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Curso de Tecnologia em Processos Químicos Análise Quantitativa Prof. Eduardo Louzada 1 PREPARO DE SOLUÇÕES Faculdade de Tecnologia SENAI Roberto Mange Curso de Tecnologia em Processos Químicos •EDUARDO SANTOS LOUZADA Preparo de Soluções ¡ Uma solução, no sentido mais amplo, é uma dispersão homogênea de duas ou mais substâncias moleculares ou iônicas. ¡ No âmbito mais restrito, as dispersões que apresentam as partículas do disperso (soluto) com um diâmetro inferior a 10 Å, são denominadas soluções. ¡ Quando este diâmetro situa-se entre, 10 e 1000 Å temos dispersões coloidais. As dispersões coloidais são misturas heterogêneas (ainda que possa parecer às vezes uma mistura homogênea). Preparo de Soluções ¡ Entre os produtos que conhecemos muitos são dispersões coloidais como: leite, maionese, queijo, espuma de sabão , geléias, cremes hidratantes, gelatinas, goma arábica entre outros. ¡ Existe um outro tipo de mistura heterogênea que são as suspensões (dispersões grosseiras), quando as partículas do disperso possuem diâmetro superior a 1000 Å. ¡ É o caso do leite de magnésia, o “leite de magnésia” constitui uma dispersão grosseira de partículas de hidróxido de magnésio (aglomerados de íons Mg2+ e OH-) em água. Classificação das soluções com relação à quantidade de soluto dissolvido ¡ A solubilidade é uma propriedade que serve para descrever quantitativamente a composição de uma solução. ¡ Em geral, existe um limite de solubilidade, onde não se consegue dissolver mais soluto no solvente. ¡ Esse limite é estabelecido pelo coeficiente de solubilidade e depende da natureza do soluto e do solvente, da temperatura e da pressão. FATORES QUE AFETAM A SOLUBILIDADE Natureza do Solvente e do Soluto ¡ Uma regra importante para descrever a solubilidade é que “semelhante dissolve semelhante”. ¡ Assim, é de se esperar uma solubilidade mais alta quando as moléculas do soluto são semelhantes na estrutura e propriedades elétricas do solvente. ¡ Por esta razão, a água, que é uma substância polar, é um bom solvente para o álcool, que também é uma substância polar, porém, um solvente ruim para a gasolina, que é um composto não polar. FATORES QUE AFETAM A SOLUBILIDADE Temperatura ¡ De maneira geral, não há uma regra global para a variação da solubilidade de sólidos, líquidos e gases. ¡ Usualmente, a solubilidade de gases diminui e dos sólidos e líquidos aumenta com o aumento da temperatura da solução. Porém, isto não é verdadeiro para todas as situações. ¡ Como exemplo temos gases que não são solúveis em outros solventes líquidos, disto, a solubilidade de substâncias como o carbonato de lítio em água diminui com o aumento de temperatura. Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Curso de Tecnologia em Processos Químicos Análise Quantitativa Prof. Eduardo Louzada 2 FATORES QUE AFETAM A SOLUBILIDADE Pressão ¡ A solubilidade de líquidos e sólidos não é praticamente afetada por esta propriedade. ¡ Contudo, a solubilidade dos gases aumenta com o aumento da pressão parcial do gás. ¡ A concentração de um gás, em um líquido, a uma dada temperatura constante, é diretamente proporcional à pressão parcial do gás na solução. FATORES QUE AFETAM A SOLUBILIDADE Pressão ¡ Um bom exemplo de solubilidade de gases em líquidos, que faz parte do dia a dia das pessoas, são os refrigerantes. ¡ Os refrigerantes de um modo geral são soluções de gás carbônico em água. O gás carbônico é inserido na garrafa sob elevada pressão, assim, sua solubilidade com a garrafa fechada é alta, pois depende da pressão parcial de CO2 na fase gasosa. ¡ Quando a garrafa é aberta, a pressão do gás carbônico diminui e, conseqüentemente a sua solubilidade, formando por isto bolhas que escapam da bebida. Classificação de Soluções 1. Soluções insaturadas ¡ Contém, numa certa temperatura, uma quantidade de soluto dissolvido menor que a sua solubilidade nesta temperatura, ou seja, a quantidade de soluto não atinge o coeficiente de solubilidade e mais soluto pode ser dissolvido a uma dada temperatura e pressão; ¡ Exemplo: a solubilidade do acetato de sódio (CH3COONa) é igual a 123,5g/100g de água a 20ºC. Uma solução que contém 80g desse sal em 100g de água a 20ºC é uma solução insaturada. Classificação de Soluções 2. Solução saturada: ¡ Contém, numa dada temperatura, uma quantidade de soluto dissolvido igual à sua solubilidade neste temperatura, ou seja a quantidade de soluto atinge o coeficiente de solubilidade e, se mais soluto for adicionado, este se precipita da solução, formando um corpo de fundo. ¡ Então, uma solução saturada pode (ou não) apresentar corpo de fundo (excesso de precipitado). ¡ Exemplo: 123,5 g de acetato de sódio em 100g de água a 20ºC. Classificação de Soluções 3. Solução supersaturada: ¡ Contém, numa dada temperatura, uma quantidade de soluto dissolvido maior que a sua solubilidade nesta temperatura (solução metaestável). ¡ Uma solução supersaturada pode ser obtida por aquecimento de uma solução saturada com corpo de fundo, seguido por resfriamento lento para evitar a precipitação do excesso de soluto. ¡ A quantidade de soluto supera o coeficiente de solubilidade. Este tipo de solução geralmente é preparada alterando-se a temperatura do meio. Classificação de Soluções 3. Solução supersaturada: ¡ Por exemplo, o cloreto de potássio aumenta sua solubilidade com o aumento de temperatura, assim, se tivermos uma solução saturada com excesso de cloreto de potássio, este pode ser dissolvido aquecendo-se a solução. ¡ Curiosamente, se a solução é resfriada lentamente pelo ambiente, o excesso de soluto dissolvido não se precipita e a solução é descrita por estar em equilíbrio metaestável. Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Curso de Tecnologia em Processos Químicos Análise Quantitativa Prof. Eduardo Louzada 3 Classificação de Soluções 3. Solução supersaturada: ¡ Isto é, se adicionarmos um pequeníssimo cristal de cloreto de potássio ou fizermos uma pequena perturbação mecânica, todo o excesso de soluto cristaliza e a solução retorna ao seu estado original de saturação. ¡ “Uma solução supersaturada”: é uma solução metaestável porque tem sempre tendência a abandonar o estado de sobresaturação para um estado de saturação. ¡ Exemplo: 124,0 g de acetato de sódio dissolvidos em 100g de água a 20ºC. CLASSIFICAÇÃO DAS SOLUÇÕES COM RELAÇÃO AO ESTADO FÍSICO ¡ Soluções sólidas ¡ O dispersante (solvente) é sempre sólido e o soluto pode ser sólido, líquido ou gasoso. CLASSIFICAÇÃO DAS SOLUÇÕES COM RELAÇÃO AO ESTADO FÍSICO ¡ Soluções Líquidas ¡ O solvente é sempre líquido e o soluto pode ser sólido, líquido ou gasoso. CLASSIFICAÇÃO DAS SOLUÇÕES COM RELAÇÃO AO ESTADO FÍSICO ¡ Soluções gasosas: ¡ O solvente e o soluto são sempre gases. ¡ Exemplo: ¡ O ar é uma mistura de muitos gases- oxigênio, gases nobres, vapor de água, dióxido de carbono, entre outros- solubilizados em nitrogênio gasoso. Expressão da Concentração de Soluções ¡ A concentração de uma solução é a relação entre a quantidade de soluto e a quantidade do solvente ou da solução. ¡ Uma vez que as quantidades de solvente e soluto podem ser dadas em massa, volume ou quantidade de matéria, há diversas formas de se expressar a concentrações de soluções. ¡ As relações mais utilizadas são: Expressão da Concentração de Soluções ¡ Concentração em grama por litro ¡ Esse termo é utilizadopara indicar a relação entre a massa do soluto (m), expressa em gramas, e o volume (V), da solução, em litros: Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Curso de Tecnologia em Processos Químicos Análise Quantitativa Prof. Eduardo Louzada 4 Expressão da Concentração de Soluções ¡ Concentração em grama por litro ¡ Exemplo ¡ O hipoclorito sódio, NaClO, produz uma solução alvejante quando dissolvido em água. A massa de NaClO, contida numa amostra de 5,00 mL de alvejante foi determinada como sendo igual a 150 mg. ¡ Qual é a concentração (em gramas por litro ) do hipoclorito de sódio nessa solução: ¡ v= 5,00 mL ¡ m = 0,150 g Expressão da Concentração de Soluções ¡ Concentração em miligrama por mL ¡ Esse termo é utilizado para indicar a relação entre a massa do soluto (m), expressa em Miligramas, e o volume (V), da solução, em mL: Expressão da Concentração de Soluções ¡ Concentração Molar ou Molaridade ¡ É a relação entre a quantidade de matéria do soluto (n soluto) e o volume da solução (V) em litros. ¡ Esta unidade de concentração é denominada molaridade ou concentração molar. ¡ Nesse sentido, uma das formas mais usuais de expressão de concentração de soluções conhecida como molaridade, é redefinida como concentração em quantidade de matéria. Expressão da Concentração de Soluções ¡ Concentração Molar ou Molaridade ¡ A quantidade de matéria do soluto (n soluto, anteriormente chamada “número de mol”) é a relação entre a massa do soluto (m soluto) e a sua massa molar (M, a massa de 1,0 mol da substância), expressa em g mol-1. Expressão da Concentração de Soluções ¡ Molaridade ¡ É igual a razão entre o número de mols do soluto e o volume, em litros, da solução. ¡ Desta forma a molaridade indica quantos mols de soluto existem em cada litro de uma determinada solução. Expressão da Concentração de Soluções Concentração Molar ou Molaridade ¡ Exemplo: ¡ Qual é a concentração (em quantidade de matéria) da solução que contém 9,8 g de ácido sulfúrico em água suficiente para 10, 0 litros de solução? (MM = 98,08g/mol) Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Curso de Tecnologia em Processos Químicos Análise Quantitativa Prof. Eduardo Louzada 5 Expressão da Concentração de Soluções ¡ Molalidade ¡ É a relação utilizada sempre que se pretende expressar concentrações independentes da temperatura, pois é baseada na massa, e não no volume das soluções. ¡ A molalidade de uma solução é calculada como o quociente entre a quantidade de matéria do soluto (n soluto, expressa em mol) e a massa total da solução (em g): Expressão da Concentração de Soluções ¡ Normalidade (N) ¡ É a relação entre o número de equivalentes- grama do soluto e o volume da solução, expresso em litros. ¡ No passado, esta unidade foi muito utilizada em cálculos relacionados com titulação. ¡ Atualmente, o uso da normalidade não é recomendado pela IUPAC, uma vez que esta unidade de concentração não enfatiza o conceito de mol ou estequiometria da reação química entre reagentes e produtos. Expressão da Concentração de Soluções ¡ Normalidade (N) ¡ Para calcular a normalidade utilizaremos a seguinte equação: ¡ O cálculo da normalidade é bastante similar ao da molaridade, porém, é preciso realizar o cálculo do número de equivalente-grama (Eq) Expressão da Concentração de Soluções ¡ Normalidade (N) Expressão da Concentração de Soluções ¡ Composição Percentual (título) ¡ Um método bastante usual de expressão da concentração baseia- se na composição percentual da solução. ¡ Esta unidade de concentração relaciona a massa (m) ou o volume (V) do soluto com a massa ou o volume do solvente ou da solução, conduzindo a notações tais como: ¡ 10% (m/m) , 10% (m/V) ou 10% (V/V) Expressão da Concentração de Soluções ¡ Composição Percentual (título) ¡ A relação m/m corresponde à base percentual mais usada na expressão da concentração de soluções aquosas concentradas de ácidos inorgânicos (como HCl, H2SO4, HNO3). ¡ Exemplos: ¡ 100g de solução concentrada de HCl a 36% (m/m) contêm 36g de cloreto de hidrogênio e 64g de água. Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Curso de Tecnologia em Processos Químicos Análise Quantitativa Prof. Eduardo Louzada 6 Expressão da Concentração de Soluções ¡ Composição Percentual (título) ¡ Exemplos: ¡ O ácido sulfúrico concentrado adquirido no comércio contêm cerca de 98% (em massa) de soluto (H2SO4 líquido), ou seja, 100 g do ácido comercial contêm 98 g de H2SO4 e 2 g de água. ¡ Exercício: ¡ Calcule a massa de HCl contida numa amostra de 210 g de ácido clorídrico concentrado de título igual 37% (m/m). Expressão da Concentração de Soluções ¡ Composição Percentual (título) Solução Tampão ¡ O conceito original de ação tamponante surgiu de estudos bioquímicos e da necessidade do controle do pH em diversos aspectos da pesquisa biológica, como por exemplo em estudos com enzimas que têm sua atividade catalítica muito sensível a variações de pH. ¡ O conceito de pH foi introduzido por Sørensen em 1909, com o intuito de quantificar os valores de acidez e basicidade de uma solução. ¡ Quase todos os processos biológicos são dependentes do pH; uma pequena variação na acidez produz uma grande variação na velocidade da maioria destes processos. ¡ Tecidos vivos de plantas também são tamponados, embora menos intensamente. ¡ O pH normal em tecidos vegetais varia entre 4,0 e 6,2. Nestes tecidos, os principais tampões são fosfatos, carbonatos e ácidos orgânicos. Solução Tampão ¡ Dentre os fluidos biológicos, a saliva também constitui uma solução tampão, com a função de neutralizar os ácidos presentes na boca, evitando o desenvolvimento de bactérias que formam a placa bacteriana. ¡ O pH normal da saliva varia entre 6,4 e 6,9 no intervalo entre as refeições e de 7,0 a 7,3 enquanto comemos. Solução Tampão Solução Tampão ¡ INTRODUÇÃO TEÓRICA ¡ “Uma solução tampão é uma solução que resiste às mudanças de pH quando pequenas quantidades de um ácido ou base forte são adicionadas ou se a solução é diluída”. ¡ pH = -log [ H+] e pOH = -log [ OH-] ¡ pH + pOH = 14 ¡ pH = 7 = Neutro ¡ pH < 7 = solução ácida ¡ pH > 7 = Solução Básica Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Curso de Tecnologia em Processos Químicos Análise Quantitativa Prof. Eduardo Louzada 7 Solução Tampão ¡ Uma solução tampão consiste de uma mistura de UM ÁCIDO FRACO e sua BASE CONJUGADA ou de uma BASE FRACA e seu ÁCIDO CONJUGADO, em concentrações ou razões pré- determinadas. ¡ Isto é, temos uma mistura de um ácido fraco e seu sal ou uma base fraca e seu sal, p. ex., HAc/NaAc, ou NH3/NH4Cl. ¡ Os químicos utilizam tampões toda vez que necessitam manter o pH de uma solução em um nível constante e pré-determinado. ¡ A equação central para as soluções-tampão é a equação de Henderson Hasselbalch, a qual consiste meramente em um rearranjo da expressão da constante de equilíbrio Ka para a dissociação de um ácido, Solução Tampão ¡ Isolando [H+] e tomando o logaritmo da expressão resultante, obtém-se Solução Tampão ¡ Finalmente, usando as definições de pH e pKa , escreve-se: ¡ Se a solução é preparada com uma base fraca B e seu ácido conjugado,a equação de Henderson-Hasselbalch tem a forma Solução Tampão ¡ Essa equação indica que o pH de uma solução que consiste de um par ácido fraco/base conjugada pode ser calculado sempre que soubermos o pKa da forma ácida e a razão entre as concentrações da base e do ácido conjugados. Solução Tampão ¡ Na prática, quando misturamos as quantidades calculadas do ácido e da base conjugados para preparar um tampão, o pH resultante não é exatamente o esperado. ¡ Por esse motivo, após preparar o tampão com as quantidades calculadas, em geral faz-se necessário um pequeno ajuste no pH (pela adição de uma solução básica ou ácida diluídas) para obter o pH desejado. Solução Tampão Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Curso de Tecnologia em Processos Químicos Análise Quantitativa Prof. Eduardo Louzada 8 Exemplos de calculos de pH das seguintes soluções: ¡ HCl 0,1M = ¡ NaOH 0,1M = ¡ HNO3 0,00005M = ¡ HCl 0,001M = ¡ HClO4 0,0456M = ¡ NaOH 0,0875M = Solução Tampão Exemplos de cálculos de pH das seguintes soluções tampões: Ácido acético 0,05M + acetato de sódio 0,1M com um pKa 4,76 Solução Tampão Solução Tampão Qual é o pH de uma mistura que contém 0,15 M NaNO2 e 0,30M de HNO3? (pKa para HNO3 = 3,35) Solução Tampão Exercícios (1) Prepare um litro de uma solução ( c = 0,2 mol/L) de cloreto de sódio (NaCl). Qual a quantidade de NaCl em g?(M NaCl= 58,44 g/mol) ¡ Resposta: ¡ Precisa-se então dissolver 0,2 mol de cloreto de sódio em 1 Litro de água. ¡ Para obter uma solução (c=0,2 mol/L) de cloreto de sódio em água é necessário dissolver 11,69 g de cloreto de sódio em 1 litro de água. (2) Prepare um litro de uma solução ( c = 0,35 mol/L) de Hidróxido de potássio (KOH). Qual a quantidade de KOH em g ? (MKOH= 56,11 g/mol) ¡ Resposta: Exercícios Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Curso de Tecnologia em Processos Químicos Análise Quantitativa Prof. Eduardo Louzada 9 (3) Qual é a concentração de uma solução de 123,45 g de ácido sulfúrico em 3 litros de água? ¡ (M ácido sulfúrico= 98,08 g/mol) ¡ Resposta: Exercícios (4) Calcule a massa de ácido nítrico contida numa amostra de 420,36 g de ácido nítrico com concentração de título igual 15 % (m/m). ¡ Resposta: Exercícios (5) Uma solução é preparada pela solubilização de 487 mg de AgNO3 em frasco volumétrico de 100 mL e o volume é aferido. Quantos milimoles de AgNO3 foram dissolvidos e qual a concentração molar da solução? M AgNO3 =169,88 mg/mmol ¡ Resposta: Exercícios 6- Calcule o número de milimoles em 850 mg de Na2SO4. M = 142,0 mg/mmol ¡ Resposta = 5,98mmoles 7 - Qual a massa em miligramas existentes em 0,250 milimoles de Fe2O3 ? M = 159,85 mg/mmol ¡ Resposta = 39,93 mg Exercícios 8 - Quantas gramas por mililitros de NaCl estão contidos em 0,250 M de solução? M = 58,43g/Mol ¡ Resposta = 0,0146 g/mL 9 - Qual a massa em gramas de Na2SO4 devem ser pesadas para preparar 500 mL de uma solução 0,100 M? M = 142,02g/Mol ¡ Resposta = 7,102 g Exercícios Exercícios 10 – A massa em gramas de BaCl2 necessária para preparar 25 litros de solução 0,1M deste sal. (M = 208,23g/Mol) Resposta = 520 gramas 11 – A concentração de NaCl na água do mar é de 0,43mol/L. O volume em litros de água do mar que deve ser evaporado completamente para produção de 5Kg de sal de cozinha é aproximadamente. M = 58,43 g/mol Resposta = 200 litros Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Curso de Tecnologia em Processos Químicos Análise Quantitativa Prof. Eduardo Louzada 10 Exercícios 12 – A uréia, NH2CONH2, é um produto do metabolismo de proteínas. Que massa de uréia é necessário para preparar 500mL de uma solução 0,20M? ( M = 60g/mol) Reposta = 6 gramas 13 – Determine a normalidade de uma solução que apresenta 9,8g de ácido sulfúrico em 1 litro de solução. ( M = 98g/mol) Resposta = 0,2N ( N = M . X ) Exercícios 14 – Qual a normalidade de uma solução formada por 400g de uma solução aquosa de 2 litros de NaOH? ( M = 40g/mol) Reposta = 5 N ( N = M . X ) 15 – Uma solução de concentração 0,2M de ácido sulfúrico apresenta: ( Dados = 98g/mol) Normalidade = ? Concentração g/L = ? Resposta = 0,4N e 19,6 g/L Exercícios 16 – Para uma solução a 20% em massa e densidade de 4g/mL, calcule a concentração em g/L. Reposta = 800g/L 17 - Se 0,9g/L de glicose (Massa Molar=180g/mol) de sangue de um adulto é considerado normal, qual a concentração em mol/L, é: Resposta = 0,005mol/L Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
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