Soluções aquosas de substâncias inorgânicas

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Soluções aquosas de substâncias inorgânicas
Profa. Kátia Messias Bichinho
2010/2
UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA
Centro de Ciências Exatas e da Natureza Departamento de Química
Química Analítica Clássica 
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O que é uma solução?
Química Analítica Clássica 
Soluto
Solvente
Solução  produto homogêneo obtido quando se dissolve uma substância (soluto) em um solvente.
Solução aquosa quando o solvente é a água.
Reações Químicas
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A importância de soluções aquosas?
Química Analítica Clássica 
 Mais de 2/3 do planeta é coberto por água;
 Substância mais abundante no corpo humano;
 Propriedades físico-químicas únicas;
 Solvente para uma ampla variedade de substâncias, sendo considerado como solvente universal;
 Diversas reações bioquímicas, que garantem o adequado funcionamento do organismo humano, envolvem substâncias dissolvidas em água;
 Inúmeras reações químicas conhecidas ocorrem em meio aquoso. 
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O que são eletrólitos?
O que são não-eletrólitos?
Química Analítica Clássica 
Eletrólitos são substâncias químicas que formam íons quando dissolvidas em água ou outro solvente e assim produzem soluções que conduzem a corrente elétrica.
Eletrólitos Corrente elétrica
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Química Analítica Clássica 
Corrente elétrica
Conduz eletricidade
Não conduz eletricidade
Sofrem modificações
Eletrólitos
Não - Eletrólitos
Não se modificam
Substâncias inorgânicas (ácidos, bases e sais)
Substâncias orgânicas (glicose, glicerina etc.)
O que são eletrólitos?
O que são não-eletrólitos?
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Química Analítica Clássica 
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Química Analítica Clássica 
Teoria de dissociação eletrolítica
Corrente elétrica  conduzida pela migração de partículas carregadas em soluções de eletrólitos;
Soluções de eletrólitos  nº de partículas é 2, 3 ou mais vezes maior que nº de moléculas dissolvidas.
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Química Analítica Clássica 
Teoria de dissociação eletrolítica
Teoria de Arrhenius  moléculas dissociam-se reversivelmente em átomos ou grupamentos de átomos carregados que conduzem corrente elétrica.
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Química Analítica Clássica 
Teoria de dissociação eletrolítica
 Teoria de Debye-Hückel explica porque a condutividade molar de soluções de eletrólitos fortes é maior quando as soluções são mais diluídas.
Efeito de solvatação
Efeito eletroforético
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Química Analítica Clássica 
Teoria de dissociação eletrolítica
Processo de solvatação
Composto iônico
NaCl  Na+ + Cl-
Dissociação eletrolítica
CH3 OH
Dissolução apenas
Solubilização
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Química Analítica Clássica 
Teoria de dissociação eletrolítica
NaCl  Na+ + Cl-
MgSO4  Mg2+ + SO42-
CaCl2  Ca2+ + 2Cl-
Na2SO4  2Na+ + SO42-
Cargas positivas = cargas negativas
nº de cargas do íon = valência
Dissociação eletrolítica de substâncias inorgânicas:
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Química Analítica Clássica 
Teoria de dissociação eletrolítica
Grau de dissociação de uma substância química
 Não há dissociação
 Dissociação Total
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Química Analítica Clássica 
O que são eletrólitos fortes?
Eletrólitos fortes são substâncias químicas que se ionizam completamente em um solvente.
Eletrólitos fracos são substâncias químicas que se ionizam parcialmente em um solvente.
O que são eletrólitos fracos?
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Química Analítica Clássica 
Eletrólito fraco  Ex: ácido acético (CH3COOH)
Eletrólito Forte  Ex: cloreto de sódio (NaCl)
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Química Analítica Clássica 
Teoria de dissociação eletrolítica
Exemplos de eletrólitos fortes e fracos
TABELA 9-1 - Classificação de Eletrólitos
FORTES
1. Ácidos inorgânicos como HNO3, HClO4, *H2SO4, HCl, HI, HBr, HClO3, HBrO3
2. Hidróxidos alcalinos e alcalino-terrosos;
3. A maioria dos sais.
*H2SO4 é completamente dissociado para formar os íons HSO4 - e H3O+ e, por essa razão, é considerado um eletrólito forte. Deve-se
observar, entretanto, que o íon HSO4 - é um eletrólito fraco, sendo apenas parcialmente dissociado para formar SO42- e H3O+.
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Química Analítica Clássica 
Teoria de dissociação eletrolítica
Exemplos de eletrólitos fortes e fracos
TABELA 9-1 - Classificação de Eletrólitos
FRACOS 
Ácidos inorgânicos, incluindo H2CO3, H3BO3, H3PO4, H2S,
 H2SO3;
2. A maioria dos ácidos orgânicos;
3. Amônia e a maioria das bases orgânicas;
4. Haletos, cianetos e tiocianatos.
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Química Analítica Clássica 
EQUILÍBRIO QUÍMICO
Considerações
 1. As reações químicas não resultam na completa conversão de reagentes em produtos.
2. As reações químicas tendem a um estado de equilíbrio químico, descrito como a condição de reação em que a razão das concentrações de reagentes e produtos é constante. 
3. A constante de equilíbrio químico de uma dada reação é a expressão algébrica da razão das concentrações entre reagentes e produtos.
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EQUILÍBRIO QUÍMICO
ác.arsênico
iodeto
ác.arsênioso
triideto
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Química Analítica Clássica 
EQUILÍBRIO QUÍMICO
	Posição de equilíbrio químico: relação de concentração no estado de equilíbrio, que independe do caminho pelo qual o estado de equilíbrio foi alcançado, ou seja, considerado para reações reversíveis.
	Importante: as reações químicas não cessam quando o estado de equilíbrio químico é atingido. Em vez disso, as quantidades de reagentes consumidos e produtos formados são constantes, pois as velocidades das reações direta e inversa são idênticas.
	
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Química Analítica Clássica 
EQUILÍBRIO QUÍMICO E O PRINCÍPIO DE LE CHATELIER
	Perturbação aplicada ao sistema: altera a posição do equilíbrio. São exemplos de perturbações variações de temperatura, pressão ou concentração de reagentes ou produtos.
	Princípio de Le Chatelier diz que a posição de um equilíbrio químico sempre é deslocada no sentido que alivia ou minimiza a perturbação que é aplicada a um sistema. 
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Química Analítica Clássica 
EQUILÍBRIO QUÍMICO E O PRINCÍPIO DE LE CHATELIER
	1. Variação de temperatura aplicada a um sistema em estado de equilíbrio químico:
	
	
	A formação de amônia a partir de seus elementos é uma reação revesível: N2(g) + 3H 2(g)  2NH3(g)
	A formação da amônia é acompanhada pelo desprendimento de calor, ou seja, é uma reação exotérmica.
	A reação reversa, no entanto, absorve calor, ou seja, é uma reação endotérmica. 
	Se a temperatura do sistema em equilíbrio é aumentada, a reação que absorve calor será favorecida , promovendo decomposição da amônia até atingir novo estado de equilíbrio químico.
	Se resfriarmos o sistema, favoreceremos a formação da amônia.
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Química Analítica Clássica 
EQUILÍBRIO QUÍMICO E O PRINCÍPIO DE LE CHATELIER
	2. Variação de pressão aplicada a um sistema em estado de equilíbrio químico:
	
	A formação de iodeto de hidrogênio a partir de seus elementos é uma reação revesível em fase gasosa: 
1H2(g) + 1I2(g)  2HI(g)
	Os coeficientes estequiométricos das moléculas em cada lado da equação são iguais, ou seja, mesmo número de móis de reagentes e de produtos: não existe variação de volume quando se forma o HI.
	Nessa condição, se ocorrer um aumento de pressão, ambos as reações direta e inversa serão afetadas, ou seja, a composição da mistura no equilíbrio químico permanece constante.
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Química Analítica Clássica 
EQUILÍBRIO QUÍMICO E O PRINCÍPIO DE LE CHATELIER
	2. Variação de pressão aplicada a um sistema em estado de equilíbrio químico:
	
	Se avaliarmos a reação para a formação da amônia, o número de móis dos reagentes é quatro enquanto que do produto é dois:
1N2(g) + 3H 2(g)  2NH3(g)
	
	Isto significa que há diminuição de volume quando a amônia é formada. Um aumento da pressão favorecerá a formação da amônia, ou seja, favorecerá a formação de substâncias que ocupam um volume menor.
	* Lembre que aumentando a pressão, diminui o volume.
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EQUILÍBRIO QUÍMICO E O PRINCÍPIO DE LE CHATELIER3. Adição de reagentes ou produtos a um sistema em estado de equilíbrio químico.
	
	Considerando a reação:
1H2(g) + 1I2(g)  2HI(g)
	
	Adicionando-se uma quantidade de hidrogênio à mistura em estado de equilíbrio químico, observa-se aumento da quantidade de iodeto de hidrogênio quando o novo equilíbrio químico é atingido, ou seja, o sistema reagiu para remover parte do hidrogênio adicionado e deslocou a posição de equilíbrio para a formação de HI.
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Química Analítica Clássica 
EQUILÍBRIO QUÍMICO E A LEI DA AÇÃO DAS MASSAS
		O deslocamento da posição de equilíbrio químico decorrente da variação da quantidade de uma ou mais espécies químicas participantes de um sistema é chamado de Efeito da Ação das Massas.
	
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Química Analítica Clássica 
EQUILÍBRIO QUÍMICO E A LEI DA AÇÃO DAS MASSAS
	Deslocamento na posição do equilíbrio provocada pela adição de um dos reagentes ou produtos
Lei da ação das massas
	Equilíbrio químico: estado dinâmico no qual as velocidades das reações direta e inversa são idênticas.
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Química Analítica Clássica 
EQUILÍBRIO QUÍMICO
Expressão da constante de equilíbrio químico
wW + xX ⇆ yY + zZ
V1 = k1 x [W]w x [X]x	 V1 = V2 
V2 = k2 x [Y]y x [Z]z
Forma aproximada da constante de equilíbrio termodinâmica
 Obs: produtos sempre no numerador e reagentes no denominador.
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Química Analítica Clássica 
EQUILÍBRIO QUÍMICO
Expressão da constante de equilíbrio químico
 K é a constante de equilíbrio da reação.
 [W], [X], [Y], [Z]  concentração molar ou pressão parcial (atm)
 Se W, X, Y ou Z for um sólido ou um líquido puro, as concentrações destas espécies não serão incluídas na equação.
wW + xX ⇆ yY + zZ
Forma aproximada da constante de equilíbrio termodinâmica
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Química Analítica Clássica 
Constantes de equilíbrio químico
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Química Analítica Clássica 
EQUILÍBRIO QUÍMICO
Expressão exata da constante de equilíbrio
	aY, az, aw e ax  são as atividades das espécies 			Y, Z, W e X.
Constante de equilíbrio termodinâmica
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Química Analítica Clássica 
EQUILÍBRIO QUÍMICO
Expressão exata da constante de equilíbrio
Constante de equilíbrio termodinâmica
	aY, az, aw e ax  são as atividades das espécies Y, Z, W e X.
	A atividade de uma espécie química, uma grandeza termodinâmica, permite contabilizar os efeitos de eletrólitos sobre os equilíbrios químicos.
 A atividade ou concentração efetiva de uma espécie química depende da força iônica do meio. 
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Química Analítica Clássica 
EQUILÍBRIO QUÍMICO
Efeitos dos eletrólitos sobre os equilíbrios
	Por que o conceito de atividade é importante?
	Porque em equilíbrios iônicos, a atividade de uma espécie química e sua respectiva concentração podem ser significativamente diferentes.
	* Os equilíbrios também podem ser afetados por eletrólitos presentes na solução, mesmo que não estejam participando efetivamente da reação.
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Química Analítica Clássica 
EQUILÍBRIO QUÍMICO
Efeitos dos eletrólitos sobre os equilíbrios
	Por que ocorre o efeito de um eletrólito?
	O efeito de um eletrólito ocorre devido à atração eletrostática que se estabelece entre os íons do eletrólito e os íons da espécie química reagente de carga oposta Efeito salino ou efeito de blindagem.
	* Os equilíbrios também podem ser afetados por eletrólitos presentes na solução, mesmo que não estejam participando efetivamente da reação.
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Química Analítica Clássica 
EQUILÍBRIO QUÍMICO
Efeitos dos eletrólitos sobre os equilíbrios
	Por que ocorre o efeito salino?
	Eletrólitos que produzem íons de carga simples, como o NaCl e o KNO3, promovem efeitos similares, independentemente da natureza química do eletrólito, ou seja, o efeito está associado à valência.
	Quando apenas espécies neutras estão presentes, o efeito do eletrólito praticamente não é percebido no equilíbrio.
	* A magnitude do efeito do eletrólito é tanto maior quanto maior a carga: EFEITO CARGA
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Química Analítica Clássica 
EQUILÍBRIO QUÍMICO
Força iônica do meio reacional
			Em uma faixa de concentração considerável do eletrólito, o efeito do eletrólito depende apenas de um parâmetro de concentração chamado FORÇA IÔNICA , : quantidade e tipo de espécies iônicas em solução.
 =1/2 ([A]ZA2 + [B]ZB2 + [C]ZC2 .....)
[A], [B], [C]  concentração molar dos íons em solução
Za, Zb, Zc  carga dos íons 
	Para soluções com   0,1  O efeito do eletrólito não depende do tipo dos íons, depende de .
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Química Analítica Clássica 
EQUILÍBRIO QUÍMICO
Atividade, coeficiente de atividade e concentração
	O coeficiente de atividade é uma grandeza que permite relacionar a atividade e a concentração da espécie química no meio.
aX atividade da espécie X
[X]  concentração molar;
X grandeza adimensional chamada coeficiente de atividade
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 é uma medida de quanto a espécie influencia o equilíbrio do qual participa:
		Soluções diluídas   é mínima   =1  aX =[X]
		A  moderada ( < 0,1)   < 1
		A altos  ( > 0,1)   pode ser maior que 1. Interpretação do comportamento da solução é mais difícil.
Em soluções não muito concentradas:
		 independe do TIPO do eletrólito
		 depende apenas de 
  1, para molécula não carregada (independentemente da força iônica);
Para uma determinada    de íons de mesma carga são aproximadamente iguais, pequenas variações são atribuídas ao tamanho do íon hidratado.
 de um determinado íon  descreve seu comportamento em todos os equilíbrios em que ele participa.
Propriedades do coeficiente de atividade ()
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Química Analítica Clássica 
Atividade, coeficiente de atividade e concentração
a) À medida que:
	  zero
  1
	aX [X]
b) Para uma determinada  , o coeficiente de atividade se distancia cada vez mais da unidade à medida que a carga da espécie iônica aumenta. 
c) µ   
O efeito da força iônica µ sobre os coeficientes de atividade 
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Química Analítica Clássica 
Atividade, coeficiente de atividade e concentração
			O coeficiente de atividade para uma molécula não carregada é aproximadamente unitário, independente da força iônica.
			Em uma dada força iônica, os coeficientes de atividade dos íons de mesma carga são aproximadamente iguais . As pequenas variações que existem tem relação com o diâmetro efetivo dos íons hidratados. Exemplo: íons sódio e íons potássio.
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Química Analítica Clássica 
Atividade, coeficiente de atividade e concentração
			O coeficiente de atividade de uma dada espécie descreve o comportamento efetivo da espécie em todos os equilíbrios em que ela participa. Por exemplo, em uma dada força iônica, o coeficiente de atividade do cianeto (CN-) descreve dessa espécie em qualquer um dos equilíbrios:
HCN + H2O ↔ H3O+ + CN-
Ag+ + CN- ↔ AgCN(s)
Ni2+ + 4CN- ↔ Ni(CN)42-
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Química Analítica Clássica 
Equação de Debye-Hückel
	Em 1923, Debye e Hückel utilizaram o modelo iônico para descrever uma equação que permitisse calcular o coeficiente de atividade de íons a partir suas cargas e de seu tamanho médio de íon hidratado.
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Química Analítica Clássica 
Equação de Debye-Hückel
X = coeficiente de atividade da espécie X;
ZX = carga da espécie X;
 = força iônica da solução;
X = diâmetro efetivo do íon X hidratado em nanômetros (10-9 m)
0,51 e 0,33  constantes (para soluções aquosas a 25 0C)
 para   0,1 mol L-1
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Química Analítica Clássica 
Atividade e coeficientes de atividade para íons a 250 C
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