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Soluções Universidade Federal de Campina Grande Centro de Ciências e Tecnologia Agroalimentar Profª Roberlúcia A. Candeia Disciplina: Química Geral Misturas Heterogênea Suspensão Diâmetro superior a 10-4cm Dispersão Coloidais Diâmetro entre 10-7 e 10-4 cm Homogênea Soluções Diâmetro inferior a 10-7cm Solvente (ou dispersante): componente presente em maior quantidade. Soluto (ou disperso): componente presente em menor quantidade, e que são dissolvidos no solvente. a) Solução Sólida: Classificação das Soluções b) Solução Gasosa: ar atmosférico, cujos componentes principais são: N2 (78%), O2, Ar e CO2. c) Solução líquida: gás-líquido (água mineral com gás, refrigerantes, cervejas, etc.), líquido-líquido (água oxigenada, álcool hidratado) e sólido–líquido (soro fisiológico – NaCl + água; álcool iodado; etc). Liga Soluto Solvente Bronze Sn Cu Amálgama dental Hg Ag Ouro 18 quilates 750 (75%) Ag, Cu Au I. Quanto à fase de agregação: a) Solução eletrolítica: também chamadas de soluções iônicas, nessas soluções as partículas do soluto são íons. Essas soluções conduzem corrente elétrica. b) Solução não eletrolítica: também chamadas de soluções moleculares, pois as partículas do soluto são moléculas neutras. Essas soluções não conduzem corrente elétrica. II. Quanto à Condução de Corrente Elétrica: )()( 2 )( aqaq OH s ClNaNaCl )(112212 2 )(112212 aq OH s OHCOHC a) Solução diluída: quando a concentração do soluto é considerada pequena. Admite-se, geralmente, que soluções de concentração até 0,1 mol/L são diluídas. b) Solução concentrada: concentração do soluto é considerada elevada, geralmente, superior a 0,1 mol/L. III. Quanto à Concentração do soluto na solução IV. Quanto ao Coeficiente de Solubilidade Coeficiente de Solubilidade representa a maior massa que pode ser dissolvida em certa quantidade padrão de um solvente, em determinada temperatura. Ex.: NaCl = 35,7 g/100 g de H2O à 0ºC. a) Solução insaturada: quantidade de soluto dissolvido é inferior ao coeficiente de solubilidade. Ex.: NaCl = 3 g/100 g de H2O à 0ºC. b) Solução saturada: quantidade de soluto dissolvido é igual ao coeficiente de solubilidade. Ex.: NaCl = 35,7 g/100 g de H2O à 0ºC. c) Solução supersaturada: quantidade de soluto dissolvido é superior ao coeficiente de solubilidade. Ex.: NaCl = 36 g/100 g de H2O à 0ºC. Solução supersaturada Solução supersaturada de acetato de sódio Solução supersaturada de CO2 e água. Interações soluto-solvente: • Polaridades dos soluto-solvente; Líquidos miscíveis: misturam-se em quaisquer proporções; Líquidos imiscíveis: não se misturam; • As forças intermoleculares; Ex: água e etanol são miscíveis, porque as ligações de hidrogênio rompidas em ambos os líquidos são reestabelecidas na mistura; Fatores que afetam a solubilidade • O número de átomos de carbono: quanto mais átomos de carbonos, menos solúvel em água. Lei de Henry: a solubilidade de um gás em um líquido é diretamente proporcional à pressão do gás sobre o líquido. Matematicamente, • Influência da Pressão kPC - C : concentração de gás dissolvido; - k : constante de proporcionalidade; - P : pressão exercida sobre o sistema. A solubilidade de um gás em um líquido é inversamente proporcional à temperatura, isto é quanto maior a temperatura, menor a solubilidade do gás. • Influência da Temperatura Curva de Solubilidade Substâncias que liberam calor tendem a ser menos solúvel, enquanto que substâncias que absorve calor, tendem a ser mais solúvel a quente. Aumentando a temperatura, o líquido tende a expulsar o gás. Logo a solubilidade diminui. Aumentando a pressão sobre o gás, este se solubilizará no líquido. Logo, a solubilidade aumenta com a pressão. Análise da Curva de solubilidade: A) Quais as substâncias que sofrem dissociação endotérmica ao entrar em contato com a água? E quais a(s) exotérmica(s)? B) Dentre as substâncias que sofrem dissociação endotérmica, qual possui a maior e a menor massa dissolvida em 100g de água nos seguintes intervalos de temperatura: de 0ºC a 10ºC e de 50ºC a 60ºC? C) Qual a máxima quantidade de Ce2(SO4)3 que conseguimos dissolver em 100 g de H2O a 20 ºC? D) Considerando apenas as substâncias KCl e NaCl, qual delas é a mais solúvel em água ? E) Qual é a massa de KNO3 que satura 500 g de água a 30 ºC? Indique a massa da solução obtida (massa do soluto + massa do solvente). Consiste na relação estabelecida entre a quantidade do soluto e do solvente (ou da solução). Concentração das Soluções Aplicação: • Teor alcoólico nas bebidas (vinho 12%, cervejas 4,3% etc.), Bafômetro 0,05 mg.L-1 de álcool no ar; • Concentração normal de glicose no sangue (75 a 110 mL – valores acima indica diabetes); • Nos medicamento apresentam a concentração de determinada substância química; •Poluentes atmosféricos dentre outros. • Como preparar soluções - Determinar a massa do soluto a ser dissolvida; - Estabelecer a quantidade do volume final da solução; Dependendo da utilização da solução as mesmas devem ser consideradas segundo duas características básicas: a) soluções padrão: usadas para fins analíticos contendo uma quantidade exatamente conhecida de um reagente qualquer, na unidade de volume. Essa concentração é expressa com exatidão (quatro decimais) Ex.: 0,1538 g/L (massa/volume) 0,8543 mol/L (número de mols/volume) b) soluções não padronizadas: usadas para fins não analíticos sendo sua concentração aproximada. Não é requerida a mesma exatidão, com relação às soluções padronizadas (um ou dois decimais) Ex.: 0,5 g/L (massa/volume) 1,0 mol/L (número de mols/volume) Padrões primários: a) a substância deve ser de fácil obtenção, purificação, dessecação e conservação; b) não pode ser volátil; c) as impurezas devem ser facilmente identificáveis com ensaios qualitativos de sensibilidade conhecida; d) a substância não deve ser higroscópica (absorver umidade do ambiente) ou eflorescente; e) deve ser bastante solúvel. Ex: Carbonato de cálcio; Tetraborato de sódio; Ácido benzóico; Nitrato de Prata; Cloreto de sódio (após dessecação a peso constante); Tiocianato de potássio; Ácido oxálico; Oxalato de sódio e; Dicromato de potássio. Tipos de Concentrações de soluções a) Concentração comum (C): é a relação entre a massa do soluto e o volume da solução. Matematicamente, Exemplo, Qual a concentração, em g/L, de uma solução de NaOH, a qual foi utilizada 4g de NaOH, dissolvida a um volume de 500 mL? Dado: mLV gm 500 41 Lg L g C /8 5,0 4 Densidade da Solução: É a relação entre a massa (m) e o volume (V) da solução. Matematicamente, Exemplo, Qual a densidade da solução anterior, em g/L, considerando que teve 4g de NaOH, dissolvida a um volume de 1 litro? Dado: LV gm gm 0,1 1000 4 2 1 121 ./1004 1 10004 LgouLg V mm d Aplicação: Avaliar a qualidade da gasolina (0,700 a 0,750 g/mL) Densímetro Avaliar a qualidade do leite (1,028 a 1,033 g/mL) Em que: τ = Título em massa m1 = massa do soluto m2 = massa do solvente m = massa da solução. b) Título ou fração em massa (τ): é a relação entre a massa do soluto e a massa total da solução (soluto+solvente). Matematicamente, 100.% 21 11 mm m ou m m Exemplo - O rótulo de um soro fisiológico nos indica que a porcentagem em massaé 0,9%, ou seja, que existem 0,9 g de soluto (NaCl) em cada 100 g de solução: %9,0009,0 100 9,01 m m Em massa de NaCl na solução. %1000 % c) Relação entre a Concentração e o Título da solução: m m M m m m C V m C solução soluto solução soluto 1 1 solução solução V mC m m V m C 1 1 dCoud C V mC solução solução Densidade da solução Importante: quando o título for em volume, corresponde a percentagem volumétrica da solução. Ocorre em solução líquido-líquido. Exemplo, O álcool comum apresenta uma porcentagem em volume de 96%, o que quer dizer que existem 96 mL de álcool (etanol) em 100 mL de solução. No álcool comum e nas bebidas alcoólicas, esta relação é indicada em ºGL (Gay-Lussac). d) Concentração Molar ou Molaridade (M): Definição: É a quantidade, em mols, do soluto existente em 1 litro de solução. Matematicamente, tem-se que: 11 . )( Lmols LV n soluçãodaVolume solutodomolsden Moum Essa concentração também é chamada de molar ou quantidade de matéria. m )( 1 LV n Eq (1) 1 1 1 M m MolarMassa solutodomassa n Substituindo a Equação (2) na Equação (1), tem-se que )(1 1 1 1 1 LVM m L M m V n m Eq (2) m )(1 1 LVM m Em que: m é a molaridade (mol.L-1) m1 é a massa do soluto (g) M1 é a massa molar do soluto (g/mol) V é o volume da solução (L) Exemplos 1. Em um recipiente, foram dissolvidos 20 mol de NaOH em água suficiente para 1 litro de solução. Qual a sua concentração molar? 1 litro de solução Dados: n1 = 20 mol 1.20 )(1 )(201 Lmol L mol V nm 2. São dissolvidos 19,6 g de H2SO4 em água suficiente para 800 cm³ de solução. Qual a sua concentração molar dessa solução? m Dados: m1 = 19,6 g V = 800 cm³ 0,8 L m )(1 1 LVM m M1 =98 g. mol -1 1.25,0 )(8,0).(98 6,19 Lmol Lmolg g e) Relação entre a Concentração Comum e a Molaridade Concentração: Molaridade: )( )(1 soluçãodavolume solutodomassa V m C VM m m V n m 1 11 Relacionando estas duas expressões, dividindo C/m, tem-se: 1 1 1 1 M m C VM m V m m C A concentração de uma solução é igual à sua molaridade vezes a massa molar do soluto Exemplos 1. Em um recipiente, tem-se 400 mL de uma solução 0,15 M de NaOH. Determine a massa de NaOH nessa solução e a concentração em g/L. Dados: M = 0,15 molar (mol.L-1) V=400 mL = 0,4 L M1 = 40 g/mol gm x m 4,2 4,040 15,0 1 1 m )(1 1 LVM m mxMC 1 1.615,040 LgxC Caso Particular da Molaridade dos Íons • Este caso, é estabelecido para substâncias iônica, quando a solução aquosa contiver os íons da substância em questão. Exemplo 1: Numa solução com 350 mL contêm 5g de cloreto de cálcio (CaCl2), totalmente dissociado. Calcule a molaridade do cloreto de cálcio e dos íons cloreto e cálcio, em mols por litro. (Massa atômica: Ca=40;Cl=35,5) Dados: V = 350 mL= 0,35 L m=5g MCaCl2 = 111 g/mol 1.13,01287,0 35,0111 5 2 2 Lmol xxVM m molaridade CaCl CaCl molmolmol ClCaCaCl 211 222 0,13 mol.L-1 0,13 mol.L-1 0,26 mol.L-1 Exemplo 2: A concentração de íons fluoreto em uma água de uso domestico é de 4,5.10-5 mol. L-1 (massa molar do fluoreto: 19 g/mol). Uma pessoa toma 2,0 L dessa água por dia, qual é, ao fim de um dia, a massa de fluoreto (em miligramas), que essa pessoa ingere? Dados: m ou M = 4,5 10-5mol. L-1 V=2L M = 19 g/mol mgg gxxmassa VxM m molaridade 71,110.71,1 10.71,121910.5,4 3 35 Exemplo 3: Uma solução aquosa de fosfato de magnésio (Mg3(PO4)2), contêm 20g a um volume de 750 mL. Calcule a molaridade do fosfato de magnésio e dos íons Mg 2+ e (PO4)3- ?(massa atômica: Mg=24 ;P=31 ;O=16) Dados: V = 750 mL= 0,75 L m=20g MMg3(PO4)2)= 262 g/mol 1 )( .102,0 75,0262 20 2)4(3 243 Lmol xxVM m molaridade POMg POMg molmolmol 231 2POMg3)(POMg 3 4 2 243 0,102 mol.L-1 0,306 mol.L-1 0,204 mol.L-1 f) Fração em mols ou Fração molar (X) Em uma solução considera-se duas frações molares: a) Fração molar do soluto (x1): Consiste na razão entre o número de mols do soluto e o numero total de mols na solução (soluto+solvente). Matematicamente, 21 1 1 nn n x Em que: x1 é a fração em mols do soluto n1 é o número em mols do soluto n2 é o número em mols do solvente b) Fração molar do solvente (x2): Consiste na razão entre o número de mols do solvente e o numero total de mols na solução (soluto+solvente). Matematicamente, 21 2 2 nn n x Para qualquer solução, a soma das frações molares é sempre igual a 1: Matematicamente, 121 xx Exemplos 1. Uma solução contém 5 mols de moléculas de soluto dissolvidos em 20 mols de moléculas de solventes. Determine as frações molares do solvente e do soluto. Dados: n1 = 5 mols n2 = 20 mols 21 1 1 nn n x 2,0 205 5 1 x 21 2 2 nn n x 8,0 205 20 2 x Fração molar do soluto Fração molar do solvente 2. Foram dissolvidos 12,6 g de HNO3 em 23,4 g de água. Calcule as frações molares do soluto e do solvente dessa solução. Dados: HNO3 é o soluto: n1 = 12,6=0,2 mol 63 13,0 3,12,0 2,0 1 x 21 2 2 nn n x 87,0 3,12,0 3,1 2 x H2O é o solvente: n2 = 23,4=1,3 mol 18 21 1 1 nn n x g) Concentração molal ou molalidade (W) Definição: É a quantidade, em mols, de soluto existente em 1 Kilograma de solvente. Matematicamente, Importante: Esta concentração relaciona a quantidade do soluto com a quantidade do solvente (apenas solvente!!!). E não com a quantidade da solução. 1222 111 1000 )( 1000 )( )( Mm m W gm n Wou Kgm moln W Em que: W é a molalidade (mol.Kg-1 ou molal) n1 é o numero de mols do soluto m2 é a massa do solvente (Kg) Atenção!!! Diferença entre Molaridade e Molalidade é a... Concentração da quantidade de matéria, isto é, a molaridade expressa o volume enquanto que a molalidade expressa a massa. Exemplo 1: Qual a molalidade numa solução que contém 55,2 g de ácido sulfúrico, dissolvidos em 200 g de água? (massa atômica: H=1;S=32;O=16) Dados: m = 55,2 g m2=200g MassaH2SO4=98 g.mol-1 Kgmol x x W xMm m Kgm moln W /8,2 20098 2,551000 1000 )( )( 12 1 2 1 Exemplo 2: Uma solução contêm 87g de glicerina (C3H8O3) em 550g de água, e apresenta densidade igual a 1,044 g/cm³. (massa atômica: H=1;C=12;O=16). Calcule: a) molalidade da solução b) molaridade da solução. Dados: mC3H8O3 = 87 g mágua = 550 g d C3H8O3=1,044 g/cm³ MassaC3H8O3=92 g.mol-1 Massa total da solução = 87 g + 550 g=637 g Volume da solução: mL d m V 15,610 044,1 637 Kgmoloumolal x x Mm m W /72,1 92550 8710001000 12 1 Lmoloumolar xVM m m /55,1 6102,092 87 1 1 1cm³equivale 1mL h) Concentração em massa, em partes por milhão (ppm) e em partes por bilhão (ppb) • Estas concentrações são utilizadas em soluções muito diluídas, apresentando uma quantidade de soluto extremamente dissolvido numa quantidade muito grandede solvente (ou da solução). Ex: Avaliar a poluição dos detritos domésticos e industriais, aplicação de produtos agrícolas, e outros. 100% x soluçãodamassa soluçãonacomponentedomassa componentedomassa Por exemplo, uma solução de HCl a 36% em massa contém 36g de HCl para cada 100g de solução. 610 )( )( x gsoluçãodatotalmassa gsolutodomassa ppm As concentrações em massa de um componente em uma solução, é dado por: • Para expressar a concentração de solução extremamente diluída, faz uso da concentração de partes por milhão (ppm) : Por exemplo, uma solução 5 ppm apresenta 5g de soluto em 1 milhão de grama de solução. 910 )( )( gsoluçãodatotalmassa gsolutodomassa ppb Por exemplo, uma solução 5 ppb apresenta 5g de soluto em 1 bilhão de grama de solução. Para soluções que sejam ainda mais diluídas, usa-se parte por bilhão (ppb), expressar como: Exemplo 1: Uma solução é preparada dissolvendo-se 13,5 g de glicose (C6H12O6) em 100 g de água. Qual é a percentagem em massa de soluto nessa solução? %9,11100 1005,13 5,13 cos% 100 cos cos% x gg g eglidamassa x soluçãodamassa eglidamassa eglidamassa Exemplo 2: Uma amostra de 2,5g água de um poço artesiano, apresentou 5,4 µg de Zn2+. Qual é a concentração de Zn2+em partes por milhão? ppmx g gx ppm x gsoluçãodatotalmassa gsolutodomassa ppm 2,210 5,2 104,5 10 )( )( 6 6 6 Exemplo 3: A água potável não pode conter mais do que 5,0 . 10 -4 mg de mercúrio (Hg) por grama de água. Para evitar inconveniente os químicos utilizam a concentração em ppm. Calcule a quantidade máxima permitida de mercúrio na água potável correspondente. ppm x Kgemsolventedomassa mgemsolutodomassa ppm 5,0 10 100,5 3 4 Exemplo 4: Uma amostra de 15 g de esgoto industrial apresentou 0,2 g de Chumbo. Qual é a concentração do chumbo em partes por milhão e bilhão? ppmxx g g ppm x gsoluçãodatotalmassa gChumbodomassa ppm 46 6 103,110 15 2,0 10 )( )( ppbx g g ppb gsoluçãodatotalmassa gChumbodomassa ppb 79 9 1033,110 15 2,0 10 )( )( Diluição das Soluções • Consiste em adicionar a uma solução, uma porção do próprio solvente puro. • Esta ação pode ser observada em: produtos de limpeza, sucos, café, produtos agrícolas, remédios e outros. '' ' ': : VCm V m CFinalNo CVm V m CInícioNo f f i i ''VCCV mm fi Atenção!! Quando o volume aumenta a concentração diminui. Analogamente, para as demais concentrações (molaridade, molalidade, e outras. Concentrando uma solução • Esta operação é a inversa da diluição, ou seja, concentrar uma solução significar adicionar soluto ou retirar o solvente da solução. Tal procedimento pode ser efetuado pelo aquecimento da solução. Ex: Nas salinas, o sol e o vento fazem evaporar a água do mar com o intuito de cristalizar o sal comum. '' '' '' VWWV VmmV VCCV Atenção!! Este procedimento no laboratório só é eficiente quando o soluto não é volátil. Procedimento para a diluição comum realizado em laboratório: Exemplo 1: Diluindo 350 L de solução a 10 molar de cloreto de sódio a 500L, qual será a molaridade final?? 1.7 500 35010 Lmol x m VmVm f ffii Exemplo 2. Uma solução contendo 5 L de NaCl 1 mol.L-1 é diluída com água suficiente para atingir o volume de 500L. Qual a concentração dessa nova solução? 1.01,0 500 51 Lmol x m VmVm f ffii Exemplo 3: Pipetou-se 10 mL de uma solução aquosa de NaOH de concentração 1,0 mol. L-1 . Em seguida, adicionou-se água suficiente para atingir o volume final de 500mL. Calcule a concentração da solução resultante, em mol.L-1 ? 1.02,0 5,0 01,01 Lmol x m VmVm f ffii Uma solução pode ser preparada apartir da mistura de outras soluções. Exemplo: sucos de abacaxi c/ hortelã e água potável; café c/ leite), tintas de cores diferentes, afim de obter novas tonalidades) e nos laboratório (misturando duas ou mais soluções). Durante o processo de misturas de soluções, podem ocorre ou não interferência entre o soluto e solvente, formando outro produto. As misturas podem ser: • De duas soluções de um mesmo soluto; • De duas soluções cujos solutos sejam diferente e que não reagem entre si; • De duas soluções de solutos diferentes e que reagem entre si. Misturas de Soluções • O volume da solução é igual à soma dos volumes das soluções A e B. Logo, V = 100 + 200 = 300 mL de solução Considere duas soluções: 1 1 .50 3,0 15 .50 1000 15300 Lg V m Cou LgC CsoluçãodamL NaCldegsoluçãodamL Misturas de duas Soluções de um Mesmo Soluto Na solução final (A+B): • A massa do soluto é igual à soma das massas do soluto A e B. Logo, m = 7 + 8 = 15 g de NaCl De acordo com estes valores, a concentração da solução final (A+B) é: Atenção: a concentração final terá sempre o valor entre o intervalo da CA e CB, ou seja, 70g.L-1>50g.L-1>40g.L-1. VCm VCm VCm BBB AAA Este problema também pode ser resolvido pela concentração final da média ponderada das concentrações iniciais. Ou seja, Massa do soluto na solução A: Massa do soluto na solução B: Massa do soluto na solução final: Como a massa do soluto se somam (m=mA+mB), tem-se que: 1.50 2,01,0 2,0401,070 Lg xx VV VCVC C BA BBAA Sendo assim, aplicando a fórmula ao problema, tem-se: BA BBAA BBAA BBAA VV VCVC C V VCVC CVCVCCV Exemplo, 200 mL de ácido clorídrico, cuja concentração é desconhecida, foi misturado à uma solução contendo 500mL de acido clorídrico a 5 M, perfazendo uma solução de concentração molar de 6 M. Qual a Molaridade do ácido inicial? Dados: Volume de HCl na solução A: 200mL e a Molaridade: ?? Volume do HCL na solução B:500mL Molaridade da solução B: 5M Somando as massas, tem-se: Molar xx VV VV A A BA BBAA 5,8m 5,02,0 5,052,0m 6 mm m= 2. Qual é o volume de uma solução de NaOH 1,5 M que deve ser misturado a 300mL de uma solução 2 M da mesma base, a fim de torná-la solução de 1,8 M? Dados: Volume de NaOH na solução A: ?? e a Molaridade: 1,5 M Volume de NaOH na solução B: 300 mL e a Molaridade : 2 M Molaridade da solução resultante: 1,8 M mLV xxVVx VVVVm VVVm A AA BBAABAr BBAArr 200 3,0 60 30025,1)300(8,1 mm)( mm • Nesta mistura tem-se que: os solutos são diferentes e não reagem entre si. Entretanto, os volumes da solução A e B se somam, resultando no volume da solução final; Misturas de duas Soluções de Solutos Diferentes que não reagem entre si • Neste caso, os problemas são solucionados independentemente como uma simples diluição. Pois, as quantidades dos solutos permanecem constantes, mas os volumes são dispersados em grande quantidade; • As concentrações finais dos dois solutos serão menores em relação as iniciais. Resolução: Para o NaCl: Lg x VV VC C VVVondeCVVC ba aa f bafffaa /3,23 3,0 1,070 )( Para o KCl: Lg x VV VC C VVVondeCVVC ba bb f bafffbb /6,26 3,0 2,040 )( Supondo que o problema peça as concentrações dos íons presentes na solução final: a) Para o NaCl: b) Para o KCl: molmolmol 3,233,233,23 1.3,23 3,0 1,070 )( Lmol x VV VC C VVVondeVCVC ba aa f bafffaa NaCl → Na+ + Cl- Lg x VV VC C VVVondeCVVC ba bb f bafffbb /6,26 3,0 2,040 )( KCl → K+ + Cl- molmolmol 6,266,266,26 Conseqüentemente, as molaridades em relação aos íons presentes na solução final serão: Para Na+: 23,3 mol; Para K+: 26,6 mol e Para Cl-: 23,3 + 26,6 =49,9 mol. Misturas de duas Soluções de Solutos Diferentes que reagem entre si Esta mistura ocorre quando as soluções apresenta: • Uma solução ácida com outra solução básica, resultando no sal e água; • Ou uma solução de um oxidante com outra solução redutora. A resolução para este problema, deve ser por intermédio do cálculo estequiométrico. Entretanto, quando os solutos reagem podem ocorrer duas situações: 1. Os dois solutos possuem a mesma quantidade para reagir (proporção estequiométrica), reagindo integralmente, não havendo sobras de reagentes; 2. Quando os solutos estão em quantidades diferentes, resultará em algum reagente em excesso, ou seja, sobrará o reagente que está em excesso. Quando os solutos estão em proporções estequiométrica iguais Exemplo 1: Uma mistura foi efetuada com 300 mL de HCl a 0,4M, e 200 mL de NaOH 0,6M. Pergunta-se: Qual serão as molaridades da solução final referente ao ácido, a base e ao sal formado? HCl + NaOH → NaCl + H2O • Para o HCl: Será que tem excesso de reagente?? Só saberemos no final do cálculo estequiométrico!!! HCldemolxmxVn V n m 12,03,04,0 • Para o NaOH: NaOHdemolxmxVn V n m 12,02,06,0 HCl + NaOH → NaCl + H2O molmolmol molmolmol 12,012,012,0 111 Conclui-se que: Tanto o HCl e NaOH possuem molaridade final igual a zero. Entretanto, o NaCl mostra formação de 0,12 mol desse sal dissolvido na solução final, cujo volume é: 300 mL + 200 mL = 500 mL. Portanto, a molaridade do NaCl é: 1.24,0 5,0 12,0 Lmol V n m Conhecendo os números de mol do soluto, o próximo passo é relacioná-los com a equação: molmol OHNaNaOH 12,012,0 1 Para provar que a solução final é neutra, determinar-se o cálculo: a) Número de mol de OH- proveniente do NaOH b) Número de mol de H+ proveniente do HCl molmol ClHHCl 12,012,0 1 Tendo em vista que, o número de mol de H+ é igual ao de OH-, a solução será neutra. Exemplo 2: Uma mistura foi efetuada com 0,5 L de H2SO4 a 0,1 M, e 0,5 L de NaOH 0,2 M. Pergunta-se: Qual serão as molaridades da solução final referente ao ácido, a base e ao sal formado? H2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O • Para o H2SO4 : 4205,05,01,0 SOHdemolxmxVn V n m • Para o NaOH: NaOHdemolxmxVn V n m 10,05,02,0 molmolmol molmolmol 05,010,005,0 121 Conclui-se que: Os reagentes estão presentes em quantidades estequiométricas. De modo que, a solução final será neutra, visto que, não ocorre excesso do ácido nem da base. Pois, consumiram-se todos, originando sal e água. Portanto, o numero de mols do Na2SO4 é igual a 0,05 mol, obedecendo a proporção estequiométrica, e na solução final permanece dissolvido totalmente. A concentração molar deste é: 1.05,0 1 05,0 Lmol V n m Conhecendo os números de mol do soluto, o próximo passo é relacioná-los com a equação: H2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O molmol OHNaNaOH 10,010,0 1 Para provar que a solução final é neutra, determinar-se o cálculo: a) Número de mol de OH- proveniente do NaOH b) Número de mol de H+ proveniente do H2SO4 molmol SOHSOH 10,005,0 21 2442 Tendo em vista que, o número de mol de H+ é igual ao de OH-, a solução será neutra. Quando os solutos estão em proporções estequiométrica diferentes Considere uma mistura das soluções de HCl e de NaOH a seguir: HCl: 0,1L e 0,3M; NaOH: 0,4L e 0,1M. Pergunta-se: Qual serão as molaridades da solução final referente ao ácido, a base e ao sal formado? HCl + NaOH → NaCl + H2O • Para o HCl: HCldemolxmxVn V n m 03,01,03,0 • Para o NaOH: NaOHdemolxmxVn V n m 04,04,01,0 molmolmol molmolmol 03,004,003,0 111 1.06,0 5,0 03,0 Lmol V n m Conhecendo os números de mol do soluto, o próximo passo é relacioná-los com a equação: HCl + NaOH → NaCl + H2O (excesso de 0,01mol) O número de mol do sal formado (NaCl) é igual a 0,03 mol, de acordo com a proporção estequiométrica, ele permanece dissolvido na solução final, cujo volume é 0,5L. A Molaridade deste sal é: Como existe excesso de 0,01 mol de NaOH, a solução final será básica. 1.02,0 5,0 01,0 Lmol V n m excesso Para calcular a concentração em mol/L do NaOH na solução final, deve-se proceder da seguinte maneira: •Análise Volumétrica (ou Volumetria, ou ainda, Titulação) A volumetria ou titulometria é um processo clássico na análise química quantitativa. Tendo em vista, que visa determinar a concentração de uma solução (ou a quantidade de um soluto existente na solução) desconhecida, pela medição do volume, através de uma reação com uma segunda solução cuja concentração é conhecida. • A técnica de titulação é muito usada em laboratório (reações ácido-base com ajuda de indicadores), assim como nas indústrias químicas, farmacêuticas, alimentícias, etc... Com o intuito de controlar a pureza das matérias-primas e dos produtos fabricados. Procedimento utilizado para se determinar a concentração de uma solução aquosa desconhecida: Suponha que se deseja saber qual a concentração de HCl. 1. Prepara-se uma solução aquosa de NaOH (base), com concentração conhecida. E a coloca numa bureta de 50mL, e então, está solução passa a ser chamada de solução titulante; 2. Em seguida, recolhe com o auxílio de uma pipeta volumétrica, uma alíquota da solução de HCl (solução-problema), cuja concentração é desconhecida e, a coloca no erlenmeyer de 250mL; 3. Adiciona duas gotas do indicador (que para esta reação é a fenolftaleína) na solução-problema de HCl; 4. Efetua o procedimento de titulação, adicionando alíquotas de NaOH na solução de HCl, lentamente, até ocorrer o ponto de viragem do indicador (ou ponto de equivalência da titulação), e fechar a torneira da bureta.Em seguida lê-se o volume gasto do NaOH. E faz-se os cálculos. Início Término Ponto de equivalência do indicador ou ponto de viragem: Início (Incolor) Quando se aproxima do ponto de viragem (traços de cor rosa claro) Ponto final (rosa) Ponto de equivalência é atingido quando: Logo, ao final da titulação, lê- se na bureta o volume gasto de NaOH. OHdemoldenHdemolden ºº Exemplo1: Deseja-se conhecer a molaridade de uma solução de hidróxido de sódio (NaOH), sabendo que 50mL dessa solução reagem completamente com 15mL de HCl 2M. 1º acha-se o nº de mol do HCl (solução titulante que estava na bureta): HCldemolxmxVn V n m 03,0015,02 2º Escreve a reação deste problema, e representa as suas proporções: HCl + NaOH → NaCl + H2O Xmol molmolmol 03,0 111 molX 03,0 3º Este 0,03mol de NaOH está presente em 50mL da solução. Logo, aplicando na formula de molaridade para o NaOH, têm-se: NaOHdemolm 6,0 05,0 03,0 Exemplo 2: Deseja-se conhecer a pureza de 1,24g de ferro impuro que foi dissolvido em 20mL de HCl a 3M, produzindo cloreto ferroso e hidrogênio. Após essa reação, o excesso de HCl foi neutralizado por 10mL de NaOH a 2 M. 1º acha-se o nº de mol do NaOH (solução titulante que estava na bureta): NaOHdemolxmxVn V n m 02,001,02 2ºEscrever a reação deste problema, e representa as suas proporções: Fe + 2HCl → FeCl2 +H2 Excesso de HCl + NaOH → NaCl + H2O molX molmolmol 02,0 111 excessoemHCldemolX 02,0 A quantidade de HCl no início, em nº de mol: HCldemolxmxVn V n m 06,002,03 A quantidade de HCl que realmente reagiu com o ferro: moln 04,002,006,0 Fe + 2HCl → FeCl2 +H2 1mol 2mol X 0,04mol → X = 0,02mol Quantidade de ferro em gramas: 1,24g de Fe impuro 100% 1,116g Fe puro Pureza Pureza= 90% 1mol de Ferro 55,8g 0,02mol Y → Y = 1,116g de ferro puro Sendo que em 1,24g de ferro impuro, da amostra inicial têm-se: 75 Propriedades Coligativas: são propriedades de uma solução que dependem da concentração de partículas do soluto e não da sua natureza. Ou seja, depende da quantidade de partículas presente do soluto não volátil presente na solução, mas não depende da natureza dessas partículas. Tais propriedades são classificadas em: • Tonoscopia ou tonometria; • Ebulioscopia ou ebuliometria; • Crioscopia ou criometria; • Osmometria. 1. Tonoscopia ou Tonometria (∆P): Consiste no estudo da diminuição da pressão máxima de vapor de um solvente, provocada pela adição de um soluto não volátil. Solutos não voláteis podem ser: moleculares e iônicos 77 O abaixamento da pressão de vapor na solução se deve exclusivamente da quantidade de solvente na fase vapor, pois o soluto adicionado na solução não é volátil. Este abaixamento está relacionado mediante a expressão: ∆P=P2-P Em que: P2 é a pressão máxima de vapor do solvente puro P é a pressão máxima de vapor do solvente na solução. 78 Pressão Máxima de Vapor: Ex: Volatilidade = Equilíbrio Pressão máxima de vapor (P) é a pressão exercida pelo vapor quando existe um equilíbrio entre as fases líquida e vapor numa dada temperatura. Quanto mais fraca forem as ligações intermoleculares, mais fácil será a evaporação (volatilidade). Influência da Temperatura na Pressão Máxima de Vapor: Ex: A água em diferentes aquecimento de temperatura. • Á medida que aquecemos o líquido, a quantidade de vapor aumenta, acarretando um aumento na pressão de vapor. • A energia cinética das moléculas aumenta, favorecendo a passagem das moléculas do líquido para o estado vapor. Graficamente, têm-se: Lei de Raoult: estabelece que o abaixamento absoluto da pressão máxima de vapor da solução é igual ao produto da pressão de vapor do soluto e a fração molar do solvente . Matematicamente, Outra maneira de calcular o efeito tonoscópico, é relacioná-lo com a molalidade da solução. Matematicamente, tem-se: 1000 tan solventedomolecularmassa K aTonoscópicteConsKondeWK P P t tt solvente 0 SolventeSolutoSolução PXP Observações: • A lei de Raoult só é válida para soluções moleculares de soluto não volátil, cuja concentração seja inferior a 1 mol.L-1. • Em soluções diluídas, a molalidade pode ser considerada igual à molaridade. Logo, a lei de Raoult também pode ser expressa de tK P P 2 82 2. Ebulioscopia ou Ebuliometria (∆TE) : Consiste no estudo da elevação da temperatura de ebulição do solvente, provocada pela adição de um soluto não-volátil a este. Exemplo, Em padarias e bares, o café é mantido quente por banho-maria. O aumento da variação da temperatura de ebulição (∆tE) é justificada pela diminuição da pressão máxima de vapor, devido à presença de partículas do soluto. Logo, para ocorrer a ebulição da solução, é necessário que esta seja aquecida até que a pressão de vapor seja igual a pressão atmosférica. 84 3. Crioscopia ou Criometria (∆TC): Consiste no estudo da diminuição da temperatura de congelamento do solvente, provocada pela adição de um soluto não-volátil. Exemplo, Em lugares onde a neve é freqüente, é comum espalhar sais de sódio ou cálcio, sobre o gelo (que recobre as ruas e calçadas), a fim de provocar o processo de fusão desse, e assim, facilitar o fluxo dos transporte nas vias, e passagem dos pedestres. A adição do soluto não-volátil ao solvente provoca uma diminuição na temperatura de congelamento (∆tc) do solvente, o que é explicado pelo fato das partículas do soluto dificultarem à cristalização do solvente. 85 Ebulioscopia e a Crioscopia Graficamente, estes dois processos podem ser visualizados abaixo. Quanto maior for o nº de partículas do soluto não volátil na solução, maior a elevação do ponto de ebulição do solvente; Como também, maior será o abaixamento do ponto de fusão do solvente. WKTeWKT CCEE 87 4. Osmometria A osmose consiste no fenômeno da passagem do solvente de uma solução mais diluída, para uma solução mais concentrada, por meio de uma membrana semipermeável. Exemplo, A Membrana semipermeável pode ser membrana celulares ou celofane. Serve para permitir a passagem de moléculas do solvente, mas não do soluto (principalmente e estes tiverem tamanhos grandes, tal como, aminoácidos, lipídeos, etc...). 88 Pressão Osmótica (π) Consiste na pressão externa que deve ser aplicada a uma solução mais concentrada para evitar a sua diluição, por meio de membrana semipermeável. MRT MRTRT V n nRTV A pressão osmótica está relacionada com a molaridade da solução (M) e com a temperatura em Kelvin (T), da seguinte maneira: 89 A pressão osmótica normal do sangue é de aprox. 7,4 atm quando comparada da água pura. Os glóbulos vermelhos (hemácias) do sangue, assim como todas as células vivas do organismo, são afetados por diferenças de pressões, conforme ilustra a figura abaixo: Solução com pressão osmótica maior que a da célula (hipertônica). Solução com pressão osmótica igual à da célula (isotônica). Solução com pressão osmótica menor que a da célula (hiportônica). 90 A Osmose reversa consiste no procedimento contrário da osmose. possuem utilização nos dessalinizadores da água do mar. 91 Fator “i” de Van’t Hoff Consiste em um fator de correção para soluções iônicas, devido o fenômeno da dissociação ou ionização. Por sua vez, o numero de partículas presentes na solução (moléculas ou íons) é maior do que o numero de partículas dissolvidas, provocando um aumento no efeito coligativo. Esse fator é representado pela letra “i” e foi proposto por Van’t Hoff. Matematicamente, Ex: iWKt iWKt ix P P iMK P P CC EE t . . . . 1 2 2 molmolmol ClCaCaCl 211 222 3mol→i=3 partículas dissolvidas
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