parte 2 - soluções

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22/09/2013
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO – UFRJ
CAMPUSMACAÉ – PROF. ALOÍSO TEIXEIRA
QuímicaQuímica parapara BiologiaBiologia
pparte 2 arte 2 -- soluçõessoluções
Prof. Dr. Cid Pereira
SoluçõesSoluções
Força intermoleculares.
As forças intermoleculares em diferentes substâncias variam em uma
grande faixa, mas são muito mais fracas que as ligações iônicas e
covalentes.
16kJ/mol para vencer as
atrações moleculares.
431kJ/mol para dissociar o
HCl.
SoluçõesSoluções
Muitas propriedades dos líquidos refletem a intensidade das forças
intermoleculares. 
P.E. – Quanto mais forte for as forças de atração maior será o P.E.
4 tipos de forças de atração.
- dipolo-dipolo
- dispersão de London
- ligação de hidrogênio
- íon-dipolo
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Forças íon-dipolo
Atração entre um íon e uma carga parcial de uma parte de uma
molécula polar (dipolo (+,-)).
NaCl em água
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Forças dipolo-dipolo
Mais fracas que íon-dipolo
SoluçõesSoluções
Dispersão de London
Moleculas apolares
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SoluçõesSoluções
Ligação de hidrogênio
Caso especial de interações dipolo-dipolo
SoluçõesSoluções
SoluçõesSoluções
Diariamente usamos soluções: gasolina, isotônicos, refrigerantes, etc.
Solução é uma mistura homogênea de duas ou mais substâncias em
uma única fase.
O soluto e solvente são componentes da solução. 
- soluto presente em menor quantidade e
- solvente presente em maior quantidade
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SoluçõesSoluções
SoluçõesSoluções
Dissolução:
Uma solução é formada quando uma substância se dispersa
uniformemente em outra.
Forças intermoleculares agem nas partículas do soluto e do
solvente.
Soluções se formam quando as forças atrativas entre as partículas
do soluto e do solvente são comparáveis com as forças atrativas
entre as partículas do soluto ou entre as do solvente.
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Interações entre as
moléculas do soluto e de
solvente: solvatação
Quando o solvente é água:
hidratação
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SoluçõesSoluções
Soluto + solvente solução
dissolver
cristalizar
SoluçõesSoluções
Ni(s) + 2HCl(aq) → NiCl2(aq) + H2(g)
• Observe que a forma química da substância sendo dissolvida se 
alterou (Ni → NiCl2).
• Quando toda a água é removida da solução, não se encontra o Ni, 
apenas NiCl2·6H2O(s). Conseqüentemente, a dissolução do Ni em
HCl é um processo químico.
NaCl(s) + H2O(l) → Na
+
(aq) + Cl
-
(aq).
• Quando a água é removida da solução, encontra-se NaCl. 
Conseqüentemente, a dissolução do NaCl é um processo físico.
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Solução em equilíbrio com o soluto = saturada
(+ soluto não dissolverá)
A quantidade de soluto para atingir a solução saturada =
solubilidade deste soluto
NaCl – 35,7g em 100mL de água a 0oC
Supersaturadas – sob condições especiais + soluto que solução
saturada
SoluçõesSoluções
Interações soluto-solvente
• Os líquidos polares tendem a se disssolver em solventes polares.
• Líquidos miscíveis: misturam-se em quaisquer proporções.
• Líquidos imiscíveis: não se misturam.
• As forças intermoleculares são importantes: água e etanol são
miscíveis porque as ligações de hidrogênio quebradas em ambos
os líquidos puros são reestabelecidas na mistura.
• O número de átomos de carbono em uma cadeia afeta a
solubilidade: quanto mais átomos de C, menos solúvel em água.
SoluçõesSoluções
Interações soluto-solvente
• O número de grupos -OH dentro de uma molécula aumenta a
solubilidade em água.
• Generalização: “semelhante dissolve semelhante”.
• Quanto mais ligações polares na molécula, mais facilmente ela se
dissolve em um solvente polar.
• Quanto menos polar for a molécula, mais dificilmente ela se
dissolve em um solvente polar e melhor ela se dissolve em um
solvente apolar.
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SoluçõesSoluções
Efeitos da pressão
• A solubilidade de um gás em um líquido é uma função da pressão
do gás.
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• Quanto maior a pressão, mais próximas as moléculas de gás
estarão do solvente e maior a chance da molécula de gás atingir
a superfície e entrar na solução.
– Conseqüentemente, quanto maior for a pressão, maior a
solubilidade.
– Quanto menor a pressão, menor a quantidade de moléculas
de gás próximas ao solvente e menor a solubilidade.
• Se Sg é a solubilidade de um gás, k é uma constante e Pg é a
pressão parcial de um gás, então, a Lei de Henry nos fornece:
Sg = kPg
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Efeitos de temperatura
• A experiência nos mostra que o açúcar se dissolve melhor em
água quente do que em água fria.
• Geralmente, à medida que a temperatura aumenta, a
solubilidade dos sólidos aumenta.
• Algumas vezes, a solubilidade diminui quando a temperatura
aumenta (por exemplo Ce2(SO4)3).
SoluçõesSoluções
SoluçõesSoluções
Efeitos de temperatura
• Em bebidas carbonatadas, os gases se tornam menos solúveis à
medida que a temperatura aumenta.
• A poluição térmica: se os lagos se aquecem muito, o CO2 e o O2
tornam-se menos solúveis e ficam indisponíveis para as plantas
ou animais.
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Concentração
Solução com concentração pequena de soluto = diluída
Solução com concentração grande de soluto = concentrada
qualitativo
Porcentagem em massa - quantitativo
HCl 36% = 36g de HCl para cada 100g de solução.
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Partes por milhão – ppm - quantitativo
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1 ppm = 1g de soluto para cada milhão (106) de gramas de solução ou 1mg por quilograma
Como a densidade da água é ≅ 1,0g/mL, 1kg de água é ≅ 1L, portanto 1ppm = 1mg/L
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molL-1
SoluçõesSoluções –– propriedadespropriedades coligativascoligativas
As propriedades físicas da solução diferem das do solvente puro.
Adição de etilenoglicol na água abaixa o ponto de congelamento
e aumenta o ponto de ebulição.
Coligativa = depende do conjunto (depende da quantidade do 
soluto)
- diminuição do ponto de congelamento
- aumento do ponto de ebulição
- redução da pressão de vapor
- pressão osmótica
propriedades coligativas
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Abaixamento da Pressão de Vapor
Líquido em um recipiente fechado estabelecerá um equilíbrio com 
seu vapor. 
Quando o equilíbrio é atingido, a pressão exercida é chamada de 
pressão de vapor.
Uma substância que não tem pressão de vapor = não volátil.
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A quantidade da redução da pressão de vapor depende da
quantidade de soluto.
Lei de Raoult = PA = XAPA
o
PA = pressão parcial de vapor exercida pelo vapor do solvente na
solução.
XA= fração em quantidade de matéria (fração molar)
PA
o = pressão de vapor do solvente puro
Uma solução de NaCl foi preparada a partir de 250mL de água pura
destilada e 12g do soluto. Calcular a fração molar do sal na solução.
Primeiramente, deve-se calcular o número de mol do NaCl dividindo-
se a massa adicionada à solução pela massa molar:
1 mol NaCl ----- 58,45g
x ----- 12g
x = 0,205 mol = n(NaCl)
Em seguida, calcula-se o número de mol de H2O contidos em 250mL
(250g):
n(H2O) = 250/18 = 13,89mol
SoluçõesSoluções
SoluçõesSoluções
Assim, a fração molar do soluto é:
X(NaCl) = 0,205/(0,205+13,89) = 0,0145 = 14,5%
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A pressão de vapor da água = 17,5 torr a 20oC. Adiciona-se glicose
a Tcte de tal forma que Xágua = 0,800 e Hglicose = 0,200.
PA = XAPA
o
Págua = 0,800 x 17,5 = 14,0 torr
Lei de Raoult = o aumento da fração em quantidade de matéria
de partículas de um soluto não volátil, a pressão de vapor da
solução será reduzida.
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Destilação fracionada
SoluçõesSoluções
Elevação do Ponto de Ebulição - Diagramade fases
sublimação
Derretimento/fusão
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1 – A-B – curva da pressão de vapor de um líquido – equilíbrio entre 
os estados líquido e gasoso. Onde P=1atm = P.E. 
2 – A-C – curva de sublimação
3 – A-D – ponto de fusão do sólido
4 – Ponto A = ponto triplo – equilíbrio entre as 3 fases
SoluçõesSoluções
SoluçõesSoluções
A solução possui uma pressão de vapor menor que a do solvente
puro, assim uma T maior será necessário para a solução alcançar a
pressão de vapor de 1 atm.
Portanto, o ponto de ebulição (líquido → gás) da solução é mais
alto que o ponto e ebulição do líquido puro.
ΔTe = kem
ke= constante molar de elevação do ponto de ebulição
m = molalidade
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Uma solução aquosa de 1mol/kg de sacarose entrará em ebulição a 
uma temperatura 0,51oC maior.
Uma solução aquosa de 1mol/kg de NaCl (temos 1 mol de Na+ + 
1mol de Cl-), portato 2mol de quantidade de matéria.
2mol x 0,51oC = 1,02oC.
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Diminuição do ponto de congelamento
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Colóides – formam uma linha divisória entre as soluções e as
misturas heterogêneas.
Colóides podem ser gases, líquidos ou sólidos.
As partículas coloidais variam de 10 a 2000 Å.
As partículas coloidas são pequenas para formar dispersão
(dispersão coloidal) mas grandes o suficiente para desviar a luz.
O desvio da luz por partículas coloidais é conhecido como efeito
Tyndall.
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• Os colóides mais importantes são aqueles nos quais o meio
dispersante é a água.
• Colóides ‘amigos de água’: hidrófilicos.
• Colóides ‘inimigos da água’: hidrofóbicos.
• As moléculas se ordenam de forma que as partes hidrofóbicas
estejam orientadas no sentido de si mesmas.
• Se uma grande macromolécula hidrofóbica (molécula gigante)
precisa existir em água (por exemplo, em uma célula) as
moléculas hidrofóbicas fixam-se na macromolécula deixando as
extremidades hidrofílicas interagirem com a água.
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SoluçõesSoluções
Como preparar soluções?