Relatório Solubilidade

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SOLUBILIDADE
INTRODUÇÃO
1.1 SOLUÇÕES [10]
Solução é qualquer mistura homogênea. A água que bebemos, os refrigerantes, os combustíveis, diversos produtos de limpeza são exemplos de soluções.
Seus componentes são chamado de soluto e solvente:
- Soluto é a substância dissolvida no solvente. Em geral, está em menor quantidade na solução.
- Solvente é a substância que dissolve o soluto.
De acordo com a quantidade de soluto dissolvido, podemos classificar as soluções:
- Soluções saturadas contem uma quantidade de soluto dissolvido igual à sua solubilidade naquela temperatura, isto é, excesso de soluto, em ralação ao valor do coeficiente de solubilidade, não se dissolve, e constituirá o corpo de fundo.
- Soluções insaturadas contêm uma quantidade de soluto dissolvido menor que a sua solubilidade naquela temperatura.
- Soluções supersaturadas contêm uma quantidade de soluto dissolvido maior que a sua solubilidade naquela temperatura.
- Soluções supersaturada com corpo de fundo é a parte de soluto que não se dissolve no solvente e fica no fundo do recipiente.
1.2 DISSOLUÇÕES [11]
- Dissolução endotérmica ocorre quando a energia absorvida para separar as partículas do soluto for maior que a energia liberada na sua solvatação. Neste caso, o meio externo sofrerá um resfriamento, pois perderá energia para o meio onde ocorre a dissolução.
- Dissolução exotérmica ocorre quando a energia absorvida para separar as partículas do soluto for menor que a energia liberada na sua solvatação. Neste caso acontece liberação de energia para o meio externo e este será aquecido.
 OBJETIVOS
Rever conceitos de soluções insaturadas, saturadas e supersaturadas; Construir a curva de solubilidade de um sal inorgânico.
MATERIAIS NECESSÁRIOS
- KNO3
- Água destilada
- Banho-maria
- Bastão de vidro
- Pipeta graduada de 2 ou 5 ml
- Tubos de ensaio balança semi-analítica
- Termômetro
PROCEDIMENTOS
Inicialmente, 5 tubos de ensaio foram numerados. Em seguida, diferentes massas de KNO3 foram pesadas em cada tubo, de acordo com a tabela 1. Após a pesagem, 4 ml de água destilada foram adicionados em cada tubo.
	Tabela 1: massa de KNO3 colocada em cada tubo.
	Tubo
	Massa de KNO3
	1
	2,020 g
	2
	2,259 g
	3
	2,510 g
	4
	2,749 g
	5
	2,996 g
Em seguida, cada tubo foi aquecido em um béquer com água destilada em um bico de bunsen até que toda a massa do sal fosse dissolvida. Após a dissolução, um termômetro foi colocado na água do béquer afim de entrar em equilíbrio térmico e, então, foi colocado dentro do tubo de ensaio, que saiu do aquecimento. Com o resfriamento natural do tubo, anotou-se a temperatura em que o sal começou a recristalizar. O mesmo procedimento foi realizado com cada tubo, e as temperaturas de recristalização para cada um deles está na tabela 2.
	Tabela 2: temperatura de recristalização para cada solução de sal.
	Tubo
	Temperatura de recristalização (oC)
	1
	46
	2
	63
	3
	73
	4
	89
	5
	91
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Primeiramente numeramos 5 tubos de ensaio e pesamos 2,02g de cloreto de amônio no tubo 1. Pipetamos 4,0mL de água destilada e adicionamos ao tubo de ensaio. Aquecemos cuidadosamente em banho-maria até que todo o sólido se dissolvesse, agitando a mistura com a ajuda de um bastão de vidro. Colocamos o termômetro no tubo, retiramos o tubo do banho-maria e deixamos esfriar normalmente acompanhando a temperatura no termômetro. Observamos que o sólido começou a cristalizar a 46 ºC. Após isso retiramos o termômetro do tubo, limpamos e deixamos o tubo na estante.
Repetimos sucessivamente toda a experiência para o restante dos tubos, utilizando 4,0 ml de água e as massas de: 2,259g; 2,510g; 2,749g e 2,996g de NH4Cl, respectivamente, para os tubos de número 2, 3, 4 e 5. Obtivemos os seguintes resultados, conforme a tabela abaixo:
	
	TUBO 1
	TUBO 2
	TUBO 3
	TUBO 4
	TUBO 5
	Massa de NH4Cl
	2,020g
	2,259g
	2,510g
	2,749g
	2,996g
	TEMPERATURA
	46ºC
	63ºC
	73ºC
	89ºC
	91ºC
Conforme os gráficos a seguir, analisamos e comparamos a solubilidade do NH4Cl:
O primeiro gráfico mostra a curva de solubilidade obtida no experimento realizado na aula – com 4,0 mL de H2O –, e o segundo gráfico foi retirado da literatura (utilizando-se 100 mL de H2O). Comparando os gráficos, podemos notar que as curvas são muito parecidas. As duas podem ser consideradas retas, pois mostram que a massa de NH4Cl que pode ser dissolvida aumenta gradativamente com o aumento da temperatura.
De acordo com a literatura: “O coeficiente de solubilidade é a máxima quantidade de soluto que se solubiliza em uma dada quantidade de solvente, a uma dada temperatura.” Essa tabela nos mostra a máxima quantidade possível de soluto que se pode dissolver, ou seja, o seu coeficiente de solubilidade, em 100 g de água, a cada uma dessas temperaturas. A 20ºC a quantidade máxima de NH4Cl que se dissolve em 100 g de água é 37,2 g, originando uma solução saturada (tubo 2). Mas se, por exemplo, adicionarmos 10 g desse sal em 100 g de água a 20ºC, teremos uma solução insaturada e poderemos dissolver ainda mais sal (tubo 1). Agora, se colocarmos mais de 37,2 g de sal nessas condições, o excesso de sal não se dissolverá e ficará depositado no fundo do recipiente, sendo chamado de corpo de fundo, corpo de chão ou precipitado. Teremos, nesse caso, uma solução saturada com corpo de fundo. Se quisermos somente a solução saturada, basta filtrá-la, separando o precipitado. [1]
No entanto, se colocarmos, por exemplo, 50 g de NH4Cl em 100 g de água e começarmos a aquecer o sistema, veremos que o sal que não tinha se dissolvido em 20ºC começará a dissolver-se. Isso acontece porque o coeficiente de solubilidade do NH4Cl em água aumenta com o aumento da temperatura. [1]
Dessa forma, o valor do coeficiente de solubilidade depende da temperatura. Em 40ºC, o coeficiente de solubilidade do NH4Cl é igual a 45,8 g em 100 g de água. Já, em 80ºC, esse coeficiente é de 65,6 g em 100 g de água. Na nossa experiência esses valores mudaram um pouco, por causa da quantidade de soluto e solvente que estavam em solução, em 46ºC, o coeficiente de solubilidade do NH4Cl é igual a 2,020g em 4ml de água. Já, em 91ºC, esse coeficiente é de 2,996 g em 4ml de água. [1]
 Digamos que uma solução preparada com 50 g de NH4Cl em 100 g de água foi aquecida até a temperatura de 60ºC, e todo o sal foi dissolvido. A solução foi então deixada em repouso até voltar para a temperatura de 20ºC. Como não mexemos nessa solução, ela ficou com os 50 g do sal dissolvido, quando, na verdade, deveriam ser somente 37,2 g nessa temperatura. Portanto, temos uma solução supersaturada. Isso ocorreu no tubo 4, porém, como esse tipo de solução é muito instável, qualquer perturbação pode fazer o excesso de sal dissolvido precipitar, formando uma solução saturada com corpo de fundo (como no tubo 5). [1] [2]
A maioria dos solutos que se dissolvem em água possui a variação do coeficiente de solubilidade igual ao do NH4Cl, isto é, aumenta com o aumento da temperatura. [1] [2]
 QUESTÕES:
1)	Definir solução insaturada, saturada e super-saturada.
Insaturada: A quantidade de soluto dissolvida no solvente é inferior ao coeficiente de solubilidade;
Saturada: A quantidade de soluto dissolvida no solvente é igual ao coeficiente de solubilidade;
Supersaturada: A quantidade de soluto dissolvida no solvente é superior ao coeficiente de solubilidade; [3]
2)	Por que a solubilidade da maioria das substâncias sólidas aumenta com a temperatura?
No estado sólido, a atração entre as moléculas do soluto é muito forte. À medida que a temperatura aumenta, a substância tende a entrar em processo de fusão, diminuindo a atração entre as suas moléculas e facilitando a atração entre as moléculas do solvente e do soluto. [4]
3)	Explicar como a solubilidade de uma substância pode ser utilizada com critério de pureza.
A solubilidade de uma substância em um determinado solvente (sob determinada temperatura e pressão) é uma grandezaconstante característica da substância, e pode, então, ser utilizada como critério de pureza. Logo, se tivermos um substância com um grau maior ou menor de pureza, isso indica que está presente uma maior ou menor quantidade de um composto estranho, e que por isso é considerado impureza, podendo este composto ter uma solubilidade característica inferior ao soluto e podendo assim influenciar a solubilidade da substância. [5]
4)	Descrever as formas possíveis de separação de um sólido cristalizado da solução onde o mesmo se originou.
Decantação: é o processo no qual a fase sólida, esta por ser mais densa, sedimenta-se no fundo do recipiente, de modo que é possível entornar-se a mistura para outro frasco, separando-se o líquido sobrenadante. [6]
Centrifugação: é o processo pelo qual pode-se acelerar uma decantação ou sedimentação, descrito anteriormente, por meio de um instrumento denominado centrífuga. Neste, devido ao seu movimento de rotação, as partículas que apresentam uma densidade maior são arremessadas para o fundo do recipiente, de modo acelerado. [6]
Filtração simples: Nesse processo, a fase sólida é geralmente separada da líquida com o auxílio de papéis de filtro. Ocorre pela retenção no filtro das partículas de maior diâmetro. [6]
Filtração a vácuo: nesse processo a filtração simples é acelerada com auxílio de um instrumento conhecido como trompa de vácuo, o qual "suga" o ar existente na parte interior do kitassato, o que então permite um mais rápido escoamento do líquido e acelera o processo como um todo. [6]
5)	Discutir como os fatores seguintes podem afetar os valores determinados de solubilidade e como os prevenir experimentalmente:
Evaporação de um pouco de água durante o aquecimento para a dissolução do sal.
A evaporação da água faz com que o soluto precise de uma temperatura maior para ser dissolvido, já que o solvente está em menor quantidade. Isso pode afetar os valores de forma negativa, pois a temperatura medida será maior do que o normal. Para prevenir a evaporação da água, pode ser utilizada uma rolha tampando o tubo de ensaio.
Super-resfriamento antes da cristalização.
O super-resfriamento faz com que o soluto se recristalize mais rápido, e como a temperatura de recristalização é relevante no experimento, isso pode alterar os resultados finais. Isso pode ser evitado colocando o tubo de ensaio na estante após o aquecimento, pois assim ele não entrará em contato com alguma superfície fora de temperatura ambiente.
Impurezas no sólido.
Considerando que as impurezas são corpos estranhos formados de substâncias diferentes do sólido em questão, essas impurezas possuem um coeficiente de solubilidade diferente desse sólido. Assim, dependendo do grau de concentração de impurezas, a determinação do coeficiente de solubilidade no sólido pode ser ineficiente. 
Utilização de água não-destilada e de pequena quantidade de solução.
A água não destilada pode conter impurezas, o que altera o resultado do experimento, pois tais impurezas possuem um coeficiente de solubilidade diferente do sólido usado. Se for utilizada uma pequena quantidade de solução, pode ser que a variação da temperatura aconteça muito rapidamente, o que pode interferir em sua medida, e consequentemente no resultado final do experimento.
Utilização de tubo com diâmetro grande.
Se o diâmetro do tubo for muito grande, o solvente pode evaporar rápido demais, e consequentemente será necessário uma temperatura maior para que o soluto seja dissolvido. Além disso, uma maior área da solução ficará em contato com o ambiente, fazendo com que ela se resfrie mais rápido.
Introdução do termômetro em temperaturas menores que da solução.
Se o termômetro estiver em um ambiente cuja temperatura seja menor que a da solução, e em seguida for colocado diretamente dentro da solução, pode ocorrer um choque térmico. O choque térmico no termômetro faz com que a medida da temperatura fique incorreta, pois o termômetro que está em temperatura ambiente se submete as altas temperaturas da solução muito rapidamente. Isso pode ser evitado aquecendo o termômetro em outro local, antes de colocá-lo na solução.
Correntes de convecção no meio do líquido
As correntes de convecção fazem com que a movimentação da água, devido à mudança de temperatura, provoque uma maior dissolução do sólido que está no fundo do recipiente. Isso não ocorreu no experimento, pois a solução já estava sendo agitada desde o começo com o bastão de vidro, e isso não deixou as correntes de convecção interferirem na dissolução. [7]
Sal higroscópico
Um sal higroscópico é um sal que possui a capacidade de absorver água, ou seja, moléculas de água criam uma camada de solvatação sobre o retículo (separando-o em íons). A curva de solubilidade de um sal hidratado é caracterizada por um ponto de inflexão, onde há uma mudança de direção. O ponto de inflexão refere-se a uma temperatura na qual o sal hidratado perde água. [8] [9]
6)	Como a temperatura afetou a solubilidade do sal cloreto de amônio? Que dado podemos retirar da curva construída?
Conforme o experimento era realizado cada vez com uma massa maior de soluto, a temperatura necessária para a dissolução desse soluto era maior. A curva construída mostra que, no caso do cloreto de amônio, a massa de soluto e a temperatura para sua dissolução são proporcionais. 
CONCLUSÃO
Concluímos que o experimento colaborou para provar, de modo experimental, que a temperatura influencia diretamente na solubilidade dos sais. É claro que a natureza dos elementos da solução também tem papel importante. O experimento foi bem sucedido, já que foram obtidos resultados muito próximos da literatura. A curva de solubilidade obtida mostra que o coeficiente de solubilidade do NH4Cl aumenta gradativamente com a elevação da temperatura. Isso significa que quanto maior a temperatura maior a quantidade de NH4Cl que se solubiliza em uma dada quantidade de H2O (no caso, a quantidade foi de 4,0 mL). Por fim, deve-se ressaltar que este experimento foi de fundamental importância para provar, de modo prático, um conceito muito estudado na teoria.
7. REFERÊNCIAS
[1] Coeficiente de solubilidade. Disponível em: <http://brasilescola.uol.com.br/quimica/coeficiente-solubilidade.htm> Acesso em 31 de agosto de 2016.
[2] Curvas de solubilidade. Disponível em: <http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/curvas-solubilidade.htm> Acesso em 31 de agosto de 2016.
[3] Coeficiente de solubilidade. Disponível em: <http://alunosonline.uol.com.br/quimica/coeficiente-solubilidade.html> Acesso em 02 de setembro de 2016.
[4] Solubilidade. Disponível em: <http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAWAMAK/solubilidade> Acesso em 02 de setembro de 2016.
[5] Solubilidade. Disponível em: <http://www.etesc.org/material/quimica/Aula_06_Solubilidade-roteiro.pdf> Acesso em 02 de setembro de 2016.
[6] Separação de misturas – sistema homogêneo sólido-líquido. Disponível em: <http://www.infoescola.com/quimica/separacao-de-misturas-sistema-heterogeneo-solido-liquido/> Acesso em 02 de setembro de 2016.
[7] Correntes de convecção. Disponível em: <http://educador.brasilescola.uol.com.br/estrategias-ensino/densidade-correntes-conveccao.htm> Acesso em 02 de setembro de 2016.
[8] Higroscopia. Disponível em: <http://www.infoescola.com/fisico-quimica/higroscopia/> Acesso em 02 de setembro de 2016.
[9] Curva de solubilidade de sal hidratado. Disponível em: <http://www.colegioweb.com.br/solucoes/curva-de-solubilidade-de-sal-hidratado.html> Acesso em 02 de setembro de 2016.
[10] Disponível em: <http://www.infoescola.com/quimica/solucoes/> Acesso em 04 de setembro de 2016. 
[11] Disponível em: < http://www.mundovestibular.com.br/articles/3719/1/DISSOLUCAO-DE-UM-SOLUTO-EM-UM-SOLVENTE/Paacutegina1.html> Acesso em 04 de setembro de 2016. 
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