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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 * * Cronograma da aula: Mistura homogênea e heterogênea Processo de dissolução Aspectos energéticos da dissolução Fatores que afetam a solubilidade Concentrações da solução Diluição * * 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. * * 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 * * 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 * * 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 * * 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 * * - 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 * * 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 * * 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 * * 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 * * 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 * * 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 * * * * 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 * * 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 * * 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 * * 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 * * 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 * * FATORES QUE AFETAM A SOLUBILIDADE 1. Interação soluto-solvente Diferentes solventes Soluções * * FATORES QUE AFETAM A SOLUBILIDADE 1. Interação soluto-solvente Diferentes solutos Soluções * * FATORES QUE AFETAM A SOLUBILIDADE 1. Interação soluto-solvente Mesmo grupo (-OH), com diferentes tamanhos da cadeia carbônica Soluções * * 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 * * 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. * * 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 * * 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 * * 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 * * 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 * * 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 * * 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 * * 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 * * 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 * * 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 * * 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 * * 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 * * 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 * * 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 * * 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 * * 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 * * 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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