5º RELATÓRIO - Preparo de Soluções - 6,07

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
DISCIPLINA: QUÍMICA GERAL
PROFESSORA: ANDRÉA FERRAZ
RELATÓRIO DE EXPERIMENTO
“PREPARO DE SOLUÇÕES”
Alunos: Audenor dos Santos Ribeiro Júnior 
 Bruno Rafael da Silva Santos
Turma: Engenharia Elétrica 2012.2 
Data: 30/01/2013
Juazeiro-Bahia
INTRODUÇÃO TEÓRICA
Soluções têm alto emprego na análise química. Por isso, é fundamental o conhecimento sobre preparo de soluções, bem como saber trabalhar corretamente com os instrumentos utilizados como a balança analítica e as vidrarias utilizadas, além do que é também importante o conhecimento sobre os diversos modos de expressar uma concentração. Define-se solução como a mistura homogênea entre duas ou mais substâncias. Uma solução é constituída de duas porções: soluto e solvente. A porção da solução maior quantidade é chamada de solvente, e a porção da dispersão em menor quantidade é chamada de soluto. Uma solução também tem a seguinte característica, o soluto possuir um diâmetro médio inferior a 1nm. 1 nm (Nanômetro) = 10–9 m (metros)[1].
As soluções se diferenciam quanto a alguns fatores principais: estado físico, condutibilidade elétrica e também podem ser classificadas segundo a relação existente entre a quantidade de solvente como insaturadas, saturadas e supersaturadas. E ainda é comum, classificar as soluções em diluídas ou concentradas, considerando a proporção entre soluto e solvente.
Quanto ao tamanho, a solução é denominada verdadeira quando as partículas dispersas são menores que 1 nm. Como exemplo, temos água e sal, água e açúcar, água e álcool. Se o tamanho das partículas estiver entre 1 e 100 nm, pode-se denominar esta solução de coloidal. Exemplo: gelatina, goma de tacaca, tinta. Já se as partículas ultrapassarem 100 nm de tamanho, a solução passa a ser chamada de grosseira ou suspensão. Um exemplo é a água e areia.
Classificando a partir da concentração, temos a solução diluída, que é quando se tem pouco soluto em relação ao solvente, e a solução concentrada, que é quando se tem muito soluto em relação ao solvente.
Já sobre a saturação, pode-se afirmar que a solução é insaturada quando contém, a uma determinada temperatura, uma quantidade de soluto inferior ao coeficiente de solubilidade nessa temperatura; saturada quando contém, a uma determinada temperatura, uma quantidade de soluto dissolvido exatamente igual ao coeficiente de solubilidade nessa temperatura; e supersaturada quando contém, a uma determinada temperatura, uma quantidade de soluto dissolvido superior ao coeficiente de solubilidade da substância nessa temperatura.
E sobre o estado físico, considera-se o estado físico da solução, podem ser Gasosa: todos os componentes se encontram no estado gasoso, como por exemplo, o ar; Líquida: Pelo menos um dos componentes está no estado líquido, Sólidas: Os componentes dessas soluções estão no estado sólido à temperatura ambiente, essas soluções são também chamadas de ligas. [2] 
OBJETIVOS
Tomar conhecimento prático do preparo de soluções, como também fazer diluições de substâncias. Neste experimento serão preparadas soluções aquosas de ácido nítrico 0,1 mol/L, hidróxido de sódio 0,1 mol/L, além de preparar uma solução aquosa de cloreto de sódio 0,1 mol/L e fazer uma diluição para obter uma solução a 0,01 mol/L da solução de cloreto de sódio anterior.
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Material Utilizado
Vidrarias
Béquer de 50 mL
Béquer de 250 mL
Bastão de Vidro
Tubos de Ensaio
Balão Volumétrico de 50 mL
Balão Volumétrico de 100 mL
Balão Volumétrico de 200 mL
Pipeta Graduada de 1 mL
Pipeta Volumétrica de 5 mL
Equipamentos
Pêra de Borracha
Pisseta com Água Destilada
Balança Analítica
Capela
Reagentes
Ácido Nítrico (HNO3)
Cloreto de Sódio ()
Hidróxido de Sódio (NaOH)
Procedimento
O experimento foi bem simples e básico e foi dividido em 3 etapas:
Etapa 1: Preparar 200 mL de uma Solução (NaOH) a 0,1 mol.L-1
Inicialmente foi calculada a massa do NaOH que seria necessária para o preparo dessa solução com um volume de 200 mL, pesamos o béquer de 50 mL, e anotamos o resultado, com a ajuda do mesmo introduzimos o NaOH rapidamente em seu interior até atingir a massa desejada, após adicionamos água destilada suficiente para dissolve-lo, após transferimos a solução do para o balão de 200 mL que apresenta a capacidade de volume que queremos nessa etapa com ajuda do bastão de vidro, direcionando o fluxo, repetimos o processo algumas vezes até constatarmos que não havia mais resíduos da substância no béquer, finalizando preenchemos o balão com água destilada até a marca do menisco, fechamos o mesmo, e homogeneizamos a solução. 
Etapa 2: Preparar 100 mL de uma solução de (NHO3) a 0,1 mol.L-1
Utilizamos para essa etapa um béquer de 100 mL, adicionamos 20 mL de água destilada ao mesmo, com o auxilio de um pêra de sucção anexada a pipeta graduada de 1 mL, e também utilizando a capela como meio de proteção, por ser o ácido nítrico perigoso, provocando queimaduras em contato com a pele, transferimos lentamente o volume calculado para o béquer com a ajuda do bastão de vidro, direcionando o fluxo, o ácido foi homogeneizado com a água, após transferimos a solução para o balão de 100 mL, completamos com água até atingir a altura do menisco, fechamos o mesmo, e homogeneizamos a solução.
Etapa 3a: Preparar 50 mL de uma solução de (NaCl) a 0,1 mol.L-1
Utilizando um béquer de 50 mL, e transferimos para o mesmo a quantidade da massa calcula com a ajuda da balança analítica, adicionamos água a esse béquer para dissolver o cloreto de Sódio, após transferimos a solução para o balão de 50 mL com a ajuda do bastão de vidro, direcionando o fluxo, repetimos o procedimento até não haver mais resíduos do NaCl no béquer, completamos com água até atingir a altura do menisco, fechamos o mesmo, e homogeneizamos a solução.
Etapa 3b: Preparar 50 mL de uma solução de (NaCl) a 0,01 mol.L-1
Foi retirado o volume calculado da solução acima e a transferimos para um outro balão de 50 mL, completamos o mesmo com água até atingir a altura do menisco, fechamos o balão, e homogeneizamos a solução.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Sabemos que o Título deste relatório e experimento é: Preparo de Soluções, mas o que é uma solução? Como já foi citado, solução é uma mistura entre dois ou mais componentes, que apresentam uma única fase, para que exista uma solução é necessário ter esses componentes que são solvente e soluto. 
O solvente deve envolver as partículas de um ou mais soluto num processo chamado solvatação, dessa maneira os mesmos se relacionam e definem uma lei básica chamada concentração molar ou molaridade (M) que é expressa em mol/L (lê-se mol por litro) e está apresentada n fórmula seguinte:
Fórmula 1a: Concentração Molar ou Molaridade (M).
[ M = n1 ]
 V
(M: Molaridade em mol/L. / n1: Números de Mols de Moléculas do Soluto/ V: Volume da Solução (L))
Sabendo que n1 é calculado da seguinte forma:
[ n1 = m1 ]
 M1
(n1: Números de Mols de Moléculas do Soluto / m1: Massa do Soluto (g) / M1: Massa Molar do Soluto (g))
Substituindo-se os termos obtemos a real fórmula da concentração:
Fórmula 1b: Concentração Molar ou Molaridade (M).
[ M = m1 ]
 M1 x V
(M: Molaridade em mol/L. / m1: Massa do Soluto (g) / M1: Massa Molar do Soluto (g) / V: Volume da Solução (L))
Fundamentando-se na formula 1, iniciaremos a discussão com os valores dos volumes obtidos em cada uma das etapas aqui apresentadas. Para melhor visualização apresentaremos a seguir uma tabela:
Tabela 1: Valores usados nos Cálculos das Etapas do Experimento.
	ETAPA
	SUBST.
	CM
	M. MOLAR
	VOLUME
	M. SOLUTO
	1
	NaOH
	0,1
	40 g
	0,20 L
	0,800 g
	2
	HNO3
	0,1
	63 g
	0,10 L
	0,630 g
	3a
	NaCl
	0,1
	58 g
	0,05 L
	0,290 g
	3b
	NaCl
	0,01
	58 g
	0,05 L0,029 g
OBS.: CM: Concentração Molar (mol.L-1) 
 M. MOLAR: Massa Molar (g) 
 VOLUME: Litros (L) 
 M. SOLUTO: Massa do Soluto (g).
------------------------------------------------------------------------------------------------------
Prosseguindo a análise verificamos na segunda coluna da tabela os reagentes do experimento que são: Hidróxido de Sódio (NaOH), Ácido Nítrico (HNO3) e Cloreto de Sódio ().
Precisamos saber agora como obtivemos certos valores, a concentração molar ou molaridade expressos na terceira coluna, já foi previamente estabelecida porém no final da discussão ela apresentará outros valores bem próximos a estes denotados na tabela 1, devido a não exata quantidade de massa utilizada do soluto, tínhamos a massa que deveríamos usar calculada anteriormente, porém dispúnhamos de recursos limitados onde não se pôde obter o valor exato calculado para as massas, porém mesmo assim os valores dessas massas medidos através da balança analítica muito se aproximam desses valores, dessa forma os mesmos quase que não alteram os valores da concentração pré-estabelecida, como veremos no final do experimento na tabela 4. 
A tabela a seguir informará como chegamos aos valores da massa molar dos solutos expresso na quarta coluna da tabela acima, a massa molar é medida através da soma das massa atômica das substâncias que compõem o soluto. 
Sendo assim se um certo elemento de uma substância possui um índice , o mesmo é multiplicado pelo valor da massa atômica correspondente desse elemento, exemplificando o que foi dito acima, observemos esta tabela.
Tabela 2: Massa Molar das Substâncias-Solutos.
	MASSA ATÔMICA (g)
	ETAPA
	SUBST.
	Na
	O
	H
	N
	Cl
	TOTAL
	1
	NaOH
	23 
	16
	1
	
	
	40
	2
	HNO3
	
	16 x 3
	1
	14
	
	63
	3a
	NaCl
	23
	
	
	
	35
	58
	3b
	NaCl
	23
	
	
	
	35
	58
OBS.: As células hachuradas indicam que não fazem parte da substância.
Igualmente a concentração os valores dos volumes expressos na quinta coluna da tabela 1, nos quais as soluções se concentrariam em cada etapa já foram determinados pelo experimento, resta apenas discutirmos os valores da sexta coluna da tabela 1, que são as massas obtidas para a realização do experimento, começando pela etapa um, o soluto utilizado foi o NaOH, que estava em estado sólido, dessa forma calculamos a massa que seria utilizada do mesmo que resultou em 0,8 g, porém como já foi explicado, não obtivemos exatamente esse valor, obtivemos um valor aproximado, apresentado na tabela a seguir, lembrando que utilizamos o béquer para obtenção dessa massa.
Tabela 3: Massa do NaOH obtida.
	ETAPA
	SUBST.
	B .VAZIO (g)
	B. c/ NaOH (g)
	MASSA (g)
	1
	NaOH
	50,8670
	51,6107
	0,7437 
OBS.: B. VAZIO: Béquer Vazio / B. c/ NaOH: Béquer com NaOH.
Ao misturarmos o NaOH com a água, observou-se um aumento de temperatura, sendo assim é uma mistura exotérmica, ou seja, libera calor, o béquer ficou quente, porém como era pequena a quantidade usada, não causou nenhum dano, em alguns casos, se o hidróxido de sódio se depositar no fundo do "recipiente", e não houver agitação, pode haver até mesmo borbulhamento. Essa liberação de calor ocorre porque a água separa o Na+ do OH-, solvatando tanto um como outro, para isso precisa de muita energia, consequentemente há a liberação dessa energia em forma de calor.
 Como observado na tabela acima o valor da massa obtido foi um pouco inferior ao calculado dessa forma utilizando a fórmula 1, calculamos a nova concentração, apresentada a seguir.
Equação 1: Nova Concentração do NaOH.
[ M = 0,7437 ] = 0,093 mol.L-1
 40 x 0,2
(M: Molaridade em mol/L. / m1: Massa do Soluto (g) / M1: Massa Molar do Soluto (g) / V: Volume da Solução (L))
Observamos que o valor da nova concentração muito se aproximo do valor sugerido para a etapa que era de 0,1 mol.L-1, dessa forma temos um resultado final para essa etapa bem satisfatório e proveitoso.
Analisando agora a etapa 2 que usou o Ácido Nítrico (HNO3) como soluto, observamos que o seu valor na tabela está em massa, que é o valor que encontramos ao calcular a concentração para o mesmo, porém ele se encontra em estado liquido, dessa forma precisamos calcular não a massa mais sim o volume que será utilizado no preparo dessa solução que preestabelece uma concentração de 0,1 mol/L e um volume de 100 mL, para tal fim precisamos retomar o conceito da densidade, expresso na fórmula:
Fórmula 2: Densidade.
[ d = M ]
 V
(d: densidade / M: Massa / V: Volume)
Conhecendo-se a densidade e já sabendo o valor da massa do Ácido Nítrico (HNO3), seria muito fácil agora, substituirmos esses valores na fórmula acima e encontraríamos a densidade, porém não é vem assim, esse ácido não está concentrado a 100 %, o que facilitaria os cálculos ele está a 70 %, dessa forma entra um outro conceito que é a Titulação, nesse caso a Titulação em Massa e a Titulação Percentual que estão expressas nas fórmulas abaixo:
Fórmula 3: Titulação em Massa.
[ T = m1 ]
 m
(T: Titulação em Massa / m1: Massa do Soluto (g) / m: Massa da Solução (g))
Fórmula 4: Titulação Percentual.
[ T% = T x 100 ]
(T: Titulação Percentual / T: Titulação em Massa)
Com essas informações constrói-se uma tabela para melhor entendimento, desta segunda etapa.
Tabela 4: Informações do NHO3
	ETAPA
	SUBST.
	DENSIDADE g/mL
	TITULAÇÃO %
	MASSA (g)
	2
	NHO3
	1,42
	70
	0,630
Utilizando-se da fórmula 1b e tendo o conhecimento que para essa etapa a concentração é 0,1 mol.L-1 e que o volume é 100 mL ou 0,1 L, encontramos o números de mols do soluto através da equação abaixo.
Equação 2: Número de Mols do Soluto.
[ n1 = 0,1 x 0,1 ] [ n1 = 0,01 mol ] 
 
(M: Molaridade em mol/L-1. / n1: Números de Mols de Moléculas do Soluto/ V: Volume da Solução (L))
Com esse valor obteríamos a mesma massa de 0,63 g, se considerássemos 1 mol a 63 g de NHO3, correlacionando-se dessa forma:
Equação 3: Relação entre Mols e Massas.
[ 1 mol ---------------------- 63 g NHO3 ] 
[ 0,01 mol -------------------- 0,63 g NHO3 ] 
(Utilizou-se da Regra de Três)
Através da Titulação sabemos que a cada 100 g de Solução, 70 g são de NHO3, então quantos gramas de solução precisaríamos para dissolver 0,63 g? A resposta está na equação abaixo:
Equação 4: Relação entre Massa da Solução e Massa do Soluto.
[ 100 g Solução ---------------------- 70 g NHO3 ] 
 [ X g --------------------- 0,63 g NHO3 ] 
(Utilizou-se da Regra de Três)
Encontrou-se para X, 0,9 g, ou seja a massa da solução necessária para dissolver 0,63 g de NHO3, enfim com o valor dessa massa encontrada através da fórmula 4 e a densidade do NHO3 podemos calcular agora o volume que utilizaremos através da fórmula 2, exemplificada na equação 5, 
Equação 5: Densidade.
[ 1,42 = 0,9 ] 
 V
[ V = 0,9 ]
 1,42
[ V = 0,63 mL ]
 
(d: densidade (g/mL) / M: Massa (g) / V: Volume (mL))
Concluímos assim a etapa 2, onde não se obteve um valor diferente do calculado, ou seja esse valor encontrado de 0,63 ml, foi justamente o valor utilizado para o preparo da solução.
Por ultimo a etapa 3 foi dividida em duas, iniciando-se pela etapa 3a, onde utilizamos como soluto o Cloreto de Sódio (), que contrariamente a etapa dois, o mesmo se encontra em estado sólido, o que facilitara os cálculos, primeiro apresentaremos o valor da massa encontrado, lembrando que utilizamos o vidro relógio para a pesagem na balança analítica.
Tabela 5: Massa do NaCl obtida.
	ETAPA
	SUBST.
	V.VAZIO (g)
	V. c/ NaOH (g)
	MASSA (g)
	1
	NaCl
	24,3488
	24,6441
	0,2953
OBS.: V. VAZIO: Vidro Vazio / V. c/ NaOH: Vidro com NaOH.
Ao misturar NaCl com H2O, não ocorre nenhuma reação apenas o sal dissocia-se na água e a mesma divide o soluto que nesse caso é o sal em Na+(cátion) + Cl-(ânion), ou seja nessa mistura não háproduto e sim uma solução cuja concentração dependera das quantidades de cada um dos componente da mesma que são o solvente e o soluto, para concluir-se a analise desta etapa, resta apenas calcular o valor da nova concentração, devido a massa não ser exatamente aquela previamente calculada.
Equação 6: Nova Concentração do NaCl.
[ M = 0,2953 ] = 0,102 mol.L-1
 58 x 0,05
(M: Molaridade em mol/L. / m1: Massa do Soluto (g) / M1: Massa Molar do Soluto (g) / V: Volume da Solução (L))
Essa pequena diferença da massa quase que não alterou a concentração estabelecida para essa etapa, que era de 0,1 mol.L-1, a diferença existiu porém a mesma não prejudica essa etapa do experimento.
Finalizando a discussão analisaremos a etapa 3b que dependia da etapa 3a, observando a tabela 1, e comparando as concentrações entres essas duas etapas, percebe-se que a concentração da etapa 3b é a decima parte da concentração da etapa 3a, de modo que a massa molar e o volumes são iguais em ambas, o que conclui-se que seja necessário também a décima parte da massa da etapa 3a para obter essa concentração, essa relação está expressa na equação abaixo.
Equação 7: Relação entre as Massas e Concentrações entre as etapas 3a e 3b.
[ 0,1 mol.L-1 ----------------------- 0,29 g ] 
[ 0,01 mol.L-1 --------------------- 0,029 g ]
(Utilizou-se da Regra de Três)
Utilizando a fórmula 1b, concluímos assim essa análise, com o cálculo do volume que será necessário retirar da solução da etapa 3a, para produzir a solução da etapa 3b, o calculo se apresenta na equação abaixo.
Equação 8: Cálculo do Volume necessário para a etapa 3b.
[ 0,01 = 0,029 g ] [ V = 0,05 L ]
 58 x V
(M: Molaridade em mol/L. / m1: Massa do Soluto (g) / M1: Massa Molar do Soluto (g) / V: Volume da Solução (L))
Dessa forma foi feito, retirou-se os 5 mL da Solução da etapa 3a, adicionou-se a outro balão de 50 mL, preenche-se com água e homogeneizou a solução, como já foi dito o valor obtido para a massa do NaCl, não foi exatamente igual a calculado, porém a mesma não interfere significativamente na concentração ou no volume esperados, sendo assim precisa-se também apresentar o calculo da nova concentração para essa massa encontrada.
Equação 9: Nova Concentração do NaCl.
[ M = 0,02953 ] = 0,0102 mol.L-1
 58 x 0,05
(M: Molaridade em mol/L. / m1: Massa do Soluto (g) / M1: Massa Molar do Soluto (g) / V: Volume da Solução (L))
O fechamento dessa discussão será feito com um gráfico que apresenta o desvio padrão dos valores encontrados das massas encontradas em cada etapa versus os volumes das mesmas, antes precisa ser apresentada a fórmula do desvio padrão.
Fórmula 4: Desvio Padrão
[ S = ( ∑ ( Vi – V )² ]
 N – 1
(S: Desvio Padrão / ∑: Somatório dos volumes / N: Numero de Termos / Vi: Volume / V: Volume Médio)
Gráfico 1: Desvio padrão médio x Volume real transferido pela Bureta.
Analisando este Gráfico vemos que a pouca diferença em relação as massas dos solutos calculas e as obtido não alterou perceptivelmente nada o resultado, o desvio padrão é quase que 0 (zero), dessa forma o experimento, foi bem proveitoso e forçadamente preciso. 
CONCLUSÕES
A preparação de soluções a determinadas concentrações consiste em prática básica que será usada ao longo do processo de análises laboratoriais. A importância da precisão dos cálculos, assim como a utilização correta dos equipamentos manuseados é de extrema importância para segurança nos resultados. A concentração molar por quantidade de matéria foi o método utilizado para preparação das soluções.
REFERËNCIAS
[1] Solução, Física net, disponível em: <http://www.fisica.net/quimica/resumo18.htm
Acessado em 05 Fev. De 2013
[2] Soluções, Brasil escola, disponível em: <http://www.infoescola.com/quimica/solucoes/
Acessado em 05 Fev. De 2013
QUESTÕES
Depende, podem ocorrer os dois casos na dissolução, por exemplo, a dissolução do Hidróxido de Sódio em água foi altamente exotérmica. Por outro lado algumas substâncias precisam ser aquecidas para se dissolverem.
Considerando-se que a massa do Permanganato de potássio seja de 158g/mol, queremos uma concentração de 1mol/L.
[ 158 g Solução ---------------------- 1 L ] 
[ X g --------------------- 0,5 L ]
Logo: X=79g
Considerando-se a massa do ácido sulfúrico é de 98g/mol, e queremos uma solução com concentração de 1mol/L,
[ 98 g Solução ---------------------- 1 L ] 
[ Y g -------------------- 0,25 L ]
Logo: Y=24,5g