decompõe em água e gás carbônico, apresentando assim bolhas de gás no momento do contato do ácido e o sal. A reação é apresentada abaixo:
CaCO3 + 2HCl > CaCl2 + CO2 + H2O
Já a solução resultante do filtrado apresenta cloreto de sódio. Com a evaporação de maior parte de seu volume, foi possível visualizar a massa de sal presente em solução. O uso de solução de nitrato de prata para a confirmação de cloreto é um teste qualitativo muito empregado nas práticas laboratoriais, já que em presença de cloreto, o íon prata gerará cloreto de prata, insolúvel em água.
NaCl + AgNO3 > NaNO3 + AgCl
Dessa forma, foi possível a confirmação da presença do cloreto de sódio no filtrado pela formação do precipitado branco.
Conclusão
A solubilidade é relacionada à temperatura do ambiente que estão, sendo, na sua maioria, a solubilidade diretamente proporcional à temperatura. Os solventes escolhidos e utilizados também são de suma importância, já que nem todos são capazes de solvatar determinadas espécies. A cristalização dos sais é melhor observada quando a redução de temperatura é feita de forma gradual e lenta, gerando cristais melhor organizados e simétricos; em resfriamento rápido, os cristais gerados são mais amorfos e mais frágeis, provavelmente pela formação de ligações reticulares muito rápidas e pouco estruturadas entre seus íons.
Referências Bibliográficas
http://web.ccead.puc-rio.br/condigital/mvsl/Sala%20de%20Leitura/conteudos/SL_solubilidade.pdf
http://www.brenntagla.com/pt/downloads/brochures/FISPQ_-_MSDS_-_HOJA_DE_SEGURIDAD/N/Nitrato_de_Am__nio.pdf
http://www.scielo.br/scielo.php?pid=s0100-40422006000300023&script=sci_arttext