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PREPARO DE SOLUÇÕES Alex Frasson Zadroski, Gabriela Tricheis Possamai, Giovana Tahara Menegatti, Mateus Rodovalho Edinger, Thiago da Silva Ferreira aInstituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina - IFSC – Campus Criciúma Professor/Disciplina: Marcelo Dal Bó/ Química Geral 2018/1 e-mail: allex.frasson@hotmail.com Criciúma, 03 de março de 2018 1. INTRODUÇÃO As soluções estão intrínsecas no cotidiano, visto que grande parte das reações químicas acontecem com reagentes dissolvidos em algum líquido; dessa forma várias soluções são desenvolvidas com base na concentração comum, que se baseia em uma proporção da massa soluto para uma determinada quantidade de solvente, como por exemplo no preparo de um suco, café, etc. Já soluções desenvolvidas tomando por base a concentração molar, levam em consideração a quantidade de matéria mensurada em mols e adicionada em um solvente a fim de alcançar o volume de 1L de solução(RUSSELL,1994). É imprescindível alavancar o estudo de soluções para um patamar popular, no qual pessoas comuns compreendam e realizem experimentos a fim de compreender a origem de processos químicos. Diante deste contexto, instituições de ensino estão facilitando o acesso ao conhecimento teórico e aplicando-os através de aulas práticas em laboratórios. As soluções podem ser constituídas por material sólido-sólido, líquido-sólido, líquido-líquido, gás- líquido, gás-gás. A partir disso, o presente trabalho visa o desenvolvimento de soluções aquosas de dois tipos: sólido-liquido e líquido-liquido, a partir de dois reagentes principais. Para se determinar a quantidade de reagente a ser utilizada para o preparo de soluções, é imprescindível o emprego dos cálculos de concentração simples e molar. Para calcular o nível de pH(potencial de hidrogênio) de uma solução composta pelos dois reagentes, é necessário utilizar os cálculos estequiométricos, ou seja, considerar todas as características quantitativas de composição de cada elemento e da reação (BRADY, HUMISTON,2014), para se estabelecer a proporção de matéria presente na solução. 2. MATERIAIS E MÉTODOS 2.1 Descrição dos materiais Os materiais utilizados ao longo do procedimento experimental foram: • Água destilada; • 1 Balança semi-analítica; • 1 Balão volumétrico de 100mL; • 1 Balão volumétrico de 250mL; • 1 Balão volumétrico de 500mL; • 1 Béquer de 100mL; • 1 Espátula; • 1 Funil; • 1 Vidro de relógio; 2.2 Reagentes • Ácido clorídrico (HCl); • Hidróxido de Sódio (NaOH). 2.3 Procedimento experimental 2.3.1. Preparo de uma solução a partir de um sólido. 2.3.1.1 Solução 1: Na primeira solução, desenvolveu-se uma mistura aquosa de 100 ml com concentração de 15 g/L de hidróxido de sódio (NaOH), em estado puro. Para isso, inicialmente aferiu-se 1,5g de hidróxido de sódio, por meio de uma balança semi-analítica com o auxílio de uma espátula e um vidro de relógio. Em seguida, se adicionou uma pequena quantidade de água no fundo do balão volumétrico, e com o auxílio do funil, foi adicionado o reagente (NaOH). Por fim, foi completado o volume do balão volumétrico de 100mL com água destilada. 2.3.1.2 Solução 2: Preparou-se uma solução aquosa de 100 mL com concentração de 3 mol/L de NaOH em estado puro. Para isso, a princípio mensurou-se 12g de hidróxido de sódio, em uma balança semi-analítica com o auxílio de uma espátula e um vidro de relógio. Em seguida, adicionou-se uma pequena quantidade de água no fundo do balão volumétrico, e com o auxílio do funil, foi adicionado o reagente (NaOH). Por fim, completou-se o volume do balão volumétrico de 100mL com água destilada. 2.3.2 Preparo de uma solução a partir de um líquido. 2.3.2.1 Solução 3: nesse procedimento, desenvolveu-se uma solução aquosa de 500 mL com concentração 6 g/L de ácido clorídrico (HCl) com pureza de 37%. Para isso, preliminarmente aferiu-se 2,54 mL de ácido clorídrico, em uma pipeta graduada. Em seguida, foi adicionada uma pequena quantidade de água no fundo do balão volumétrico, e com o auxílio do funil, foi adicionado o reagente (HCl). Por fim, com água destilada foi completado o volume do balão volumétrico de 500 mL. 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO Com o objetivo de preparar a solução 1, com volume de 100mL e concentração de 15g/L, tem se a necessidade de mensurar a quantidade de reagente (NaOH) a ser coletado, para isso utilizou- se a fórmula de concentração simples para obter tal grandeza, conforme operação matemática descrita abaixo: Ca= 15g/L Va= 0,1L 𝐶𝑎 = 𝑚𝑎 𝑉𝑎 → 15𝑔 𝐿 = 𝑚𝑎 0,1𝐿 → 𝑚𝑎 = 1,5𝑔 Assim, deveria-se realizar a coleta de 1,5g de NaOH, no entanto, devido ao processo realizado para coletar o reagente e a erros inerentes ao equipamento utilizado, aferiu-se uma massa mb=1,51g, consequentemente alterando o valor da concentração da solução, conforme apresentado abaixo: 𝐶𝑏 = 𝑚𝑏 𝑉𝑎 → 𝐶𝑏 = 1,51𝑔 0,1𝐿 → 𝐶𝑏 = 15,10𝑔 𝐿 Portanto, após realizar o procedimento para misturar reagente e solvente, obteve-se uma solução homogênea, sem precipitação do reagente, com concentração simples de 15,10g/L. Para o desenvolvimento da solução 2, com concentração molar de 3mol/L, e volume 100mL, tem-se a necessidade de obtenção da quantidade de reagente(NaOH) a ser coletada através da fórmula de concentração molar, conforme retratado abaixo: Vc= 100mL = 0,1L (Volume da Solução) Mc= 3mol/L (Concentração molar da solução) nc= 40g/mol (Massa molar do NaOH) 𝑀𝐶 = 𝑚𝑐 �̅�𝑐 ∗ 𝑉𝑐 → 3𝑚𝑜𝑙 𝐿 = 𝑚𝑐 40𝑔 𝑚𝑜𝑙 ∗ 0,1𝐿 → 𝑚𝑐 = 12𝑔 Portanto, deveria-se realizar a coleta de 12g de NaOH, porém, devido ao processo realizado para coletar o reagente e a erros presentes no equipamento utilizado, mensurou-se uma massa md=12,01g, em consequência disso, ocorreu alteração no valor da concentração da solução. Ao completar o balão volumétrico de 100mL com solvente, se ultrapassou do limite indicado pela vidraria, dessa forma, transferiu-se a solução para um balão volumétrico de 250mL, resultando na alteração da concentração molar da solução, conforme demonstrado abaixo: Vd= 250mL = 0,25L (Volume da Solução) md= 12,01g (Massa de soluto) nd= 40g/mol (massa molar do NaOH) 𝑀𝑑 = 𝑚𝑑 �̅�𝑑 ∗ 𝑉𝑑 → 𝑀𝑑 = 12,01𝑔 40𝑔 𝑚𝑜𝑙 ∗ 0,25𝐿 → 𝑀𝑑 = 1,20𝑚𝑜𝑙 𝐿 Dessa maneira, após realizar o procedimento para misturar reagente e solvente, obteve-se uma solução homogênea, sem precipitação do reagente, com molaridade de 1,20mol/L (Imagem 1.). Imagem 1. A fim de desenvolver a solução 3, com concentração de 6g/L, e volume 500mL, tem-se a necessidade de obtenção da quantidade de reagente (HCl, 37%) a ser coletado através da fórmula de concentração simples, conforme retratado abaixo: Ve= 500mL= 0,5L (Volume da solução) Ce= 6g/L (Concentração comum da solução) 𝐶𝑒 = 𝑚𝑒 𝑉𝑒 → 6𝑔 𝐿 = 𝑚𝑒 0,1𝐿 → 𝑚𝑒 = 1,5𝑔 Como o reagente utilizado encontrasse na fórmula líquida, é preciso obter o volume de HCl a ser coletado utilizando a fórmula da densidade: mf=1,5g (Massa de HCl) ρf= 1,18g/mL (Densidade do HCl) 𝜌𝑓 = 𝑚𝑓 𝑉𝑓 → 1,18𝑔 𝑚𝑙 = 1,5𝑔 𝑉𝑓 → 𝑉𝑓 = 2,54𝑚𝐿 No entanto, a solução aquosa que contém o reagente utilizado é constituída por apenas 37% de HCl, dessa forma tem se a necessidade de calcular o volume de material a ser coletado pormeio pureza da solução: Vf= 2,54mL (Volume de HCl puro) Pureza da solução= 37% 𝑉𝑔 = 100 % ∗ 2,54𝑚𝐿 37% → 𝑉𝑔 = 6,86𝑚𝐿 Desse modo, após realizar o procedimento para misturar solvente e reagente, obteve-se uma solução homogênea de HCl com água destilada, com concentração simples de 6g/L. Com o propósito de analisar o pH de uma solução constituída pela mistura das três soluções descritas acima, é preciso desenvolver os cálculos estequiométricos da reação para se determinar a quantidade de reagente em excesso para assim definir se a solução é básica, ácida ou neutra. Abaixo está descrito a reação ocorrida entre a mistura da solução 1 com a solução 2: 𝑁𝑎𝑂𝐻 + 𝑁𝑎𝑂𝐻 → 2𝑁𝑎𝑂𝐻 100𝑚𝐿 + 250𝑚𝐿 → 350𝑚𝐿 1,5𝑔 + 12𝑔 → 13,5𝑔 A partir dessa mistura obtém-se uma solução com concentração simples de: 𝐶ℎ = 𝑚ℎ 𝑉ℎ → 𝐶ℎ = 13,5𝑔 0,35𝐿 → 𝐶ℎ = 38,57𝑔 𝐿 Posteriormente, ao realizar a mistura da solução com concentração Ch, com a solução de HCl, obtém se uma reação: 𝑁𝑎𝑂𝐻 + 𝐻𝐶𝑙 → 𝑁𝑎𝐶𝑙 + 𝐻2𝑂 Para se encontrar a concentração de cada reagente, é vital descobrir a quantidade de matéria presente na solução: 𝑛𝑁𝑎𝑂𝐻 = 𝑚 �̅� → 𝑛𝑁𝑎𝑂𝐻 = 13,5𝑔 40𝑔 𝑚𝑜𝑙 → 𝑛𝑁𝑎𝑂𝐻 = 0,33𝑚𝑜𝑙 𝑛𝐻𝐶𝑙 = 𝑚 �̅� → 𝑛𝐻𝐶𝑙 = 3𝑔 36,4𝑔 𝑚𝑜𝑙 → 𝑛𝐻𝐶𝑙 = 0,08𝑚𝑜𝑙 Analisando a reação pode se observar que para cada mol de NaOH existirá 1 mol de HCl, dessa forma para cada 0,33mol existirá 0,33mol de HCl. Dessa forma pode se analisar a concentração de HCl na solução final: Vs=0,85L (Volume da Solução) 𝑀𝐻𝐶𝑙 = 𝑛𝐻𝐶𝑙 𝑉𝑠 → 𝑀𝐻𝐶𝑙 = 0,33 𝑚𝑜𝑙 0,85 𝐿 → 𝑀𝐻𝐶𝑙 = 0,39𝑚𝑜𝑙 𝐿 Da mesma forma pode se dizer que para 0,08mol de HCl, existirá 0,08mol de NaOH. Assim, encontrasse a concentração de NaOH na solução: 𝑀𝑁𝑎𝑂𝐻 = 𝑛𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑉𝑠 → 𝑀𝑁𝑎𝑂𝐻 = 0,08 𝑚𝑜𝑙 0,85 𝐿 → 𝑀𝑁𝑎𝑂𝐻 = 0,09𝑚𝑜𝑙 𝐿 Portanto, analisando as concentrações de reagentes encontradas é possível indicar que a solução constituída pelas soluções de NaOH e HCl, irá possuir um caráter ácido, devido a predominância de ácido clorídrico na solução. 4. CONSIDERAÇÕES FINAIS É inevitável perceber a importância da técnica de preparo de soluções tanto no cotidiano, como na academia. Sendo assim, os objetivos da atividade realizada foram alcançados em relação a identificação da técnica a ser utilizada para o preparo de soluções, assim como a aplicação dos cálculos de concentração envolvendo sólidos e líquidos. Além disso, ao completar a atividade pode se perceber que caso as 3 soluções fossem misturadas, ocorreria a formação de uma solução com caráter ácido, ou seja, o pH da solução seria menor que 7, devido a uma maior concentração de ácido na mistura. REFEFERÊNCIAS RUSSELL, John Blair. Química Geral. 2. ed. São Paulo: Pearson Makron Books, 1994. 619 p. BRADY, James E.; HUMISTON, Gerard E.. Química Geral. 2. ed. Rio de Janeiro: Ltc, 2014. 661 p.
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