Aula 04 Agronomia Química Geral e Analítica

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA
Campus de Monte Carmelo
Docente: Dr. Edmar Isaias de Melo 
Curso: Agronomia 
Disciplina: Química Geral e Analítica
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Cronograma da aula:
 Mistura homogênea e heterogênea
 Processo de dissolução
 Aspectos energéticos da dissolução
 Fatores que afetam a solubilidade
 Concentrações da solução
 Diluição
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MISTURAS
HETEROGÊNEAS
HOMOGÊNEAS
Não apresentam propriedades físico-químicas semelhantes ao longo de sua extensão. Composição diferente
Exemplo: Rochas, leite, sangue, etc.
Ex: Ar, Sal de cozinha em água, Ligas metálicas, etc.
Pedra de quartzo
SOLUÇÕES
Soluções
Apresentam propriedades físico-químicas semelhantes ao longo de sua extensão. Composição em relação as substâncias presentes é a mesmas em todo o material.
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SOLUÇÕES 
 Misturas homogêneas formada por duas ou mais substâncias, onde uma é denominada soluto (menor quantidade) e outra de solvente (maior quantidade).
 Ex: Solução de NaCl (soluto) “em” água (solvente). 
- Podem apresentar diferentes ´aspectos´ - sólido, líquido ou gasoso
- As soluções podem ter mais de um soluto
Soluções
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Eletronegatividade; polaridade de ligação; polariade de compostos; forças intermoleculares 
A extremidade positiva (ou polo) em uma ligação polar é representada por + e o polo negativo por -.
Características de Polaridade do soluto e solvente 
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O Processo de dissolução: 
Mecanismo de dissolução:
 Quando um sólido é adicionado em um solvente líquido, a estrutura do sólido se “desintegra” e fica rodeado por moléculas do solvente, dispersando-se.
Soluções
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O Processo de dissolução: 
Mecanismo de dissolução:
A facilidade com que esse processo ocorre depende da intensidade de 3 forças atrativas.
- Forças soluto-soluto.
 Forças solvente-solvente.
 Forças soluto-solvente.
Formação da solução :
Forças soluto-solvente > Forças solvente-solvente e soluto-soluto
Soluções
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- Todas as forças existentes dependem de como as moléculas interagem entre si (FORÇAS INTERMOLECULARES)
Dipolo induzido – Dipolo induzido (Forças de London) : ocorre entre moléculas apolares. Ex: H2, O2, N2, etc. São as interações entre as moléculas mais fracas.
Dipolo – dipolo : ocorre entre moléculas polares. Ex: HCl.
Ponte de hidrogênio ou ligação de hidrogênio : ocorre com moléculas muito polares (é um caso extremo da interação dipolo – dipolo). Ex: H2O. São as interações entre moléculas mais fortes existentes.
Mecanismo de dissolução:
Regra do SEMELHANTE DISSOLVE SEMELHANTE
Soluções
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SOLVENTES POLARES (m ≠ 0) 
O Processo de dissolução: 
 A água H2O, um solvente polar (m), solubiliza solutos moleculares como HCl, glicose e também solutos iônicos como NaCl. Todos com m ≠ 0.
 Nos casos de compostos iônicos, as interações entre soluto-solvente (íon-dipolo) são suficientemente fortes para fornecer energia necessária para superar as antigas interações (íon-íon presentes no soluto e pontes de hidrogênio presentes no solvente).
Soluções
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NaCl (soluto) dissolvendo-se em água (solvente):
as ligações de H da água têm que ser quebradas,
o NaCl se dissocia em Na+ e Cl-,
formam-se forças íon-dipolo: Na+ … -OH2 e Cl- … +H2O.
Dizemos que os íons são solvatados pela água.
Se água é o solvente, dizemos que os íons são hidratados. 
O processo de dissolução
Dissolvendo-se em água
Soluções
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Propriedades solventes da água
- Solubilizam compostos iônicos (fortes interações íon-dipolo). Possui uma constante dielétrica muito alta, logo é altamente polar.
- Solubilizam compostos não iônicos, porém polares como: açúcares, álcoois, ácidos carboxílicos através de interações de pontes de hidrogênio. ALGUNS CASOS OCORRE SOMENTE SOLVATAÇÃO E EM OUTROS OCORRE SOLVATAÇÃO SEGUIDA DE IONIZAÇÃO.
- Também dispersa ou solubiliza compostos tendo grupos polares e outros apolares como as moléculas anfipáticas (partes polares e apolares), como por exemplo biomoléculas, através de micelas.
Água não é um solvente universal
Soluções
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O processo de dissolução
CCl4, um solvente não polar dissolve solutos apolares tais como, I2 e S8.
 Em substâncias não polares, as únicas forças de atração são as fracas forças de London. Assim quando ocorre dissolução, as interações são facilmente substituídas. Quando moléculas do soluto interagem com as do solvente há uma mudança muito pequena para ambas.
Soluções
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Mecanismo de ação dos sabões e detergentes:
Estrutura da água (muito polar)
Estrutura da gordura (muito apolar)
R = 18 – 100 Carbonos
+
Sem interação (água polar e gordura apolar)
Soluções
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Aspectos energéticos da dissolução
Mudanças de energia e formação de solução: 
1. Há três fases de energia na formação de uma solução:
	- a separação das moléculas do soluto (H1),
	- a separação das moléculas do solvente (H2) e 	- a formação das interações soluto-solvente (H3).
2. Definimos a variação de entalpia no processo de dissolução como
Hdissol = H1 + H2 + H3
3. O Hdissol pode tanto ser positivo como negativo, dependendo das forças intermoleculares.
4. A quebra de forças intermoleculares é sempre endotérmica (DH1 e DH2 > 0).
A formação de forças intermoleculares atrativas é sempe exotérmica (DH3 < 0).
Soluções
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Logo, podemos ter tanto:
 H3 > (H1 + H2) 
ou 
H3 < (H1 + H2)
Por isso, quando dissolvemos certos compostos observamos um DHdissolução > 0 (endotérmico) e para outros compostos, observamos um DHdissolução < 0 (exotérmico).
 O NaOH adicionado à água tem Hdissol = -44,48 kJ/mol.
 O NH4NO3 adicionado à água tem Hdissol = + 26,4 kJ/mol.
Soluções
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SOLUBILIDADE
CONCEITO: Solubilidade ou coeficiente de solubilidade (C.S.) é a massa de soluto que pode ser dissolvida numa certa quantidade de solvente numa dada temperatura e pressão*, produzindo assim uma solução saturada. g do soluto / g de solvente. 
* Quando não são indicadas, considera-se a temperatura de 25°C e pressão de 1 atm.
A solubilidade de um composto depende de fatores como:
 Tipo de solvente em que o soluto está disperso (interações soluto-solvente);
 Quantidade de solvente.
 Temperatura e pressão.
OBS:
Dissolução: soluto + solvente  solução. 
X
Cristalização: solução  soluto + solvente.
Soluções
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 CS do NaCl a 0°C = 35,7 g / 100g de H2O
 CS do NaCl a 25°C = 42,0 g / 100g de H2O
 Saturada 
Saturada com corpo de fundo
 insaturada 
SOLUBILIDADE DE UMA SOLUÇÃO
Soluções
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SOLUÇÃO SUPERSATURADA
Supersaturada
 A concentração na solução final está acima do CS do NaCl a 0°C. É uma solução instável e rapidamente volta a ter o corpo de fundo.
Soluções
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FATORES QUE AFETAM A SOLUBILIDADE
1. Interação soluto-solvente
Diferentes solventes
Soluções
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FATORES QUE AFETAM A SOLUBILIDADE
1. Interação soluto-solvente
Diferentes solutos
Soluções
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FATORES QUE AFETAM A SOLUBILIDADE
1. Interação soluto-solvente
Mesmo grupo (-OH), com diferentes tamanhos da cadeia carbônica
Soluções
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2. Efeitos de temperatura
FATORES QUE AFETAM A SOLUBILIDADE
- A solubilidade de um soluto sólido em um líquido varia bastante com a 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).
Soluções
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2. Efeitos de temperatura
FATORES QUE AFETAM A SOLUBILIDADE
Curvas de solubilidade
SÓLIDOS
GASES
OBS: 	Pontos na curva de solubilidade estão saturadas. 
	Pontos acima da curva de solubilidade estão supersaturadas ou saturadas com corpo de fundo
	Pontos abaixo da curva de solubilidade estão insaturadas.
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Explicação do aumento ou diminuição da solubilidade com o aumento da temperatura
O Princípio de Lê Chatelier
Se o processo de dissolução for endotérmico, um equilíbrio de solubilidade pode ser escrito do seguinte modo:
Soluto + Solvente + calor  Solução		 (DHsol > 0)
Neste caso a solubilidade aumenta com a temperatura.
 Se o processo de dissolução for exotérmico, um equilíbrio de solubilidade pode ser escrito do seguinte modo:
Soluto + solvente  Solução + calor 	(DHsol. < 0)
Neste caso a solubilidade diminui com a temperatura.
Soluções
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Exercícios:
A 18°C a solubilidade de uma substância X é de 60g/100mL de água. Nessa temperatura 150g de X foram misturados em 200mL de água . O sistema obtido é:
 a) Heterogêneo com uma fase.
 b) Homogêneo com duas fases.
 c) Uma solução aquosa com corpo de fundo.
 d) Heterogêneo com três substâncias.
 e) Apenas uma solução aquosa.
Soluções
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2) 160g de uma solução saturada de sacarose (C12H22O11) a 30°C é resfriada a 0°C. Qual a massa de açúcar cristalizada?
 Dados:
Exercícios :
Soluções
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3. Efeitos da pressão
FATORES QUE AFETAM A SOLUBILIDADE
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.
Ex: Refrigerante quando é aberto (diminuição da pressão).
Soluções
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Concentrações das Soluções
	 		Expressam a relação 
As formas de expressão das concentrações incluem:
 - as que não utilizam volume de solução
 - as que utilizam volume de solução
Soluções
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 Concentrações que não envolvem volume de solução
Qde. de soluto / Qde. de solução ou solvente
Fração em massa ou título
Fração em mols ou 
Fração em quantidade de matéria
Conc. mol/kg
(Concentração molal ou molalidade)
% em massa ou %(m/m) = t x 100 
Soluções
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É importante mencionar que, além da % (m/m)
 ou % em massa (massa, em gramas, do soluto
 em 100 g de solução), outras porcentagens ou
 frações são possíveis, como:
 % (m/v): massa, em gramas, de soluto em 100
 mL de solução
 % em volume ou % (v/v): Vsoluto/Vsolução x 100 
Soluções
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Qde. de soluto / Qde. de solução
Conc. g/L
 Concentração em quantidade de matéria / L ou conc. mol / L
Concentração molar ou molaridade
 Concentrações que envolvem volume de solução
nsoluto = msoluto / MMsoluto Þ M = msoluto / (MMsoluto x V)
Soluções
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Diluição de Soluções
 Método experimental que consiste em diminuir a concentração de uma solução original pela introdução de mais solvente à mesma. 
	Em tal procedimento, a massa de soluto presente no meio permanece inalterada.
	Diz-se que uma solução é “mais diluída” quanto menor for a sua concentração.
Soluções
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Diluição de Soluções
V1 – volume da solução inicial V2 – volume da solução final
m1 – massa da solução inicial m2 – massa da solução final
 V2 = V1 + Vsolv. adicionado
Soluções
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Diluição de Soluções
Tem-se:	C1 = msoluto /V1 Þ msoluto = C1 V1
		C2 = msoluto /V2 Þ msoluto = C2 V2
Como msoluto é mantida durante a diluição, logo:
		 
De forma similar podemos obter:
		 	M: conc. mol/L
													t : fração em massa
C1 V1 = C2 V2
M1 V1 = M2 V2
t1 m1 = t 2 m2
Soluções
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Mistura de Soluções
 Podemos ter:
		- mistura de soluções com solutos iguais
		- mistura de soluções com solutos diferentes
			e que não reagem entre si
		- mistura de soluções com solutos diferentes
			e que reagem entre si (Titulação)
		
Soluções
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Mistura de Soluções c/ Solutos Iguais
 			1: solução inicial
			2: sol. a ser misturada a 1, de mesmo soluto
			3: solução resultante da mistura 1 + 2
		Como msoluto(3) = msoluto(1) + msoluto(2), logo:
			
		De forma similar obtemos:
C3V3 = C1V1 + C2V2
M3V3 = M1V1 + M2V2
t3m3 = t1m1 + t2m2
Soluções
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Mistura de Soluções c/ Solutos Iguais
 É importante observar que, o valor da concentração da solução final representa uma média ponderada das concentrações das soluções misturadas.
A concentração da solução resultante é, também, intermediária em relação aos valores das concentrações das soluções misturadas.
Soluções
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Mistura de Soluções - c/ Solutos
 diferentes que não reagem entre si
	 	Quando os solutos não reagem entre si,
		cada um deles acaba passando por um
		processo de diluição com a mistura das
		soluções.
	
Soluções
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Mistura de Soluções - c/ Solutos
 diferentes que não reagem entre si
	 Exemplo:
 Sol. 1 – 100 mL, c/ 5 g de NaCl – C1 = 50 g/L
 Sol. 2 – 100 mL, c/ 5 g de KCl – C2 = 50 g/L
 Com a mistura, tem-se 5 g de NaCl em 200 mL
 do meio e 5 g de KCl em 200 mL.
 Conc. para Na+ na solução final: 25 g/L 
 Conc. Para K+ na solução final: 25 g/L 
 Conc. Para Cl- na solução final: 50 g/L
Soluções
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