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U N I V E R S I D A D E E S T A D U A L D E M A T O G R O S S O D O S U L Curso de Química - Unidade de Naviraí - 2010 Disciplina de Química Geral - Prof. Dr. Alberto A. Cavalheiro 1 9. Medidas de Concentração de Soluções Já sabemos que existem vários tipos de soluções, mostrado em material anterior através da tabela reproduzida abaixo. Dependendo do estado físico da solução é melhor que usemos uma forma de concentração em relação à outra, pela facilidade de se medir massas ou volumes, pela importância que cada valor expressa em suas propriedades, entre outros fatores, como praticidade, histórico e interesses de processos industriais. Comecemos primeiro pela mais fundamental delas: O Título. 9.1. Título e Título Porcentual O Título é uma medida de concentração bastante utilizada para soluções líquidas contendo vários regentes em uma só solução ou reagentes sólidos com estequiometria pouco conhecida ou variável. É muito comum em processos industriais pela praticidade e utilizar somente balanças para prepará-las. A notação correta deve se referir à massa, devendo aparecer a notação (m/m) junto ao valor de Título, mas pode-se usar a notação de peso (p/p) para denotar a mesma razão da massa, pois é somente uma questão de notação, já que significam a mesma coisa no planeta Terra, onde a aceleração da gravidade é praticamente constante em toda a superfície do planeta (p = m.g) e tanto faz a razão entre peso ou entre massa, como demonstrado abaixo: .gm p .gm p 22 11 = = � 2 1 2 1 m m p p = Daqui pra frente, utilizaremos os sub-índices s, sv e sç (soluto, solvente e solução, respectivamente), necessários daqui pra frente pra evitar confusões. Por definição, Título é a razão entre as massas do soluto e da solução e é dado pela expressão: etc)mg,Kg,(g, m etc)mg,Kg,(g, m)/( sç s =Τ mmsç Exemplificando: uma solução com Título 0,10 (m/m) de uréia em água contém 10 g de uréia etanol em 100 g de solução, e é preparada misturando-se 10 g de uréia com 90 g de água, o que resulta em 100g de solução. Pode-se usar qualquer medida de massa, desde que sejam as mesmas para o soluto e solução, ou seja, kg/kg, ton/ton, mg/mg, etc, pois elas sempre se anularão. 10,0 kg 100 g 10 kg 90 kg 10 g 10)/( == + =Τ mmsç ou 10,0kg 100 kg 10 kg 90 kg 10 kg 10)/( == + =Τ mmsç U N I V E R S I D A D E E S T A D U A L D E M A T O G R O S S O D O S U L Curso de Química - Unidade de Naviraí - 2010 Disciplina de Química Geral - Prof. Dr. Alberto A. Cavalheiro 2 Outra forma de apresentar o Título é através da razão volume/volume (V/V): ocorre o mesmo com a massa, ou seja, pode-se usar qualquer unidade de medida em volume, desde que se use as mesmas para soluto e solução. etc),mL,(ml, V etc),mL,(ml, V)/( 3 sç 3 s =Τ VVsç Mas, diferente da massa, o volume não é aditivo, ou seja, se uma solução de etanol em água tem Título 0,40 (V/V) então ela não contém necessariamente 40 L de etanol e 60 L de água, pois o volume da mistura pode ser menor ou maior, dependendo da interação entre os compostos. Assim, uma solução destas se prepara adicionando-se 40 L de etanol em um recipiente e se adiciona água até completar 100 L de solução. Pode-se usar qualquer medida de volume, desde que sejam as mesmas para o soluto e solução, L/L, mL/mL, dm3/dm3, cc/cc, etc, pois elas sempre se anularão. 40,0 L 100 L 40)/( ==Τ VVsç ou 40,0dm 100 dm 40)/( 3 3 ==Τ VVsç No entanto, pode-se encontrar outro tipo de medida: título massa-volume (m/V). É pouco usual, pois pode gerar dúvida de qual unidade se usou para especificá-la. Deve ser evitada, já que temos disponíveis muitas outras maneiras de representar uma concentração. Além disso, se representarmos em g/L, ela ficaria idêntica a concentração comum, como veremos logo a frente: etc),dmL, (ml, V etc)Kg,(g, m)/( 3 sç s =Τ Vmsç . É possível ainda converter o Título em porcentagem (partes por cem), bastando apenas multiplicar por cem, sendo então expresso como Título percentual, Concentração Porcentual, Porcentagem em massa ou Porcentagem mássica. É comum haver referências a Título Porcentual como somente Título, mas isso não é um problema, devido a presença do símbolo de porcentagem (%), o qual denota que se trata de Título Porcentual, mesmo havendo a menção de que é somente Título. O Título Porcentual (m/m) é então definido como a razão entre a massa do soluto e a massa da solução, multiplicada por 100 e é referida como: % (m/m) e tem a expressão abaixo, utilizada para calcular a mesma solução de uréia, vista anteriormente: etc)mg,Kg,(g, m etc)mg,Kg,(g, m .100% sç s =Τsç e para a solução de uréia: %10g 100 g 10 .100% ==Τsç Da mesma forma, o Título Porcentual (V/V) é então definido como a razão entre o volume do soluto e o volume da solução, multiplicada por 100 e é referida como: % (V/V) e tem a expressão, utilizada para calcular a mesma solução de etanol, vista anteriormente: etc),mL,(ml, V etc),mL,(ml, V .100% 3 sç 3 s =Τsç e para a solução de etanol: %40L 100 L 40 .100% ==Τsç Da mesma forma, o Título Porcentual (m/V) é então definido como a razão entre o massa do soluto e o volume da solução, multiplicada por 100 e é referida como: % (m/V) e tem a expressão: etc),mL,(ml, V etc)mg,Kg,(g, m .100% 3 sç s =Τsç U N I V E R S I D A D E E S T A D U A L D E M A T O G R O S S O D O S U L Curso de Química - Unidade de Naviraí - 2010 Disciplina de Química Geral - Prof. Dr. Alberto A. Cavalheiro 3 Antes de seguirmos adiante, lembre-se sempre de especificar as unidades m ou V entre parênteses. Quando não se especifica, assume-se que a unidade é sempre m/m, tanto no Título como no Título Porcentual. Lembre-se também de que o Título é um valor relativo e, como tal, NÃO depende das unidades de massa ou volume utilizadas, sempre que ambos, numerador e denominador, tenham as mesmas unidades. O Titulo, seja em massa ou volume, é um número maior que zero e menor que um (0 < T < 1) e o Título Porcentual (quando multiplicado por 100) é um número entre 0 % e 100%. É um tipo de fração mássica, se for expresso em massa, mas o mais correto é utilizar o Título Porcentual, de modo que quando as unidades se cancelarem, ficando adimensional (sem unidade) pelo menos a indicação do símbolo de porcentagem mostrará que se trata de uma medida de concentração. 9.2. Fração Molar ou Porcentagem Molar. A fração molar de uma solução (normalmente gasosa ou sólida), já que é difícil medir massa de um gás ou volume de um sólido para usar estes valores diretamente, é a relação entre o número de mols deste componente e o número total de mols da solução. Assim, fração molar pode ser expressa da seguinte forma, χs é a fração molar do soluto em uma solução, ns é o número de mol do soluto e nt é a somatória dos números de mols de todos os componentes, onde nt = n1 + n2 + n3 +... Para obter a percentagem molar de uma solução, multiplica-se a fração molar por 100, similar ao Título Porcentual, como mostrada na segunda fórmula. A fração molar não tem unidade, assim como o Titulo em massa ou volume, e é um número maior que zero e menor que um (0 < χs < 1) e a porcentagem molar (quando multiplicado por 100) é expressa em %mol e é um número entre 0 % e 100% (0 < %mol < 100). (mol) n (mol) n t s =sχ e 100.(mol) n (mol) n(%) t s =sχ Uma solução gasosa com 3 mols de Cl2(g) e 9 mols de Ar(g) terá uma fração molar de Cl2 de 0,25 e de Ar de 0,75 porque nt = 3 + 9 = 12 e 3/12 = 0,25 e 9/12 = 0,75. Em porcentagem molar seria 25% 3 75%, respectivamente. A soma das frações molares de todos os componentes de uma solução é igual a uma unidade, e a soma das porcentagens molares é igual a 100. Assim,0,25 + 0,75 = 1 e 25% + 75% = 100%. Agora calcule a fração molar quando 2,16 g de CO2, forem misturados em um recipiente fechado a outros 3,53 g de N2 e 1,73g de O2. Primeiro converteremos as massas para mols, como segue: Em 2,16 g de CO2: 1-1- mol.L 0491,0g.mol 44,009 g 2,16 n == Em 3,53 g de N2: 1-1- mol.L 126,0g.mol 28,014 g 3,53 n == Em 1,73 g de O2: 1-1- mol.L 0541,0g.mol 31,998 g 1,73 n == nt = 0,0491 + 0,126 + 0,0541 = 0,049 + 0,126 + 0,054 = 0,229 χCO2 = 0,0491/0,229 = 0,214 χN2 = 0,126/0,229 = 0,550 χO2 = 0,0541/0,229 = 0,236 Conferindo: 0,214 + 0,550 + 0,246 = 1,000 U N I V E R S I D A D E E S T A D U A L D E M A T O G R O S S O D O S U L Curso de Química - Unidade de Naviraí - 2010 Disciplina de Química Geral - Prof. Dr. Alberto A. Cavalheiro 4 Em porcentagem seria cada um destes números multiplicado por 100, ou seja: %mol CO2 = 4,91/22,9 = 21,4 mol% %mol N2 = 12,6/22,9 = 55,0 mol% %mol O2 = 5,41/22,9 = 23,6 mol% Conferindo: 21,4 + 55,0 + 24,6 = 100 % É muito fácil converter a fração molar em Título em massa ou vice-versa, bastando para tal, saber a Massa Molar de cada um dos componentes da solução. Não é conveniente estabelecer uma fórmula para isso, pois ficaria muito complexa, devido à necessidade de entrar várias Massas Molares na expressão, para cada um dos componentes. Deste modo, o melhor é converter isoladamente os valores de mol em massa pela fórmula de número de mol, já apresentada inúmeras vezes nos materiais anteriores, e colocr os valores de massa encontrados na expressão de Título, utilizando a porcentagem, se for o caso, multiplicando por 100. 9.3. Partes Por Milhão (ppm) e Correlatos Título Porcentual raras vezes é usado para exprimir concentrações muito pequenas, ou seja, soluções muito diluídas ou diluídas ao infinito, porque, presumivelmente, é inconveniente usar zeros ou potências de 10 para rastrear a vírgula decimal. Para evitar este inconveniente, os químicos, com freqüência, mudam o multiplicador à razão da massa ou volume. Aceitando que Título Porcentual em massa % (m/m) pode ser chamado de PARTES POR CEM: (100.m/m), a definição óbvia de PARTES POR MILHÃO (ppm) é: 610 x amostra da massa soluto do massa =ppm Observe que as unidades de massa no numerador e denominador devem concordar, como era também para o título. Para concentrações menores que ppm, usa-se ppb, partes por bilhão ou ppt, partes por trilhão, mudando só o multiplicador da razão entre as massas, como segue: 910 x amostra da massa soluto do massa =ppb 1210 x amostra da massa soluto do massa =ppt Quando a concentração do soluto é da ordem de uns poucos ppm ou menor, ou seja, e ppb para baixo, alguns parâmetros da solução são similares a do solvente puro. Um destes parâmetros é a sua densidade, que será essencialmente igual àquela do solvente puro. Se o solvente é água, sua densidade 1,00 g/mL a 25°C. Isto significa que 1 mL de solução pesará 1,0 g. Uma quantidade tão pequena de soluto não alterará sua massa e nem seu volume, pois somados a estes serão desprezíveis numericamente. Então: (L) águaou solução de g)( soluto do massappb volume µ ∝ . U N I V E R S I D A D E E S T A D U A L D E M A T O G R O S S O D O S U L Curso de Química - Unidade de Naviraí - 2010 Disciplina de Química Geral - Prof. Dr. Alberto A. Cavalheiro 5 9.4. Concentração Comum A concentração comum (C) é expressa em gramas por litro (g.L-1) e muito usada na indústria, similar ao Título, mas também em laboratórios de síntese rotineira. A única diferença para o Título em massa/Volume é que nesta é especificada a unidade de massa do soluto (sempre em gramas) e do volume da solução (sempre em litros), veja a fórmula: (L) V (g) m)(g.L C 1- sç s sç = A concentração comum não especifica quem é a substância química, portanto, não é necessário conhecer a fórmula química (estequiometria do composto) e nem saber suas massas molares, interessando para isso somente a massa e o volume da solução. Parece estranho que um químico represente a concentração de uma solução sem levar em conta de que composto estamos tratando, como na Concentração Comum e no Título não é? E você está certo, não só é estranho como também não é verdade que fazemos isso, é óbvio. Esta forma de concentração visa somente simplificar para outros profissionais fora da área da química, quando estes forem os responsáveis por preparar soluções. Assim, calculamos quanto equivale uma determinada concentração em molaridade para concentração comum e pedimos a ele que prepare a solução de tal frasco apenas usando os instrumentos de medida necessários, como a balança analítica, pipetas, provetas e balões volumétricos. Como é um serviço eminentemente técnico, prepara-se a solução pegando o frasco correto, executando a pesagem da massa de determinado reagente na balança, diluindo-se no solvente adequado, adicionado-se a um balão volumétrico de medida especifica e ajustando o volume no balão volumétrico com o solvente adequado. Uma tarefa, que, convenhamos, não precisa de grandes conhecimentos, apenas um pouco de prática em laboratório ou nem tanto. Mas, nós Químicos, necessitamos saber converter molaridade em concentração comum e vice-versa e por isso, abordamos o assunto aqui. Mas, exercitemos primeiro o conceito de concentração comum, preparando 1,00 L de solução a 2,50 g.L-1de um sal solúvel qualquer contido em determinado frasco rotulado como Reagente Y. Se (L) V (g) m)(g.L C 1- sç s sç = , então basta pesarmos 2,50 g deste sal em uma balança, utilizando um béquer limpo e seco, tarando a balança corretamente e depois, dissolvermos em um béquer previamente lavado e transferimos quantitativamente para um balão de 1,00 L, completando o volume e homogeneizando. Simples!!! Não foi preciso cálculo. Mas pode ser preciso algum cálculo sim!!! Nada que uma regra de 3 não resolva, mas vamos utilizar a fórmula para isso. Você precisará dominar o manuseio destas fórmulas. Acredite!!! Prepare agora 250mL de solução deste sal na mesma concentração de 2,50 g.L-1, calculando a massa necessária a ser pesada. Agora o volume não é mais 1,00 L e precisaremos fazer um cálculo simples para saber a massa a ser pesada. O técnico pode fazer a solução, mesmo sem saber manusear a fórmula, por simples regra de 3, lembrando que 250 mL é igual a 0,25L. Vejamos: Se 2,50 g está para 1 L, pois a solução tem concentração de 2,50 g por litro Então: x g está para 0,25 L (250 mL) U N I V E R S I D A D E E S T A D U A L D E M A T O G R O S S O D O S U L Curso de Química - Unidade de Naviraí - 2010 Disciplina de Química Geral - Prof. Dr. Alberto A. Cavalheiro 6 logo: x = 0,25 . 2,50 = 0,625 g Mas, operando a fórmula, pois, nós Químicos devemos saber montar tal expressão para fazer esta conversão, e não só neste caso, mas em qualquer outro caso em que seja necessário converter uma concentração de uma forma para outra. Assim, domine isso agora, é um conselho, enquanto ainda ela é simples para ajustarmos a fórmula para isolarmos a massa, assim: (L) V (g) m)(g.L C 1- sç s sç = � (L)).V(g.L C (g) m -1 sçsçs = . Inserimos os valores e calculamos: g 0,625 L250,0.2,50g.L (g) m -1 == . Então pesamos 0,625 g deste sal e procedemos como no item anterior, apenas utilizando agora um balão volumétrico de 250 mL e não mais de 1,00 L. 9.5. Molaridade ou Concentração Molar Já vimos que a expressão mais importante para quantificação química da matéria é o número de mol, e consequentemente, a molaridade é a mais importante unidade de medida de concentração de soluções, pois ela traz a informação da espécie química que está dissolvida, por incluir a massa molar (MM) que é vinculada à fórmulaquímica da substância. Vamos agora rever essa unidade de medida padrão de concentração química de soluções, a Molaridade M, que é a quantidade de mols n de um soluto por volume de solução V, em litros, e é dada em mol.L-1, segundo a fórmula: (L) V (mol) n)(mol.L M 1- sç s sç = Calculemos a concentração molar da solução anterior, sabendo-se que se trata do sulfato de cobre pentaiidratado CuSO4.5H2O. Apesar de não ser a maneira correta de se calcular, vamos fazer isso em duas etapas. Primeiro, calculemos a Massa Molar do sulfato de cobre pentaidratado CuSO4.5H2O MM = 63,54 + 32,064 + 4.15,999 + 5.18,015 = 249,68 g.mol-1 Agora, calculemos o número de mols contidos em 0,625 g deste sal, pela fórmula de número de mols, já vista anteriormente: mol 10.50,2 g.mol 249,68 g 0,625 )(g.mol MM (g) m(mol) n 31-1- −=== s s s E, por fim, calculamos a Molaridade inserindo o número de mol na fórmula de molaridade, juntamente com o volume da solução em litros (0,250 L): 1- -3 1- mol.L 0100,0 L 0,250 mol 2,50.10 (L) V (mol) n)(mol.L M === sç s sç U N I V E R S I D A D E E S T A D U A L D E M A T O G R O S S O D O S U L Curso de Química - Unidade de Naviraí - 2010 Disciplina de Química Geral - Prof. Dr. Alberto A. Cavalheiro 7 A maneira um pouco mais correta de se calcular esta solução, seria unir previamente a fórmula de número de mols com a da Molaridade, como mostrada abaixo: Se )(g.mol MM (g) m(mol) n 1- s s s = e (L) V (mol) n)(mol.L M 1- sç s sç = , então: (L) .V)(g.mol MM (g) m (L) V )(g.mol MM (g) m )(mol.L M 1- 1- 1- sçs s sç s s sç == Assim: 1- 1-1- 1- mol.L100,0 L .0,250g.mol 249,68 g 0,625 (L) .V)(g.mol MM (g) m)(mol.L M === sçs s sç Mas, a maneira mais correta, neste caso, seria converter diretamente a Concentração Comum em Molaridade, uma vez que já sabíamos qual era a Concentração Comum. Veja como desenvolver esta fórmula. Primeiro, você deve controlar cada informação contida nas fórmulas. Depois, busca-se nas fórmulas originais o termo em comum e, neste caso, o volume da solução V (L) é o termo presente tanto na fórmula da Concentração Comum e como da Molaridade. (L) V (g) m)(g.L C 1- sç s sç = e (L) V (mol) n)(mol.L M 1- sç s sç = Agora, isola-se o volume da solução nas duas fórmulas separadamente, como segue: )(g.L C (g) m(L) V 1- sç s sç = e )(mol.L M (mol) n(L) V 1- sç s sç = Mostrando que o volume da solução (em L) é igual ao número de mols do soluto (em mol) dividido pela molaridade (em mol.L-1) e também que, o volume da solução (em L) era igual a massa do soluto (em g) dividido pela concentração comum (em g.L-1) então, prova-se que o número de mols do soluto (em mol) dividido pela molaridade (em mol.L-1) é igual a massa do soluto (em g) dividido pela concentração comum (em g.L-1). Logo, une-se as fórmulas desta maneira, agrupando então as duas expressões: )(g.L C (g) m )(mol.L M (mol) n 1-1- sç s sç s = O raciocínio usado é muito comum em ciências exatas e é baseado num raciocínio lógico. Se o volume é igual nas duas fórmulas, então o que está igualado a ele em cada fórmula também será entre si. É a velha máxima da matemática, conhecida pela frase: “Se a = b e b = c, então a = c.” Ou de modo mais simples: Se Pedro está na mesma sala que Maria e Maria está na mesma sala que Paulo, então Pedro e Paulo estão, obrigatoriamente, na mesma sala. Agora multiplicamos os termos da expressão conjunta em cruz: U N I V E R S I D A D E E S T A D U A L D E M A T O G R O S S O D O S U L Curso de Química - Unidade de Naviraí - 2010 Disciplina de Química Geral - Prof. Dr. Alberto A. Cavalheiro 8 (mol) ).n(g.L C(g) ).m(mol.L M -1-1 ssçssç = . Entretanto, o valor que possuímos não é de número de mols e sim de massa, mas sabemos desta relação, a mais óbvia e corriqueira para um Químico, que é a expressão de número de mols, abordada anteriormente e reproduzida aqui novamente: )(g.mol MM (g) m(mol) n 1- s s s = Assim, substituímos n por m/MM e fica como abaixo: )(g.mol MM (g) m).(g.L C(g) ).m(mol.L M 1-1-1- s s sçssç = Simplificamos, cortando a massa dos dois lados e temos: )(g.mol MM )(g.L C)(mol.L M 1- -1 1- s sç sç = Assim, se usarmos esta expressão diretamente, apenas de posse da Massa Molar do composto, calculamos a molaridade da solução usando o valor de concentração comum, veja: 1- 1- -1 1- -1 1- mol.L100,0 g.mol 249,68 g.L 2,50 )(g.mol MM )(g.L C)(mol.L M === s sç sç A expressão também pode ser rearranjada para isolar a concentração comum, quando necessitarmos converter molaridade para ela: )(g.mol ).MM(mol.L M )(g.L C -1-1-1 ssçsç = Então, treine mais e faça as conversões inversas, calculando as massas molares a partir das massas atômicas na tabela e convertendo molaridade em concentração comum das soluções abaixo. a) NaCl a 1,12 molar, b) NH4Cl a 34,48 mmolar, c) KI a 7,685.10-4 mol.L-1 a) -1-1-1-1 L.g 5,65g.mol 58,44 .mol.L 1,12 )(g.L C ==sç b) -1-1-1-3-1 L.g 8444,1g.mol 53,492 .mol.L 34,48.10 )(g.L C ==sç c) -1-1-1-4-1 L.g 1271,0g.mol 166,002 .mol.L 7,658.10 )(g.L C ==sç U N I V E R S I D A D E E S T A D U A L D E M A T O G R O S S O D O S U L Curso de Química - Unidade de Naviraí - 2010 Disciplina de Química Geral - Prof. Dr. Alberto A. Cavalheiro 9 Na mesma lógica, poderemos fazer qualquer cálculo envolvendo estas fórmulas, bastando para isso ajustá-las segundo a necessidade. Por exemplo: )(g.mol (mol).MM n (g) m -1sss = Esta expressão serve para saber a massa contida em qualquer quantidade de mol de uma substância conhecida. (mol) n (g) m)(g.mol MM 1- s s s = Esta expressão serve para saber a massa molar de um determinado composto sabendo qual a massa em determinado número de mols dele. (L) ).V(mol.L M (mol) n -1 sçsçs = Esta expressão serve para saber o número de mols contido em determinado volume de uma solução de concentração conhecida. )(mol.L M (mol) n(L) V 1- sç s sç = Esta expressão serve para saber o volume necessário que para fazer uma solução com determinada concentração com número de mols fixado. )(mol.L ).M(g.molMM (g) m(L) V 1-1- sçs s sç = Esta expressão serve para saber o volume necessário da solução de um determinado composto a uma dada concentração, conhecendo a massa. (L) ).V(g.molMM (g) m)(mol.L M 1-1- sçs s sç = Esta expressão serve para saber a molaridade obtida quando determinada massa de um composto estiver em um volume especifico de solução. Podemos ainda unir as expressões, como mostrado anteriormente, para gerar qualquer fórmula, que também pode ser rearranjada, conforme a necessidade. A mais importante delas é a que permite prepararmos soluções no laboratório, como segue: (L) ).V(mol.L ).M(g.mol MM (g) m -1-1 sçsçss = Esta expressão serve para saber a massa a ser pesada para preparar determinado volume de solução de um composto na concentração desejada. Para se tornar hábil em manipular estas expressões é necessário exercitar. Tente, a partir somente das expressões de número de mol (n = m/MM) e de molaridade (M = n / V) provar estas expressões. Faça isso sempre representando as unidades de medidas. Elas sevem para que controlemos as expressões, pois todas as unidades de um lado da expressão devem, depois de simplificadas, serem idênticas as do outro lado. Sempre. Se as unidades forem iguais, então a expressão é verdadeira. Podemos fazer também algumas conversões usando o Título em massa, dado anteriormente, mas isso poderá ser feito de modo mais adequado quando definirmoso conceito de densidade, pois vai relacionar a massa da solução, que está presente no título. Logo a seguir mostraremos a definição U N I V E R S I D A D E E S T A D U A L D E M A T O G R O S S O D O S U L Curso de Química - Unidade de Naviraí - 2010 Disciplina de Química Geral - Prof. Dr. Alberto A. Cavalheiro 10 de densidade, mas vamos chamar a atenção para o parâmetro de massa de soluto na expressão. Reproduzo a expressão em m/m novamente aqui, usando a unidade em gramas. 100 (g) m (g) m m/m)(% sç s xsç =Τ Observe que o termo ms (g) é o mesmo que está contido na expressão de concentração comum, reproduzida aqui novamente. (L) V (g) m)(g.L C 1- sç s sç = Isso significa que podemos isolar o termo massa do soluto (ms) e fazer a união através do isolamento da massa: (L) ).V(g.L C(g) m sç-1sçs = Agora, inserindo na expressão de Título Porcentual, temos: 100 (g) m (L) ).V(g.L C m/m)(% sç sç -1 x sç sç =Τ ou (L).V 100 (g)m/m).m(%).(C sç 1 sçsç sç Lg Τ = − Observe que não há muito mais o que fazer para simplificar, pois o termo massa da solução msç não se relaciona com nada na expressão. Por isso apresentamos a medida de densidade. 9.6. Densidade Antes de iniciarmos a definição de densidade, vamos apresentar algumas relações comuns de volume entre o Litro e os múltiplos do metro cúbico (m3). Para isso, memorizamos a relação básica, que é um metro cúbico é igual a mil litros: 1 m3 = 1000L ou 1 m3 = 103L. Sabendo que 1 L = 1000mL ou 103mL, então teremos que 1 m3 = 103.103mL, ou seja: 1 m3 = 106mL Mas, devemos também saber converter m3 em dm3, cm3 ou mm3. É simples, mas é preciso atenção: Devemos substituir a unidade sem o expoente, com o fator de multiplicação dentro de um parêntesis e operar a potenciação na unidade e no fator de conversão que acompanhará a nova unidade, como segue no exemplo de conversão abaixo de 0,5 m3 para dm3. Primeiro sabemos da conversão da unidade básica, ou seja: 1 m = 10 dm, já que deci (d) é um décimo de qualquer coisa. Logo, precisaremos de 10 decímetros para compor um metro, da mesma forma que precisamos de 100 centímetros para compor um metro. Então, colocamos 10 dm no lugar do m na expressão e colocamos entre parêntesis, deixando de fora do parêntesis somente número original da medida, no caso, o 0,5 e também o expoente, pois ele irá operar sobre a nova unidade e também sobre o fator de conversão. 0,5 m3 = 0,5 (10dm)3 simples assim, por enquanto. Repare que (10 dm) está no lugar do m, o resto foi mantido inalterado. U N I V E R S I D A D E E S T A D U A L D E M A T O G R O S S O D O S U L Curso de Química - Unidade de Naviraí - 2010 Disciplina de Química Geral - Prof. Dr. Alberto A. Cavalheiro 11 Mas agora vamos operar com a potência. Lembramos de uma regra de potenciação que é a seguinte (a.b.c)x = ax.bx.cx, ou seja, o expoente se distribui sobre todos os números que estiverem se multiplicando. Então: (10dm)3 = 103.dm3. Assim, 0,5 m3 = 0,5.103 dm3 = 5,0.102 dm3 = 500 dm3. Assim, entendemos também que litro equivale a decímetro cúbico (1 L = 1 dm3), pois se o metro cúbico é mil vezes maior que o litro e também é mil vezes maior que o decímetro cúbico, então o decímetro cúbico e o litro serão equivalentes. Agora mostre que o 1 mL = 1 cm3 e 1 µL = 1 mm3. Bom, agora entendido estas conversões, especificarmos a concentração de uma solução pela sua densidade, também conhecida como gravidade específica. A densidade também é usada para líquidos puros, sólidos e suas soluções e outros materiais, inclusive para gases: L)ou (mL V kg)ou (g m sç sç =sçD A densidade é uma natureza da matéria e varia muito pouco para fases condensadas (sólidos e líquidos) em função da temperatura e pressão. Logo, há limitações para o uso de qualquer unidade. Por exemplo, 1 kg/mL significaria que a matéria seria absurdamente densa e talvez uma densidade como esta só se encontre em estrelas de nêutrons. Lembrem-se do modelo atômico: o que dá massa ao átomo está no seu núcleo e o que dá volume a ele é a quantidade de camadas eletrônicas. Um corpo constituído somente por nêutrons teria muita massa contida num volume muito pequeno. Mas não vamos perder tempo nesta linha de raciocínio, estamos falando de átomos, moléculas e soluções. Por outro lado, poderíamos usar g/L, ou seja, algo que tenha uma densidade de 1 g/L é algo com uma densidade baixíssima e somente gases podem possuir uma densidade de 1g/L. Mas não despreze esta relação de unidades (g/L), pois precisaremos dela para fazer conversões de concentrações mais à frente. Assim, a densidade pode ser representada com o mesmo valor numérico se a unidade for g.mL-1 ou kg.L-1 ou g.cm-3 (g.cc-1 ou g/cc) ou kg.dm-3 ou mg.mm-3, mas terá que ser convertida se qualquer outra combinação diferente de massa e volume for usada. Exemplificando: 1,25 g.mL-1 é 1,25 kg.L-1, que é 1,25 g.cm-3 ou 1,25 g.cc-1 ou 1,25 g/cc. Repare que cc é abreviatura de centímetro cúbico (cm3). Também será igual a 1,25 kg.dm-3 que é igual a 1,25 mg.mm-3. Mas, não esqueça: em soluções, será necessário converter a densidade para g.L-1 para obter a conversão para outras formas de concentração. Então faremos isso aqui para familiarizarmos: converta 1,95 g.ml-1 para g.L-1. 1-3 3-sç g.L950.1L g10.95,1 L10 g95,1 mL g95,1 D ==== Observe que o valor numérico foi multiplicado por 1000. Mas outra forma de fazer isso. Basta lembramos que g/mL = kg/L. então o mesmo valor em g/mL será em kg/L. Assim: 1- sç g.L950.1L g1000.95,1 L 1000g95,1 L kg95,1 D ==== Assim, fica a conversão pronta: )(g.mL .D1000)(g.L D -1sç-1sç = Agora frisamos que a densidade é diferente da concentração comum, apesar de se parecerem. Comparamos as fórmulas utilizando as mesmas unidades para mostrar a semelhança: (L) V (g) m)(g.L C sç s1- sç = e (L) V (g) m)(g.L D sç sç1- sç = U N I V E R S I D A D E E S T A D U A L D E M A T O G R O S S O D O S U L Curso de Química - Unidade de Naviraí - 2010 Disciplina de Química Geral - Prof. Dr. Alberto A. Cavalheiro 12 São idênticas, não? A resposta é não. Porque a massa nos dois casos não se refere a mesma coisa. Na concentração comum a massa é somente do soluto e na densidade a massa é da solução. E saibamos agora que a massa de uma solução é a soma da massa do soluto e do solvente, ou seja: msç = ms + msv, onde sç significa solução, sv significa solvente e s significa soluto. Memorize estes símbolos de solução (sç, sv e s) e nunca deixe de usá-los nas expressões. Assim, podemos misturar as fórmulas sem confundir parâmetros. Ficamos então com estas novas versões de concentração comum e densidade, agora contendo as notações de soluto, solvente e solução. Sendo assim, vamos unir as duas fórmulas, primeiro isolando o volume em litros da solução, o fator em comum nas duas expressões. Usaremos a densidade em kg.L-1 que se equivale a g.mL-1. (L) V (g) m)(g.L C sç s1- sç = e (L) V (kg) m)(kg.L D sç sç1- sç = Rearranjado, fica: )(g.L C (g) m(L) V 1- sç s sç = e )(kg.L D (kg) m(L) V 1- sç sç sç = E igualamos as expressões de Concentração Comum e Densidade, ambas com Vsç em L. )(kg.L D (kg) m )(g.L C (g) m 1- sç sç 1- sç s = e rearranjando, temos: )(kg.L D )(g.L C (kg) m (g) m 1- sç -1 sç sç s = Agora trocamos kg por g, substituindo kg por 1000g tanto na massa como na densidade e depois cancelamos nos dois lados: )(1000g.L D )(g.L C (1000g) m (g) m 1- sç -1 sç sç s = e )(g.L 1000.D )(g.L C (g) 1000.m (g) m 1- sç -1 sç sç s = e )(g.L D )(g.L C (g) m (g) m 1- sç -1 sç sç s = Pronto, agora olhepara o termo ms/msç do lado esquerdo da fórmula. Olhe bem e veja se reconhece ele de outra expressão. É! Ele se parece com o termo contido no Titulo em massa. Assim, fazemos esta substituição e teremos: )(g.L D )(g.L C(m/m)T 1- sç -1 sç sç = e para Titulo porcentual, fica: )(g.L D )(g.L C 100 (m/m)%T 1- sç -1 sçsç = Esta expressão pode ser rearranjada para: 100 )(g.L (m/m).D%T)(g.L C -1 sçsç1- sç = Mas para que ela fique mais útil ainda devemos poder converter o título em molaridade. Assim, lembramos que: )(g.mol ).MM(mol.L M )(g.L C -1s-1sç-1sç = Então: 100 )(g.L (m/m).D%T)(g.mol ).MM(mol.L M -1 sçsç1- s 1- sç = U N I V E R S I D A D E E S T A D U A L D E M A T O G R O S S O D O S U L Curso de Química - Unidade de Naviraí - 2010 Disciplina de Química Geral - Prof. Dr. Alberto A. Cavalheiro 13 Arranjamos corretamente para isolar a molaridade e: )(g.mol 100.MM )(g.L (m/m).D%T)(mol.L M 1- s -1 sçsç1- sç = Como o Título normalmente vem em Título Porcentual nos reagentes, melhor deixarmos a expressão contendo Título Porcertual %T, ou seja: %T = 100.T ou T = %T/100. Mas, para inserirmos diretamente o valor de densidade como ela aparece nos frascos de reagentes, que é em g.mL-1 ou Kg.L-1, precisamos da conversão dada anteriormente, que é: )(g.mL .D1000)(g.L D -1sç-1sç = Assim, a expressão final fica: )(g.mol 100.MM )(g.mL (m/m).D1000.%T)(mol.L M 1- s -1 sçsç1- sç = Simplificando 1000/100, temos: )(g.mol MM )(g.mL (m/m).D10.%T)(mol.L M 1- s -1 sçsç1- sç = Lembre-se que nesta equação pode-se inserir a densidade em g.mL-1 ou kg.L-1 diretamente, não sendo preciso converter seu valor numérico caso ela esteja em g/mL ou kg/L. Esta expressão é muito útil porque a maioria dos ácidos concentrados vem com sua concentração discriminada em título porcentual e trazem junto a densidade, normalmente em g/mL ou g/cm3. Qualquer prática no laboratório que necessite a preparação de soluções de ácidos a partir de seus frascos originais deverá utilizar esta expressão. Mas se quiser utilizar a expressão dada pela equação anterior, lembre-se que deve converter a densidade para g.L-1, multiplicando o valor encontrado nos frascos por 1000. Façamos um exercício usando a lógica mental para comprovarmos a eficácia das duas expressões e depois faremos o cálculo através delas. Exemplo: Saiba que o ácido clorídrico comercial HCl, conhecido como ácido muriático, é comercializado com o um rótulo que traz escrito HCl 36,5 %, o que implica ser uma porcentagem em massa, pois NÃO está especificado (m/v ou v/v). O rótulo também traz a informação da densidade do produto, que é de 1,18 g.mL-1. Calcule a molaridade do HCl contida neste reagente. Vejamos: Se uma solução é 36,5% (m/m) então ela contém 36,5 g de HCl em 100,0 g de solução. Observe que a casa decimal na massa da solução foi imposta pelo fato de haver esta casa na massa do soluto, já que a massa da solução é a soma das massas do soluto e do solvente, ou seja, se há 36,5 g de soluto e esta massa é 36,5 % da massa total, então vai haver 63,5 g de solvente, de modo que resulte em 100,0 g. Continuando: primeiro tiramos a massa da solução da incógnita, usando a densidade para isso. A densidade diz que há 1,18 g por mL de solução, então em 1000mL ou 1L teremos 1000 vezes maismassa de soluto: Em 1 L de solução vai haver: mL g x 1,18 .(1.000 mL) = 1.180 g Por regra de 3, calculamos a massa do soluto HCl, pois se o título diz que há 36,5 g de HCl em 100,0 g de solução, então qual a massa de HCl para 1180 g de solução? 36,5 g de HCl � 100,0 g solução m g de HCl � 1180 g solução m g de HCl = (1180g.36,5g)/100,0g = 431 g de HCl U N I V E R S I D A D E E S T A D U A L D E M A T O G R O S S O D O S U L Curso de Química - Unidade de Naviraí - 2010 Disciplina de Química Geral - Prof. Dr. Alberto A. Cavalheiro 14 Pelas massas atômicas do hidrogênio e do cloro, calculamos a massa molar do HCl, que é de 36,461 g.mol-1. Se 1 mol de HCl tem 36,461 g, então 431 g significará n mol, como segue: 36,461 g de HCl � 1 mol de HCl 431 g de HCl � n mol de HCl n mol de HCl = (1 mol . 431 g)/36,461g = 11,8 mol de HCl Como, inicialmente, impomos o volume para 1 L, temos então que há 11,8 mol de HCl em um litro de solução, ou seja, a concentração molar é 11,8 mol,L-1. Agora usaremos a equação 1, e, assim, devemos antes converter a densidade para g.L-1, multiplicando o seu valor numérico por 1000, como já foi demonstrado: 1,18 g.mL-1 = 1.180 g.L-1. colocando os valores na expressão, temos: 1- 1- -1 1- s -1 sçsç1- sç mol.L 8,11g.mol 100.36,461 g.L 36,5.1180 )(g.mol 100.MM )(g.L (m/m).D%T)(mol.L M === Agora usaremos a equação 2, e, assim, não precisamos converter nada, usando os dados com eles se apresentam diretamente na fórmula, vejamos: 1- 1- -1 1- s -1 sçsç1- sç mol.L 8,11g.mol 36,461 g.L 1810.36,5.1, )(g.mol MM )(g.mL (m/m).D10.%T)(mol.L M === Percebeu como é muito mais simples e rápido do que ficar fazendo aquela série de raciocínio e regras e contas e considerações ou mesmo a conversão da densidade antes. Você deverá saber provar esta fórmula sempre. Então treine incontáveis vezes até conseguir construí-la como foi feito aqui, de olhos fechados e mãos amarradas nas costas ☺. 9.7. Molalidade ou Concentração Molal Em algumas situações, principalmente em soluções que variam muito de temperatura ou com mais de um soluto que precisa ser controlado com precisão, o uso da molalidade é indicado. Molalidade ou concentração molal é a relação entre o número de moles do soluto (ns) e a massa do solvente (msv), em quilogramas (kg). )(m )(n(mol/kg) W sv s sç kg mol = Assim, se necessitarmos adicionar outro soluto, a molalidade do primeiro soluto não se alterará, pois a massa de solvente continua a mesma. Se fosse molaridade ou concentração comum, o volume da solução seria alterado, o que mudaria a molaridade ou concentração comum de todos os solutos, necessitando medir o volume da solução novamente. Se fosse em título, também seria alterada, pois a massa seria da solução e não somente do solvente. Em processos de grande quantidade, às vezes isso se torna impraticável e a medida é até impossível. Solutos que alteram a temperatura da solução, por serem exotérmicos ou endotérmicos, também levam a erros. A maioria dos solventes se expande (aumentam de volume quando aquecidos), o que também altera a molaridade e a concentração comum, pois estas medidas são função do volume da solução. U N I V E R S I D A D E E S T A D U A L D E M A T O G R O S S O D O S U L Curso de Química - Unidade de Naviraí - 2010 Disciplina de Química Geral - Prof. Dr. Alberto A. Cavalheiro 15 Uma solução preparada pela dissolução de 4,25 gramas de NaNO3 em 2,00 kg de água tem molalidade de 0,0500 g.Kg-1 ou molal. Para mostrar este cálculo, montamos primeiro a expressão que une a massa do soluto com a molalidade. Assim, reproduzimos a expressão de molalidade e de número de mol, como segue: )(m )(n(mol/Kg) W sv s sç kg mol = e ).( (g) m)( 1s −= molgMMmoln ss Agora substituímos a igualdade de número de mol na expressão de molalidade e para agilizar a união de fórmulas, quando uma delas já estiver com o termo em comum já isolado, basta inserirmos sua igualdade na outra fórmula que já ficará pronta, bastando apenas rearranjá-la conforme necessário, como segue: (kg) m ).(g.mol MM (g) m(mol/Kg) W sv 1- s s sç = Assim, agora colocamos os valores numéricos e temos: 1 1-sç .0250,0kg 2,00 .g.mol 84,9948 4,25g(mol/Kg) W −== Kgmol Podemos também relacionar a molalidade com outras medidas de concentraçãoanteriormente mencionadas. Primeiro fazemos isso com a Molaridade. (L) V (mol) n)(mol.L M sç s1- sç = e (kg) m (mol) n)(mol.L W sv s1- sç = O termo em comum é o numero de mols do soluto, logo isolamo-lo, como segue: (L) ).V(mol.L M (mol) n sç-1sçs = e (kg) ).m(mol.L W(mol) n sv-1sçs = . Igualando-os, temos: (kg) ).m(mol.L W(L) ).V(mol.L M sv-1sçsç-1sç = . Rearranjando para que msv fique sobre Vsç, temos: )(mol.kg W )(mol.L M (L) V (kg) m 1- sç -1 sç sç sv = . Agora lembramos que msç = ms + msv, então, rearranjamos para: msv = msç - ms e substituímos na expressão: )(mol.kg W )(mol.L M (L) V (kg) )m-(m 1- sç -1 sç sç ssç = , então: )(mol.kg W )(mol.L M (L) V (kg) m (L) V (kg) m 1- sç -1 sç sç s sç sç =− .Observe que: (L) V (kg) m).( sç sç1 = −LkgDsç U N I V E R S I D A D E E S T A D U A L D E M A T O G R O S S O D O S U L Curso de Química - Unidade de Naviraí - 2010 Disciplina de Química Geral - Prof. Dr. Alberto A. Cavalheiro 16 O segundo termo se parece com a concentração comum, ou seja: (L) V (g) m).( sç s1 = −LgCsç , só que está em kg e não em gramas, o que corrigimos para: (L) V (kg) m 10).( sç s -3 1 = −LgCsç e (L) V (kg) m).(10 sç s13 = −LgCsç . Substituindo estes dois termos na equação: )(mol.kg W )(mol.L M (L) V (kg) m (L) V (kg) m 1- sç -1 sç sç s sç sç =− , que fica: )(mol.kg W )(mol.L M).(10).( 1- sç -1 sç131 =− −− LgCLkgD sçsç Esta fórmula relaciona as 4 principais medidas de contrações de uma solução, molaridade (Msç), molalidade (Wsç), densidade (Dsç) e concentração comum (Csç). Outras conversões podem ser feitas, sempre mantendo o controle de cada parâmetro. 9.8. Normalidade ou Concentração Normal Uma das formas de concentração mais difíceis de se trabalhar em Química é a Normalidade. Ela é definida como o número de equivalentes contidos em 1 L de solução. A unidade é eq.L-1, representada por N. A normalidade é expressa em número de equivalente por litro, diferente da molaridade, que é escrita como número de moles por litro. A vantagem de se usar normalidade é que soluções da mesma normalidade reagem proporcionalmente a seu volume, 1 mL para 1 mL, isto é, 1 mL de uma solução 0,1 N de NaOH neutralizará exatamente 1 mL de solução 0,1 N de H2SO4, independente da estequiometria da reação química envolvida. Não acontece o mesmo quando a concentração das soluções é mol.L-1: 1 mol de H2SO4 reage com dois moles de NaOH e duas soluções destes reagentes da mesma molaridade reagirão na razão NaOH : H2SO4 = 2:1 mL. Dito de outro modo, 1 equivalente de qualquer substância reage exatamente com 1 equivalente de outra substância. Isto facilita enormemente os cálculos especialmente na prática de análise quantitativa. Uma solução 1 normal (1N) contém 1 equivalente (eq) por L: (L) solução volume (eq) soluto de quantidade =sçN O equivalente, tal qual o mol, é uma unidade para descrever a quantidade de matéria ou de uma espécie química. A definição de número de equivalente neq é: soluto do grama-eequivalent gramas em soluto do massa E (g) m . s s ⇒=eqn A definição de equivalente-grama (E) é: U N I V E R S I D A D E E S T A D U A L D E M A T O G R O S S O D O S U L Curso de Química - Unidade de Naviraí - 2010 Disciplina de Química Geral - Prof. Dr. Alberto A. Cavalheiro 17 reação na envolvida quantidade soluto doMolar Massa x )(g.mol MM -1s ⇒=sE , logo: nxneq .)(g.mol MM (g) m x. . 1- == , já que MMn (g) m = . Logo: seq nxn .= Assim, a Normalidade pode ser expressa como: sçsç MxN .= , ou seja, para convertermos um determinado valor em mol.L-1 (molar) para normal, basta multiplicarmos pela quantidade x, a qual veremos a seguir como se obtém para cada situação específica. O valor de x é dependente do tipo de transformação química envolvida. Normalmente, a quantidade é normalizada para o valor unitário, seja qual for a transformação. É dizer: Normalidade está relacionada à molaridade da mesma maneira que massa equivalente está relacionado à massa molar. Para íons, equivalente-grama é a relação entre átomo-grama ou molécula-grama e a valência. Cátions Ânions Para o íon sódio (Na+) E = 23g / 1 = 23g Para o íon cloreto (Cl-) E = 35,5 g / 1 = 35,5g Para o íon bário (Ba+2) E = 137g / 2 = 68,5g Para o íon óxido (O2-) E = 16 g / 2 = 8g Para o íon alumínio (Al+3) E = 27g / 3 = 9g Para o íon sulfato (SO42-) E = 96 g / 2 = 48g Para o íon amônio (NH4+) E = 18g / 1 = 18g Para o íon fosfato (PO43-) E = 95 g / 3 = 31,7g Observe que o equivalente-grama é sempre menor ou igual à massa atômica ou molecular da própria espécie. Para um ácido, o equivalente-grama é a relação entre a molécula-grama ou massa molar do ácido e o número de átomos de hidrogênio ionizáveis (x). Ácido nítrico (HNO3): E = PM/x = 63g/1 = 63g (Só um hidrogênio ionizável). Ácido sulfúrico (H2SO4) E = 98g / 2 = 49g (Dois hidrogênios ionizáveis). Ácido fosfórico (H3PO4) E = 98g / 3 = 32,67g (Três hidrogênios ionizáveis). Ácido fosforoso (H3PO3) E = 82g / 2 = 41g (Apenas 2 dos 3 hidrogênios). Ácido hipofosforoso – (H3PO2) E = 66g / 1 = 66g (Apenas 1 dos 3 hidrogênios). Similar aos ácidos, o equivalente-grama (E) de uma base é a relação entre a molécula-grama ou massa molar da base e o número de hidroxilas (x). Hidróxido de sódio – NaOH: E = 40g / 1 = 40g Hidróxido de cálcio - Ca(OH)2 E = 74g / 2 = 37g Hidróxido de alumínio - Al(OH)3 E = 78g / 3 = 26g O equivalente-grama (E) de um sal é a relação entre a molécula-grama ou massa molar do sal e valência total do cátion ou ânion (x). Cloreto de sódio – NaCl: E = 58,5g / 1 = 58,5g Sulfeto de cálcio – CaS: E = 72g / 2 = 36g Fluoreto de bário - BaF2: E = 175g / 2 = 87,5g Sulfato de alumínio - Al2(SO4)3: E = 342g / 6 = 57g (2 Al(+3) resulta em 6. Sulfato de cobre II pentahidratado - CuSO4.5H2O: E = 249,5g/2 = 124,75g. U N I V E R S I D A D E E S T A D U A L D E M A T O G R O S S O D O S U L Curso de Química - Unidade de Naviraí - 2010 Disciplina de Química Geral - Prof. Dr. Alberto A. Cavalheiro 18 Equivalente-grama (E) de um oxidante ou redutor é a relação entre a molécula-grama ou massa molar da substância e o número total de elétrons cedidos ou recebidos (x) pela molécula. Por exemplo, qual o equivalente-grama do permanganato de potássio (KMnO4) quando atua como oxidante em meio ácido ? A equação iônica da reação é: 2MnO4- + 6H+ ���� 2Mn+2 + 3H2O + 5[O]. Quando o KMnO4 atua como oxidante em meio ácido o Mn tem valência +7 e, ao receber 5 elétrons, passa para +2. Como a molécula do KMnO4 contém apenas 1 átomo de Mn, seu equivalente-grama será a molécula-grama (do sal KMnO4 e não somente do Mn) dividida por 5: E = 158g /5 = 31,5g. Qual o equivalente-grama do permanganato de potássio (KMnO4) quando atua como oxidante em meio alcalino ? A equação iônica é: 2MnO4- + 2(OH-) ���� 2MnO3- + H2O + 3[O]. Quando o KMnO4 atua como oxidante em meio básico o Mn tem valência +7 e, ao receber 3 elétrons, passa para +4 (MnO3-2). Como a molécula do KMnO4 contém apenas 1 átomo de Mn, seu equivalente-grama será a molécula-grama dividida por 3: E = 158g /3 = 52,67g. Lista de Exercícios 1. Um frasco de reagente contendo 0,5 kg de solução, onde se encontram 150 g de soluto tem que Título? Qual seu título percentual? 2. Em um béquer é feita uma mistura de etanol e água como solvente misto, contendo 41,50 g de etanol, 32,18 g de água e depois são dissolvidos 10,9 g de ácido cítrico. Qual o Título percentual de ácido cítrico nesta solução? 3. Quando se quiser preparar 2,00 kg de uma solução aquosa de etilenoglicol a25,0%, quando se deve colocar de cada composto? 4. Certo Erlenmeyer contendo 250,00 g de solução aquosa de sulfato ferroso a 3,56 % recebe 6,4094 g de cloreto de potássio. Qual o título percentual de cada um dos sais presentes na solução? 5. Em um balão volumétrico de 50,00 mL são colocados 3,50 mL de ácido acético glacial e completado com água te a marca do menisco. Qual o título e o título percentual do ácido acético nesta solução? 6. Há 2 balões volumétricos completos com solução salina em cada um deles. Sabe-se que um dos balões tem volume de 50,00 mL e o título da solução é de 0,052 (m/V) e em outro o volume é de 100,0 mL e o título é de 0,183 (m/V). Se estes dois balões volumétricos forem esvaziados dentro de um balão de 250,0 mL e completado com água até completar seu volume, qual o título percentual (m/V) que terá a solução salina resultante? 7. Certa mistura gasosa contendo 2 gases A e B apresenta 0,45 mol do gás A e 0,22 mol do gás B. qual a fração molar de cada gás? 8. Na atmosfera terrestre, a fração molar de oxigênio é 0,21 e de nitrogênio é 0,78. Qual a fração molar dos outros gases na atmosfera? 9. Se um compressor de ar for usado para aspirar ar atmosférico, então quantos quilogramas de ar liquefeito deverão ser acumulados para se poder extrair 1,00 kg de argônio, sabendo que a porcentagem molar deste gás na atmosfera terrestre é de 0,934 %? U N I V E R S I D A D E E S T A D U A L D E M A T O G R O S S O D O S U L Curso de Química - Unidade de Naviraí - 2010 Disciplina de Química Geral - Prof. Dr. Alberto A. Cavalheiro 19 10. Determinado pesticida se encontra na água de um rio na concentração de 5,89 ppm. Qual a massa deste pesticida presente em uma tonelada de água deste rio? 11. Se em uma piscina com volume de água de 450 m3 a uma temperatura de 25°C contém 6,18 mg de cloro ativo, qual a concentração em ppb deste agente desinfetante na água. 12. Se em 500 kg de solo contiver 2,35 µg de agrotóxicos, qual a concentração em ppt de agrotóxico neste solo? 13. Qual a concentração de uma solução contendo 22,3 g de glicose dissolvidos em 200 mL de água? 14. Qual a massa necessária para preparar 150,0 mL de uma solução de bicarbonato de sódio com concentração de 0,7535 g.L-1? 15. Prove a expressão para converter Concentração Comum em Molaridade e calcule a molaridade da solução anterior? 16. Qual a massa molar da glicose se 12,3590 g deste composto tiver 0,6860 mols. 17. Quantos mols de glicose teriam em 100,0 mL de uma solução 0,1000 mol.L-1? 18. Qual o volume deve ser retirado da solução acima para extrair 0,0345 moles de glisose dela? 19. Qual o volume (em mL) a ser retirado de uma solução de glicose 0,2500 mol.L-1 de modo a conter 0,590 g? 20. Qual molaridade de uma solução se a quantidade extraída de solução do item anterior for adicionada a um balão volumétrico de 1,00 L e completado o volume com água? 21. Qual a massa a ser pesada de cloreto de potássio para preparar 200,0mL de uma solução com concentração de 0,0500 mol.L-1? 22. Quanto pesa 16,0 mL de uma solução a 23,0% de fosfato de sódio, sabendo que sua concentração é de 2,976g.L-1? 23. Quantos litros têm em 2,39 m3 de água? 24. Quantos mm3 equivalem a 25,0 mL de solução? 25. Qual a densidade em g.L-1 de uma solução que têm massa de 45,9345 g e volume de 41,00 mL? 26. Qual a razão entre as massas da solução e de soluto, quando uma solução tiver concentração de 0,721 g.L-1 e densidade de 1,27 g.L-1? 27. Porque o valor numérico da densidade de uma solução em g.L-1 será sempre maior que o valor numérico da concentração comum? 28. Qual a concentração em g.L-1 de uma solução cujo Título é 12,6 % e a densidade é 1,078 g.mL-1? 29. Qual a molaridade de uma solução de nitrato de zinco a 5,68 % e a densidade é 1,078 g.mL-1? 30. Qual a molalidade de uma solução de 3,76 g de cloreto férrico e 250 g de água? 31. Qual a normalidade de uma solução quando 4,9605 g de cloreto de alumínio (AlCl3) estão dissolvidos em 500,0 mL de solução? 32. Qual a normalidade de uma solução de sulfato ferroso FeSO4 com concentração de 4,77 g.L-1? 33. Qual a normalidade de uma solução de ácido sulfúrico H2SO4 com molaridade 3,76.10-3 mol.L-1? 34. É necessário preparar 250 mL de uma solução HCl 1,00 M. No rótulo do frasco do reagente HCl estão a seguintes informações: Titulo 65,9 % e Densidade: 0,876 g.mL-1. Qual o volume necessário do reagente HCl (em mL) para o preparo desta solução?
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