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Prof.º Alanjone Azevêdo e Prof.ª Olívia Bastos UNIVERSIDADE ESTADUAL DE FEIRA DE SANTANA DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS LABORATÓRIO DE CIÊNCIAS EXATAS Soluções Objetivos: (a) Entender o conceito de concentração. (b) Entender a importância de expressar a concentração de uma solução. (c) Preparar soluções aquosas a partir de solutos sólidos. (d) Diluir soluções. (e) Justificar o papel da água como solvente para diferentes tipos de solutos. (f) Classificar as soluções segundo diversos critérios Soluções são misturas nas quais os tamanhos dos constituintes são de até 1 nm. Por conta disto, soluções são misturas homogêneas seja ao olho nu ou ao microscópio. Dê exemplos de materiais em seu cotidiano ou relacionados ao seu curso que são soluções. As soluções podem ser formadas por: i) reação química, por exemplo, ao colocar sódio metálico em água se dá a formação de uma solução contendo íons sódio e hidróxido, após liberação do hidrogênio gasoso; ii) fenômeno físico chamado dissolução, por exemplo ao colocar açúcar em água. Escreva a equação que representa os fenômenos comentados acima. De modo geral, as soluções são preparadas no laboratório através da dissolução. Discuta com seus colegas o porquê do fato relatado acima. Prof.º Alanjone Azevêdo e Prof.ª Olívia Bastos O solvente mais usado é a água, considerada solvente universal por conta de uma gama de propriedades estruturais, físicas e químicas e por conta de sua importância do ponto de vista ambiental, industrial e biológico. Por conta disto, é muito comum não especificar o solvente quando este é a água. Cite características da água que contemplem todos os aspectos citados acima que fazem com que a água seja considerada solvente universal. A importância de expressar as quantidades relativas entre os constituintes É muito importante saber a quantidade de soluto que está dissolvido numa dada quantidade de solvente ou solução ou então as quantidades relativas de soluto e solvente ou solução. Estes valores expressam a concentração da solução, ou seja, a composição quantitativa dos seus componentes. O que você entende por concentração de uma solução? A concentração pode ser expressa de diferentes maneiras: - Relação massa de soluto/massa total de solução; - Relação volume de soluto/volume total de solução; - Relação massa de soluto/volume de solução; - Relação quantidade de matéria de soluto/volume de solução; Tanto a relação massa de soluto/massa total de solução, denominada fração em massa do soluto, quanto a volume de soluto/volume total de solução usualmente são transformadas numa porcentagem, conhecida como título. O porcentual em massa (m/m) é frequentemente empregado para expressar a concentração de reagentes aquosos comerciais. Por exemplo, o ácido nítrico é vendido como uma solução a 70%, o que significa que o reagente contém 70 g de HNO3 por 100 g de solução. Prof.º Alanjone Azevêdo e Prof.ª Olívia Bastos Sabendo-se que em 1 L de solução de ácido nítrico vendida comercialmente mede 1420 g, qual a massa de HNO3 na solução comercial? Pesquise o percentual em massa de ácido clorídrico que tem na solução vendida comercialmente. Pesquise também a massa de 1 L da solução comercial de ácido clorídrico. Qual a massa de HCl nesta solução comercial? O porcentual em volume (v/v) é usado em geral numa solução preparada pela mistura de dois líquidos puros. Por exemplo, uma solução aquosa de etanol 5% significa que foi misturado 5 mL de etanol em água suficiente para perfazer 100 mL de solução. É importante destacar que não é possível afirmar que nesta solução tem 95 mL de água, pois as forças intermoleculares influenciam na distância média entre as partículas, portanto no volume total da solução. A concentração de etanol em algumas bebidas é dada desta forma. Pesquise a densidade do etanol a 20 °C. Use esta informação para calcular a massa de etanol usada para obter 100 mL da solução etanol/água. O percentual em massa/volume (m/v) é geralmente usado para expressar quantidades pequenas de um soluto sólido numa solução líquida. Por exemplo, o soro fisiológico é uma solução aquosa de 0,9% de cloreto de sódio, isto significa que tem 0,9 g de cloreto de sódio em 100 mL de soro fisiológico. O que significa dizer que a concentração de uma solução aquosa de nitrato de prata é 5% em massa volume? O que significa dizer que a concentração de uma solução aquosa de hidróxido de sódio é 0,4% em massa/volume? Qual a massa de hidróxido de sódio deve ser medida na balança para preparar 250 mL de uma solução. Na indústria é comum se expressar a concentração de uma solução pela relação massa de soluto/volume da solução, com unidade g/L ou kg/L. Esta relação é conhecida como concentração de soluto em massa. A solubilidade é comumente expressa desta forma. A solubilidade é a quantidade máxima de soluto numa dada quantidade de solvente a uma certa temperatura. Por exemplo, a solubilidade de cloreto de sódio em água a 25 °C é 35,9 g/ 100 mL de água. Prof.º Alanjone Azevêdo e Prof.ª Olívia Bastos No intuito de se obter medidas mais precisas e exatas, fazer comparações, no laboratório é mais adequado trabalhar com concentração molar que relaciona a quantidade de matéria do soluto por volume de solução. Considerando uma solução aquosa de cloreto de sódio 0,2 mol/L, responda: i) Qual é a massa de cloreto de sódio contida em 1 L dessa solução? ii) Qual é a quantidade de matéria de soluto em 1/2 litro dessa solução? Calcule a concentração molar de todas as soluções descritas anteriormente. É extremamente útil saber não somente o tipo de matéria com a qual convivemos (manuseamos, inalamos ou ingerimos), mas também, a sua quantidade. Toda matéria tem um nível de risco a ela associado, pois, a depender da quantidade relativa, ou seja, da concentração em um dado meio, pode ser prejudicial. Para expressar concentrações excessivamente pequenas como, por exemplo, contaminantes de alimentos e poluentes ambientais, costuma-se usar partes por mil, partes por milhão, partes por bilhão, etc. Estes termos são semelhantes à percentagem; o termo “por cento” significa partes por cem. Então, uma solução “um por cento” contém uma parte de soluto em cada cem de solução. Uma parte por milhão é uma unidade de concentração muito conveniente, pois é a concentração de 1 miligrama de substância distribuída em 1 quilograma de solução, 1mg/kg. Quantas partes por milhão existem em uma solução 1%? O que significa dizer que a concentração de monóxido de carbono no ar é de 3 ppm (3 partes por milhão)? Cite exemplo de uma solução em que a concentração esteja na ordem de ppb. Prof.º Alanjone Azevêdo e Prof.ª Olívia Bastos EXPERIMENTO 1 Inicialmente meça 10,0000 g de sulfato de cobre pentahidratado em um béquer e dissolva com pouca água. Use um bastão de vidro para auxilia a dissolução. Não retire o bastão de dentro do béquer, pois perderá massa de soluto. Transfira todo o líquido do béquer para um balão de 100 mL com auxílio do bastão de vidro e um funil. O colo do funil deve ficar um pouco acima da marca de aferição do balão. Em seguida lave o béquer e o bastão com água, transferindo todo o líquido de lavagem para o balão. Observe que nenhuma massa pode ser perdida, pois vai alterar a concentração da sua solução e por isso você deverá lavar o béquer enquanto tiver sulfato de cobre.Isso pode ser percebido através da cor azul, característica do soluto. Outro cuidado a ser tomado é com a quantidade de água usada, pois deverá transferir o líquido de lavagem para o balão, deixando sempre seu conteúdo bem abaixo da marca de calibração do balão. Após todas as lavagens, ainda deverá haver espaço no balão para completá-lo com gotas de água até a marca de calibração. (obs.: se acima da marca de aferição estiver molhado, enxugue delicadamente com papel. Uma vez aferido, a solução deverá ser homogeneizada. Calcule a concentração molar desta solução que preparou? (lembre-se de que uma fração da massa do sólido medido corresponde à água). Por que devemos usar um funil de colo para preparar a solução e o colo do mesmo deve ficar um pouco acima, mas não tanto, da marca de aferição do balão? É possível afirmar que foi usado 100 mL de água? Faça um rótulo para o balão contendo concentração da solução, nome da substância dissolvida, data, nome do preparador. Qual o volume da alíquota que deve ser retirada desta solução para preparar 100 mL de uma solução 0,1 mol/L? Qual a massa de sulfato de cobre pentahidratado deveria ser medida para preparar 100 mL de uma solução 0,1 mol/L? Prof.º Alanjone Azevêdo e Prof.ª Olívia Bastos EXPERIMENTO 2 Retire uma alíquota de 10,0 mL da solução preparada no experimento 1 e transfira para outro balão de 50 mL . Complete o balão com água até próximo a marca de calibração com um béquer e daí em diante com um conta-gotas. Tampe o balão e homogeneíze. Calcule a concentração molar desta solução que preparou? Se repetisse o procedimento do experimento 3 usando esta solução que acabou de preparar, qual seria a concentração da solução que seria obtida? Se o grau de pureza dos produtos comerciais usados para preparar a solução são baixos, a concentração calculada não é a concentração real solução, como é o caso do preparo da solução de ácido clorídrico e hidróxido de sódio preparadas acima. Para saber a concentração real de soluções como estas, é necessário determinar a concentração através de métodos físicos como espectroscopia na região do visível que pode ser usada no caso da solução de sulfato de cobre, ou métodos químicos, como por exemplo a titulação ácido-base usadas no caso da solução de ácido clorídrico e hidróxido de sódio com um padrão primário (reagente de alta pureza). Classificação das soluções As soluções podem ser classificadas usando diversos critérios. Abaixo veremos algumas classificações. Solução eletrolítica e não eletrolítica Uma solução pode ser classificada como eletrolítica, se conduz corrente elétrica, ou não eletrolítica. Nas soluções eletrolíticas, a corrente elétrica se dá por meio do movimento dos íons solvatados. Quanto maior a facilidade com que os íons se movem e quanto maior a quantidade destes, maior a condutividade elétrica da solução. Prof.º Alanjone Azevêdo e Prof.ª Olívia Bastos EXPERIÊNCIA 3 A condutividade elétrica de uma solução pode ser observada, utilizando-se eletrodos que devem estar conectados a um circuito de lâmpadas. Os eletrodos devem ser mergulhados no sistema em estudo e, se existir corrente elétrica fluindo pelo circuito, as lâmpadas acenderão. O brilho das lâmpadas será tanto maior quanto maior for à intensidade de corrente que flui pelo circuito. Avalie a corrente elétrica dos seguintes sistemas: água destilada, solução de ácido clorídrico do experimento 4, solução de açúcar preparada de modo qualitativo por você e solução de sulfato de cobre dos experimentos 2 e 3, como também dos sólidos sulfato de cobre pentahidratado e gliscose. Com base nas suas anotações, quais soluções são eletrolíticas? E quais não eletrolíticas? Discuta estes resultados em termos das espécies presentes em cada sistema. Por que foi necessário avaliar a condutividade elétrica da água destilada e do sulfato de cobre pentahidratado? Solução saturada e insaturada Uma solução que contém a quantidade máxima de um soluto por volume de solução é dita solução saturada. A solubilidade serve para expressar este valor. Por exemplo, a solubilidade do sulfato de bário em água é 0,002 g/L a 18 °C, por isto classificamos muitas vezes o sulfato de bário como insolúvel em água, por outro lado, o uma solução saturada de tiossulfato de sódio tem concentração 500 g/L a 25 °C, daí dizemos que o tiossulfato de sódio é muito solúvel em água. Se a quantidade de soluto está abaixo da quantidade máxima à solução é chamada de insaturada. Pesquise no dicionário o significado das palavras “saturado” e “insaturado”. Como você prepararia uma solução saturada? Prof.º Alanjone Azevêdo e Prof.ª Olívia Bastos Solução concentrada e diluída Os termos concentrado e diluído são muito comuns nos laboratórios e devem ser usados de modo relativo, ou seja, requer grau de comparação. Pesquise no dicionário o significado das palavras “concentrado” e “diluido”. Use as soluções preparadas nos experimentos 2 e 3 para aplicar estes termos. Dissolução exotérmica ou endotérmica? Uma dissolução pode ocorrer liberando calor para a vizinhança, processo exotérmico, ou absorvendo calor da vizinhança, processo endotérmico. EXPERIMETO 4 Em um tubo de ensaio coloque 3,0 mL de água. Meça a temperatura da água. A seguir adicione uma espátula de cloreto de potássio. Agite rapidamente e observe se o tubo aqueceu ou resfriou. Meça a temperatura logo em seguida. Repita este procedimento usando o cloreto de cálcio e depois o etanol (3,0 mL) no lugar do cloreto de potássio. Com base nas suas anotações, quais soluções foram formadas liberando calor? E absorvendo calor? Discuta estes resultados em termos de forças interpartículas. Referências VIVEIROS, A. M. V. Soluções, Roteiro de Aulas Práticas de Química Geral. Salvador - BA, UFBA, Instituto de Química, Departamento de Química Geral e Inorgânica, 2009. PAIXÃO, M.F.M. Preparo e diluição de solução, Roteiro de Aulas Práticas de Química Geral e Inorgânica I. Feira de Santana-BA, UEFS, Departamento de Ciências Exatas, 2013. SKOOG, Douglas Arvid. Fundamentos de química analítica. São Paulo, SP: Thomson: Cengage Learning.
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