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23/04/2012 1 PFQ Soluções (Parte I) Profª Msc. Mayara Silva Uma solução é uma mistura homogênea de substâncias puras (átomos, moléculas ou íons) na qual não há precipitação. Suas propriedades físicas e químicas podem não estar relacionadas com as propriedades das substâncias originais. Solvente: Substância presente em maior quantidade em uma solução, por meio da qual as partículas do(s) soluto(s) são preferencialmente dispersas. É muito comum a utilização da água como solvente, originando soluções aquosas. Soluto: Substância(s) presente(s) em menor quantidade em uma solução. Por exemplo, ao se preparar uma xícara de café solúvel, temos como soluto o café e o açúcar e como solvente a água quente. 23/04/2012 2 Classificação das soluções Quanto ao estado físico: Sólidas Líquidas Gasosas Quanto à condutividade elétrica: Eletrolíticas ou iônicas Não-eletrolíticas ou moleculares Quanto à proporção soluto/solvente: Diluída Concentrada Não-saturada Saturada Supersaturada Soluções Sólidas podem ser de dois tipos: solução sólida substitucional ou solução sólida intersticial. A solução sólida substitucional exibe uma estrutura cristalina que tem regularidade estrutural, mas na qual a estrutura foi feita ao acaso ou pela existência de partículas diferentes ocupando os pontos do retículo. A solução sólida intersticial átomos diferentes, íons ou moléculas ocupam os vértices e fissuras ou interstícios, no retículo hospedeiro. Ex: Liga metalúrgica, cobre, níquel, etc. 23/04/2012 3 • Soluções Líquidas: As soluções líquidas possuem arranjo molecular típico de um líquido puro, com suas partículas próximas umas das outras, ainda apresentando uma certa ordem. •Ex: café com leite, água do mar, xaropes medicinais, etc. Soluções Gasosas: Uma mistura de dois ou mais gases sempre formará solução, pois os gases sempre se misturam uniformemente entre si em qualquer proporção. Uma solução gasosa possui suas moléculas distantes umas das outras, em movimento rápido e caótico, colidindo frequentemente entre si e com as paredes do recipiente que a contém e preenchendo todo o seu espaço disponível, assim como ocorre em qualquer gás. Ex: o ar atmosférico, etc. 23/04/2012 4 Tipos de soluções • Soluções Moleculares: Quando as partículas dispersas são moléculas, por exemplo, moléculas de açúcar (C12H22O11) em água. • Soluções Iônicas: Quando as partículas dispersas são íons, por exemplo, os íons do sal de cozinha (Na+ e Cl-) em água. Pólos positivos da molécula de água se alinham junto ao íon negativo de Cloro, enquanto os pólos positivos da molécula de água se alinham ao íon positivo de Sódio. 23/04/2012 5 Concentração do soluto: é a proporção entre soluto e solvente em uma solução. A composição de uma solução é expressa pela concentração de um ou mais de seus componentes Soluções concentradas e diluídas: são indicações qualitativas da proporção entre o soluto e o solvente na solução. É incorreto dizer que uma solução é forte ou fraca, pois estes termos apresentam outros significados em química indicando a força de eletrólitos. Soluções saturadas, insaturadas e supersaturadas Para entendermos esses conceitos, primeiramente precisamos saber o que é Coeficiente Solubilidade. Coeficiente de solubilidade é definido como a máxima quantidade de soluto que é possível dissolver em uma quantidade fixa de solvente a uma determinada temperatura. A saturação é uma propriedade das soluções que indica a capacidade das mesmas em suportar quantidades crescentes de solutos, mantendo-se homogêneas. Uma solução é dita insaturada se ainda tem capacidade de diluir soluto, sem precipitar excessos. A solução saturada é aquela em que o soluto chegou à quantidade máxima: qualquer adição de soluto vai ser precipitada. 23/04/2012 6 Solução Insaturada É quando a quantidade de soluto usado se dissolve totalmente, ou seja, a quantidade adicionada é inferior ao coeficiente de solubilidade. Solução Saturada É quando o solvente já dissolveu toda a quantidade possível de soluto (atingiu o coeficiente de solubilidade), e toda a quantidade agora adicionada não será dissolvida e ficará no fundo do recipiente. Solução Supersaturada Isto só acontece quando o solvente e soluto estão em uma temperatura em que seu coeficiente de solubilidade é maior. Esta solução se torna extremamente instável. Qualquer vibração ou mudança de temperatura faz precipitar a quantidade de soluto em excesso dissolvida. • Solubilidade de líquidos em líquidos Quando uma substância se dissolve em outra, partículas do soluto (tanto moléculas como íons, dependendo da natureza do soluto) devem ser distribuídas através do solvente e, de certo modo, as partículas do soluto na solução ocupam posições que são normalmente ocupadas por moléculas do solvente. Em um líquido as moléculas estão muito próximas e interagem fortemente com as moléculas vizinhas. A facilidade com que uma partícula de soluto pode substituir uma molécula de solvente depende das forças relativas de atração das moléculas de solvente entre si, das partículas de soluto entre si e da intensidade das interações soluto-solvente. SOLUBILIDADE 23/04/2012 7 SOLUBILIDADE • Solubilidade de Gases em água A natureza do gás, a temperatura e a pressão são fatores que influem na solubilidade dos gases em água. a) Natureza do Gás Nos gases constituídos por moléculas apolares (O2, CO2) as interações soluto-solvente são muito fracas. CO2 (g) + H2O H2CO3 (aq) Nos gases constituídos por moléculas polares (SO2) as interações sluto-solvente mais fortes. SO2 (g) + H2O H2SO3 (aq) SOLUBILIDADE • Solubilidade de Gases em água b) Temperatura A solubilidade dos gases em água, sob pressão constante, usualmente diminui com o aumento da temperatura. Soluto SOLUBILIDADE EM GRAMAS DO SOLUTO/100g de H2O (1 atm) 0ºC 10ºC 20ºC 30ºC 40ºC 50ºC O2 (g) 0,007 0,005 0,004 0,003 0,003 0,003 CO2 (g) 0,33 0,23 0,17 0,13 0,097 0,076 SO2 (g) 22,8 16,2 11,3 7,8 5,4 4,5 23/04/2012 8 SOLUBILIDADE • Solubilidade de Gases em água c) Pressão A solubilidade de um gás em um liquido, sob temperatura constante, é diretamente proporcional a pressão exercida sobre o gás. Isso constitui a Lei de Henry, válida apenas quando o gás não reage com o liquido. SOLUBILIDADE • Solubilidade de Sólidos em água A natureza do sólido e a temperatura são fatores que influem na solubilidade de sólidos em água. a) Natureza do sólido “Semelhante dissolve semelhante” Existem basicamente dois tipos de substância no que diz respeito a polaridade: polares e apolares. O termo "polar" nos dá a idéia de opostos, onde um dado ponto é negativo e o outro é positivo. Isso é resultado da diferença de contribuição na ligação entre elementos químicos diferentes. O mais eletronegativo atrai para perto de si o par de elétrons que estabelece a ligação com o outro átomo. 23/04/2012 9 Um exemplo de substância polar é água, considerada um solvente universal. A polaridade da ligação, ou seja, o deslocamento da nuvem eletrônica para um átomode forma heterogenia em relação ao outro é explicada pela propriedade denominada eletronegatividade, a qual é diferente para cada elemento químico. Cada elemento tem uma determinado valor de eletronegatividade, a qual podemos relacionar com a "tendência que um átomo possui de atrair elétrons para perto de sim, quando se encontra "ligado" a outro átomo de elemento químico diferente, numa substância composta". Mas não é somente a diferença de eletronegatividade que irá dar subsídios para a classificação de uma molécula em polar ou apolar, mas sim a análise deste último aspecto em conjunto com a conformação dos átomos da molécula. 23/04/2012 10 • Solubilidade de Sólidos em água b) Temperatura De um modo geral a solubilidade de um sólido em ágaua aumenta com o aumento da temperatura. SOLUBILIDADE Temperatura ( ºC) Solubilidade de KCl (g/100g de H2O) 0 27,6 10 31,0 20 34,0 30 37,0 40 40,0 50 42,6 60 45,5 70 48,3 80 51,1 90 54,0 100 56,7 Dispersões são sistemas nos quais uma substância está disseminada, sob forma de pequenas partículas, numa segunda substância. A primeira substância chama-se disperso ou fase dispersa e a segunda substância chama-se dispersante ou fase de dispersão. Nome da Dispersão Tamanho Médio das Partículas Dispersas Soluções Verdadeiras (comum) entre 0 e 1nm (nanômetro) Soluções Coloidais entre 1 e 100 nm (nanômetro) Suspensões acima de 100 nm (nanômetro) Dispersões 23/04/2012 11 Colóides Colóides são misturas heterogêneas de pelo menos duas fases diferentes, com a matéria de uma das fases na forma finamente dividida (sólido, líquido ou gás), denominada fase dispersa, misturada com a fase contínua (sólido, líquido ou gás), denominada meio de dispersão. Exemplos: proteínas em água, amido em água, gelatina em água e a maioria dos colóides naturais. Industrial - preparo de geléias, maionese, creme chantilly, etc. 23/04/2012 12 O termo colóide, do grego, significa cola e na época referiu-se às soluções de goma arábica, substância sem estrutura definida e de natureza viscosa hoje conhecida como macromolécula. A goma arábica (colóide) difundia mais lentamente que soluções de sais (cristalóide). Sistemas coloidais estão presentes no cotidiano desde as primeiras horas do dia, na higiene pessoal (sabonete, xampu, pasta de dente e espuma ou creme de barbear), maquiagem (cosméticos), e no café da manhã (cremes vegetais e geléias de frutas). Diálise é o processo de separação através do qual moléculas menores atravessam uma membrana semipermeável enquanto as moléculas maiores ou partículas coloidais são retidas pela mesma membrana. Os colóides dispersam fortemente a luz, pois as partículas dispersas têm tamanhos semelhantes ao comprimento de onda da luz visível. Este fenômeno é chamado Efeito de Tyndall e permite distinguir as soluções verdadeiras dos colóides, pois as soluções verdadeiras são transparentes, ou seja não dispersam a luz. 23/04/2012 13 São formas farmacêuticas líquidas, constituídas de uma dispersão grosseira, onde a fase dispersa, sólida e insolúvel (fase interna) é distribuída em um líquido (fase externa). Podem receber várias denominações: mistura, gel, loção, magma e suspensão. Suspensões são formas farmacêuticas de sistema heterogêneo, cuja fase externa ou dispersante é líquida e a fase interna ou dispersa é constituída de substâncias sólidas insolúveis no meio utilizado. Suspensões Do ponto de vista galênico, interessa obter suspensões que não depositem rapidamente e que se possam reconstituir com facilidade por agitação. Interessa ainda que a redispersão operada por agitação origine um produto de aspecto homogêneo, em que não se observe a presença de quaisquer aglomerados de partículas. Agentes suspensores empregados: derivados da celulose, alginatos, líquidos viscosos, argilas, etc. As suspensões devem ser agitadas antes do uso. Suspensões 23/04/2012 14 Em trabalhos científicos, a concentração de uma solução deve ser expressa em unidades quantitativas. São usadas as chamadas unidades de concentração que são medidas quantitativas da afinidade de soluto que se dissolve. A quantidade relativa de uma substância é conhecida como concentração e é expressa em diferentes unidades. A concentração de uma solução é diretamente proporcional à quantidade de soluto. CONCENTRAÇÃO DA SOLUÇÃO Quantidade de soluto Quantidade de solvente MODO DE EXPRESSAR A CONCENTRAÇÃO DE UMA SOLUÇÃO a) Concentração Comum C = Concentração comum expressa em g/l (gramas por litro) m1 = massa do soluto em gramas V = volume da solução em litros 23/04/2012 15 EXEMPLOS 1. Qual a Concentração Comum de um suco preparado com 30g de pó para 1L de água? 2. Qual a massa de NaCl presente em 300ml de umaSoluçã o aquosa cuja concentração é 50g/l? MODO DE EXPRESSAR A CONCENTRAÇÃO DE UMA SOLUÇÃO b) Porcentagem peso por volume Indica a massa do soluto em gramas contida em 100ml da solução, sendo representada por % p/v. O valor da porcentagem indica a massa do soluto em gramas na solução. Ex: 0,8% p/v significa 0,8g de soluto em cada 100ml de solução. m1 = massa do soluto em gramas V = volume da solução em mililitros % p/v = m1 x 100 V 23/04/2012 16 EXEMPLOS 1. Qual a massa de soluto presente em 10ml de uma solução a 30% p/v? 2. Que volume de uma solução a 25% p/v pode se preparar com 400g de soluto? MODO DE EXPRESSAR A CONCENTRAÇÃO DE UMA SOLUÇÃO c) Porcentagem peso por peso e Titulo em massa (T) O Titulo é a relação entre as massas do soluto (m1) e da solução (m = m1 + m2) em gramas. A porcentagem em p/p é a concentração que indica a massa do Soluto em gramas contida em 100g de solução % p/p = m1 x 100 m T = m1 m % p/p = Porcentagem peso por peso m1 = massa do soluto m = massa da solução que é igual a m1 (massa do soluto) + m2 (massa do solvente) T = Título da solução 23/04/2012 17 EXEMPLOS a) Qual o Titulo de uma solução aquosa contendo 10g de H2SO4 e 390g de água? b) Calcule a %p/p de uma solução cujo título é 0,030. É a relação entre os volumes do soluto (v1) e o volume da solução (v). As bebidas destiladas exibem este tipo de concentração para graduar o teor alcoólico. Teor alcoólico da cerveja Skol é 4,5% de álcool numa garrafa de 600ml. O que significa isso? d) Porcentagem volume por volume e Título em volume MODO DE EXPRESSAR A CONCENTRAÇÃO DE UMA SOLUÇÃO % v/v = v1 x 100 v T = v1 v 23/04/2012 18 f) Molaridade É a relação entre o numero de moles do soluto (n1) e o volume da solução (V) em litros. O Numero de moles (n1) é dado pela massa do soluto (m1) em gramas dividido pelo peso molecular do soluto (PM1). MODO DE EXPRESSAR A CONCENTRAÇÃO DE UMA SOLUÇÃO M = n1 V Onde n1 é igual a n1 = m1 PM1 EXEMPLOS Um litro de solução aquosa de HNO3 contem 0,2 mol deste soluto. Qual a molaridade da solução? Quantos litros de solução de cloreto de sódio a 0,2M podem ser preparados a partir de 468g de cloreto de sódio? Qual a quantidade de soluto, em gramas, presente em 100mL de uma solução 1M de HCl? 23/04/2012 19 g) Normalidade “É a relação entre o número de equivalentes-gramas do soluto e o volume da solução em litros.” A normalidade é simbolizada por N.o número de equivalentes-gramas de uma substância é determinado como a relação entre a massa e o equivalente-grama dessa substância. MODO DE EXPRESSAR A CONCENTRAÇÃO DE UMA SOLUÇÃO neq = m Eq Como calcular o numero do equivalente-grama: Sendo que o Equivalente-grama de um soluto é: Eq1 = PM x O valor de x depende do tipo da substância: - Ácidos: é o número de H ácidos que possuem - Bases: é o número de grupos OH que contém - Sais: é o número de oxidação (nox) Exemplo: Dissolve-se 0,98g de ácido sulfúrico em água até completar 2,0l. Qual a normalidade solução resultante? 23/04/2012 20 h) Partes por milhão (ppm) É uma unidade conveniente para expressar a concentração de substâncias extremamente diluídas, como por exemplo, os contaminantes do ar. É a relação entre a massa de soluto e a massa da solução em gramas, multiplicada por 1.000.000 (106), ou seja: MODO DE EXPRESSAR A CONCENTRAÇÃO DE UMA SOLUÇÃO Onde m1 representa a massa do soluto em gramas e m a massa da solução. ppm = m1 x 106 m Em uma lata de 500 g de atum, informa-se que há mercúrio na concentração de 0,5 ppm. Nessa lata, a massa de mercúrio será de quanto? Uma lata de 250 g de sardinha tem concentração de 0,52 ppm em mercúrio. Quantos gramas de Hg há nessa lata? EXEMPLOS 23/04/2012 21 DILUIÇÃO DE UMA SOLUÇÃO Uma solução pode ser preparada adicionando-se solvente a uma solução inicialmente mais concentrada. Este processo é denominado diluição. A adição de mais solvente provoca aumento na massa da solução; A quantidade de soluto, porém, permanece constante. DILUIÇÃO DE UMA SOLUÇÃO Podemos ter as seguintes relações entre a solução inicial e a final: Exemplo: Tem-se 500ml de uma solução 1M. Qual o volume necessário para transformá-la numa solução 0,250M? 23/04/2012 22 CONCENTRAÇÃO EM GRAUS GL GL, corresponde à graus Gay Lussac, que é um sistema de volume relacionado à temperatura e pressão (devido à lei de comportamento dos Gases segundo Louis Joseph Gay- Lussac, físico e químico francês, que diz um gás se expande proporcionalmente a sua temperatura absoluta se for mantida constante a pressão.) Um grau Gay-Lussac corresponde a um litro de álcool etílico (etanol) em cada cem da substância considerada. Por exemplo, uma bebida alcoólica (cachaça) de 42° GL, em cada cem litros, tem 42 litros de álcool etílico. O Álcool comercial com teor 92.8º GL, informa que em cada 100 litros de solução 92.8 são de etanol. A diluição pode ser feita pela formula C1V1 = C2V2 Mistura de soluções sem reação química a) Mesmo soluto e solvente Solução A + Solução B Solução final 23/04/2012 23 b) Mesmo solvente com solutos diferentes Mistura de soluções sem reação química Pode se calcular a Molaridade individual: VFMF = V1M1 + V2M2 MF = V1M1 + V2M2 VF Mistura de soluções com reação química Titulometria, reações ácido-base, com a ajuda de indicadores, etc... 23/04/2012 24 PROXIMA AULA – 08/03 Propriedades coligativas das soluções PRESSÃO MÁXIMA DE VAPOR TEMPERATURA DE EBULIÇÃO DE UM LÍQUIDO TONOSCOPIA EBULIOSCOPIA E CRIOSCOPIA OSMOSE E PRESSÃO OSMÓTICA “A sorte favorece a mente bem preparada” (Louis Pasteur)
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