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15/05/2018 SOLUÇÕES Química Geral Quimonha Sumário • 3.1 Conceito de soluções. • 3.1.1. Soluto e solventes. • 3.2 Tipos de soluções. • 3.2.1 Solução saturada. • 3.2.2 Soluções não saturadas. • 3.2.3 Soluções sobressaturadas • 3.3 Concentração de soluções e formas de expressá-las. • 3.3.1 Unidades de concentração 15/05/2018 2 Na natureza, raramente encontramos substâncias puras. O mundo que nos rodeia é constituído por sistemas formados por mais de uma substância: as misturas. As misturas homogéneas são denominadas soluções. 15/05/2018 3 Soluções são misturas de duas ou mais substâncias que apresentam aspecto uniforme. soluções A solução líquida é mais importante. O componente que está presente em grande excesso em relação ao outro é habitualmente denominado solvente. Os outros componentes presentes em menores proporções são chamados solutos. O solvente mais importante é a água e as soluções em que a água participa são denominadas aquosa. 15/05/2018 4 𝑺𝒐𝒍𝒖çã𝒐 𝒔 = 𝑺𝒐𝒍𝒖𝒕𝒐 𝒊 + 𝑺𝒐𝒍𝒗𝒆𝒏𝒕𝒆( 𝒋) Os solventes podem ser classificados quanto à sua polaridade. Os solventes polares são compostos, tal com a água e a amoníaco líquido, que possuem momentos dipolares e consequentemente constantes dielétricas elevadas. Estes solventes são capazes de dissolver compostos iónicos ou compostos covalentes que se ionizam. Os solventes não polares são compostos, tal como o benzeno, que não possuem momentos dipolares permanentes. Estes não dissolvem compostos iónicos, mas dissolvem compostos covalentes não polares. 15/05/2018 5 𝑺𝒆𝒎𝒆𝒍𝒉𝒂𝒏𝒕𝒆 𝒅𝒊𝒔𝒔𝒐𝒍𝒗𝒆 𝒔𝒆𝒎𝒆𝒍𝒉𝒂𝒏𝒕𝒆 • Considera o exemplo a seguir: Ao compararmos as soluções A e B, notamos que o sal é menos solúvel que o açúcar e, a partir desse fato, podemos generalizar: 15/05/2018 6 𝑺𝒖𝒃𝒔𝒕â𝒏𝒄𝒊𝒂𝒔 𝒅𝒊𝒇𝒆𝒓𝒆𝒏𝒕𝒆𝒔 𝒔𝒆 𝒅𝒊𝒔𝒔𝒐𝒍𝒗𝒆𝒎 𝒆𝒎 𝒒𝒖𝒂𝒏𝒕𝒊𝒅𝒂𝒅𝒆𝒔, 𝒏𝒖𝒎𝒂 𝒎𝒆𝒔𝒎𝒂 𝒒𝒖𝒂𝒏𝒕𝒊𝒅𝒂𝒅𝒆 𝒅𝒆 𝒔𝒐𝒍𝒗𝒆𝒏𝒕𝒆, 𝒏𝒂𝒎𝒆𝒔𝒎𝒂 𝒕𝒆𝒎𝒑𝒆𝒓𝒂𝒕𝒖𝒓𝒂 Em função da solubilidade do soluto no solvente, podemos classificar as soluções em: 15/05/2018 7 𝒔𝒐𝒍𝒖çã𝒐 𝒊𝒏𝒔𝒂𝒕𝒖𝒓𝒂𝒅𝒂 ∶ 𝒒𝒖𝒂𝒏𝒅𝒐 𝒂 𝒒𝒖𝒂𝒏𝒕𝒊𝒅𝒂𝒅𝒆 𝒅𝒐 𝒔𝒐𝒍𝒖𝒕𝒐 é 𝒊𝒏𝒇𝒆𝒓𝒊𝒐𝒓 𝒂 𝒔𝒐𝒍𝒖𝒃𝒊𝒍𝒊𝒅𝒂𝒅𝒆 𝒅𝒐 𝒔𝒐𝒍𝒗𝒆𝒏𝒕𝒆 𝒂 𝒖𝒎𝒂 𝒅𝒂𝒅𝒂 𝒕𝒆𝒎𝒑𝒆𝒓𝒂𝒕𝒖𝒓𝒂 . 𝒔𝒐𝒍𝒖çã𝒐 𝒔𝒂𝒕𝒖𝒓𝒂𝒅𝒂 ∶ 𝒒𝒖𝒂𝒏𝒅𝒐 𝒂 𝒒𝒖𝒂𝒏𝒕𝒊𝒅𝒂𝒅𝒆 𝒅𝒐 𝒔𝒐𝒍𝒖𝒕𝒐 é 𝒊𝒈𝒖𝒂𝒍 𝒂 𝒔𝒐𝒍𝒖𝒃𝒊𝒍𝒊𝒅𝒂𝒅𝒆 𝒅𝒐 𝒔𝒐𝒍𝒗𝒆𝒏𝒕𝒆 𝒂 𝒖𝒎𝒂 𝒅𝒂𝒅𝒂 𝒕𝒆𝒎𝒑𝒆𝒓𝒂𝒕𝒖𝒓𝒂. 𝒆𝒔𝒔𝒂 𝒒𝒖𝒂𝒏𝒕𝒊𝒅𝒂𝒅𝒆𝒎á𝒙𝒊𝒎𝒂 é 𝒅𝒆𝒏𝒐𝒎𝒊𝒏𝒂𝒅𝒂 𝒄𝒐𝒆𝒇𝒊𝒄𝒊𝒆𝒏𝒕𝒆 𝒅𝒆 𝒔𝒐𝒍𝒖𝒃𝒊𝒍𝒊𝒅𝒂𝒅𝒆 𝒔𝒐𝒍𝒖çã𝒐 𝒔𝒐𝒃𝒓𝒆𝒔𝒔𝒂𝒕𝒖𝒓𝒂𝒅𝒂 𝒐𝒖 𝒔𝒖𝒑𝒆𝒓𝒔𝒂𝒕𝒖𝒓𝒂𝒅𝒂 ∶ 𝒒𝒖𝒂𝒏𝒅𝒐 𝒂 𝒒𝒖𝒂𝒏𝒕𝒊𝒅𝒂𝒅𝒆 𝒅𝒐 𝒔𝒐𝒍𝒖𝒕𝒐 é 𝒔𝒖𝒑𝒆𝒓𝒊𝒐𝒓 𝒂 𝒔𝒐𝒍𝒖𝒃𝒊𝒍𝒊𝒅𝒂𝒅𝒆 𝒅𝒐 𝒔𝒐𝒍𝒗𝒆𝒏𝒕𝒆 𝒂 𝒖𝒎𝒂 𝒅𝒂𝒅𝒂 𝒕𝒆𝒎𝒑𝒆𝒓𝒂𝒕𝒖𝒓𝒂. O ponto de saturação depende do soluto, do solvente e das condições físicas (a temperatura sempre influi, e a pressão é especialmente importante em soluções que contém gases). 15/05/2018 8 Conhecendo o coeficiente de solubilidade de uma substância, a diferentes temperaturas, poderemos construir um gráfico relacionando a solubilidade e a temperatura. Veja o exemplo do cloreto de amónio (𝑁𝐻4𝐶𝑙): 15/05/2018 9 Note que a solubilidade do 𝑁𝐻4𝐶𝑙 aumenta com a elevação da temperatura (curva ascendente), que é o que se verifica com a maioria das substâncias não- voláteis.A 𝒔𝒐𝒍𝒖𝒃𝒊𝒍𝒊𝒅𝒂𝒅𝒆 𝒅𝒐𝒔 𝒈𝒂𝒔𝒆𝒔 𝒏𝒐𝒔 𝒍í𝒒𝒖𝒊𝒅𝒐𝒔 𝒅𝒊𝒎𝒊𝒏𝒖𝒊 𝒄𝒐𝒎 𝒂 𝒕𝒆𝒎𝒑𝒆𝒓𝒂𝒕𝒖𝒓𝒂 Curva de solubilidade 15/05/2018 10 Na prática, só utilizam-se as soluções que encontram-se “abaixo” da curva de solubilidade; acima dessa curva estão as soluções sobressaturadas (supersaturadas), em que o excesso de soluto tende a precipitar. Para a maioria das substâncias, a solubilidade é directamente proporcional à temperatura; Essa proporcionalidade directa, geralmente ocorre quando o processo de dissolução é endotérmico(o solutos e dissolve com absorção de calor); as substâncias que se dissolvem com libertação de calor (dissolução exotérmica) tendem a ser menos solúveis a quente. 15/05/2018 11 Concentração das soluções e formas de expressá-las A composição de uma solução é descrita por sua concentração. Há várias formas de representação da concentração dependendo de como se expressa a quantidade de substância. 15/05/2018 12 𝑨 𝒄𝒐𝒏𝒄𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂çã𝒐 é 𝒂 𝒒𝒖𝒂𝒏𝒕𝒊𝒅𝒂𝒅𝒆 𝒅𝒆 𝒔𝒐𝒍𝒖𝒕𝒐 𝒑𝒓𝒆𝒔𝒆𝒏𝒕𝒆 𝒏𝒖𝒎𝒂 𝒅𝒂𝒅𝒂 𝒒𝒖𝒂𝒏𝒕𝒊𝒅𝒂𝒅𝒆 𝒅𝒆 𝒔𝒐𝒍𝒖çã𝒐 𝒐𝒖 𝒅𝒆 𝒔𝒐𝒍𝒗𝒆𝒏𝒕𝒆 I- Concentração percentual É a quantidade em grama (ou kg) de um determinado soluto em 100 gramas (ou 100 kg) de solução. Concentração percentual volumétrica (% v/m): É a quantidade em mililitro do soluto dissolvido em 100g de solução. 15/05/2018 13 𝐂% = 𝒎𝒂𝒔𝒔𝒂 𝒅𝒐 𝒔𝒐𝒍𝒖𝒕𝒐(𝒊) 𝒎𝒂𝒔𝒔𝒂 𝒅𝒂 𝒔𝒐𝒍𝒖çã𝒐 (𝒔) × 𝟏𝟎𝟎% = 𝒎𝒊 𝒎𝒔 × 𝟏𝟎𝟎% (𝒆𝒒 − 𝟏) II- Concentração simples É a quantidade de soluto em gramas dissolvidas em um litro da solução. 1ppm = 1 mg do soluto/1000 g de solvente = 1 mg do soluto/1000 ml da solução. 15/05/2018 14 𝐂% = 𝒎𝒂𝒔𝒔𝒂 𝒅𝒐 𝒔𝒐𝒍𝒖𝒕𝒐(𝒊) 𝒗𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆 𝒅𝒂 𝒔𝒐𝒍𝒖çã𝒐 (𝒔) × 𝟏𝟎𝟎% = 𝒎𝒊 𝑽𝒔 (𝒆𝒒 − 𝟐) Concentração parte por milhão (ppm) e parte por bilhão (ppb). Serve para descrever a composição das soluções muito diluídas, empregam-se a concentração ppm ( número de miligrama do soluto dissolvido em 1kg da solução) e ppb ( número de micrograma do soluto em 1kg da solução). Trata-se de soluções muito diluídas por isso, a densidade da solução é praticamente igual a do solvente puro ou no caso de soluções aquosas: III- Concentração molar (molaridade) É o número de moles do determinado soluto contido em litro da solução. É fácil demostrar que: A unidade de concentração mol.L-1 é frequentemente simbolizada por M. 15/05/2018 15 𝑪𝑴 = 𝒏ú𝒎𝒆𝒓𝒐 𝒅𝒆𝒎𝒐𝒍𝒆𝒔 𝒅𝒐 𝒔𝒐𝒍𝒖𝒕𝒐 𝒗𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆 𝒅𝒂 𝒔𝒐𝒍𝒖çã𝒐 𝒆𝒎 𝒍𝒊𝒕𝒓𝒐 = 𝒏𝒊 𝑽(𝒔) (𝒆𝒒 − 𝟑) 𝑪𝑴 = 𝒎𝒂𝒔𝒔𝒂 𝒅𝒐 𝒔𝒐𝒍𝒖𝒕𝒐 𝒆𝒎 𝒈𝒓𝒂𝒎𝒂 𝒎𝒂𝒔𝒔𝒂𝒎𝒐𝒍𝒂𝒓 𝒅𝒐 𝒔𝒐𝒍𝒖𝒕𝒐 𝒆𝒎 𝒈𝒓𝒂𝒎𝒂 × 𝒗𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆 𝒅𝒂 𝒔𝒐𝒍𝒖çã𝒐 𝒆𝒎 𝒍𝒊𝒕𝒓𝒐 = 𝒎𝒔𝒐𝒍𝒖𝒕𝒐 𝑴𝒔𝒐𝒍𝒖𝒕𝒐 × 𝑽(𝟏) ( 𝒆𝒒 − 𝟑𝒂) IV- Concentração molal (molalidade) É o número de moles de um soluto dissolvido em 1 kg de solvente. • Esta unidade de concentração (mol do soluto/ kg de solvente) é simbolizada por m. Por exemplo, uma solução aquosa da glicose de 0,125 mol/kg é representada por 0,125 m e diz-se: a molalidade da glicose é 0,125 molal 15/05/2018 16 ɱ = 𝒏ú𝒎𝒆𝒓𝒐 𝒅𝒆𝒎𝒐𝒍𝒆𝒔 𝒅𝒐 𝒔𝒐𝒍𝒖𝒕𝒐 𝒎𝒂𝒔𝒔𝒂 𝒅𝒐 𝒔𝒐𝒍𝒗𝒆𝒏𝒕𝒆 (𝑲𝒈) = 𝒏𝒊 𝒎𝒋 𝒆𝒎 𝒌𝒈 (𝒆𝒒 − 𝟒) V- Concentração normal (normalidade) • É o número de equivalente do soluto dissolvido em um litro da solução. No caso geral , o equivalente da substância A é calculada a partir da sua massa molar como seguinte: Na reacção de troca iónica 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑒quivalente = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑒𝑙é𝑐𝑡𝑟𝑜𝑛𝑖𝑐𝑎 𝑡𝑟𝑜𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑢𝑚𝑎𝑚𝑜𝑙𝑒 (𝑒𝑞 − 6) • Na reação de oxidação – redução Massa equivalente = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑙é𝑐𝑡𝑟õ𝑒𝑠 𝑡𝑟𝑜𝑐𝑎𝑑𝑜𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑢𝑚𝑎 𝑚𝑜𝑙𝑒 (𝑒𝑞 − 7) 15/05/2018 17 𝑁 = 𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑑𝑜 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑒𝑚 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑎 𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜 = 𝑚𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 (𝑒𝑚 𝑔𝑟𝑎𝑚𝑎) 𝐸𝑞 . × 𝑉 𝑒𝑚 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜 (𝒆𝒒 − 𝟓) VI- Fração molar (Xi) A fraçãomolar de um determinando soluto numa solução é definida como sendo a razão do seu número de moles por número total de moles de todos os componentes da solução. É evidente que X1 + X2 + … Xi + … + Xn = 1 ( eq-9) Na prática, empregar-se também a percentagem molar, quer dizer, a fração molar expressa em percentagem. 15/05/2018 18 𝑿𝒊 = 𝒏ú𝒎𝒆𝒓𝒐 𝒅𝒆𝒎𝒐𝒍𝒆𝒔 𝒅𝒐 𝒔𝒐𝒍𝒖𝒕𝒐 (𝒊) 𝒏ú𝒎𝒆𝒓𝒐 𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 𝒅𝒆𝒎𝒐𝒍𝒆𝒔 𝒅𝒂 𝒔𝒐𝒍𝒖çã𝒐(𝒔) = 𝒏𝒊 𝒏𝑻 𝒏𝒊 𝒎𝒋 𝒆𝒎 𝒌𝒈 (𝒆𝒒 − 𝟖) VII- Densidade • É a massa da solução contida em cada mililitros da solução. 15/05/2018 19 𝐝 = 𝒎𝒂𝒔𝒔𝒂 𝒅𝒐 𝒔𝒐𝒍𝒖çã𝒐(𝒔) 𝒗𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆 𝒅𝒂 𝒔𝒐𝒍𝒖çã𝒐 (𝒔) × 𝟏𝟎𝟎% = 𝒎𝒔 𝑽𝒔 (𝒆𝒒 − 𝟏𝟎) Preparação de solução Mecanismo de dissolução Consideramos a dissolução de um sólido num solvente líquido. Esta dissolução é constituída por 2 processos consecutivos. • Destruição da rede reticular. Devido a colisões das partículas do solvente com a superfície dos cristais do solido a ligação entre as partículas na rede reticular enfraquece-se e mesmo rompe-se. • Por causa do movimento térmico das partículas e por causa das interações entre as moléculas do solvente e as do soluto, as partículas do soluto são removidos da superfície do sólido e ficam distribuídas para o interior da fase líquida. 15/05/2018 20 • Solvatação. As partículas do soluto não ficam simplesmente distribuídos no seio do solvente mais sim, combinam -se com as partículas do solvente dando origem ás partículas solvatadas (hidratadas) de composição não definidas. 15/05/2018 21 Preparação de solução Na preparação de solução sujo o soluto for sólido envolve a pesagem a dissolução e por fim aferir o volume. Para este efeito inicialmente deve-se conhecer a massa a ser pesada para obtenção da concentração desejada. 15/05/2018 22 𝒎𝒊 = 𝑪𝑴 ×𝑴𝒊 × 𝑽𝒔 (𝒆𝒒 − 𝟏𝟏) 23Muito Obrigado
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