Aspectos quantitativos das soluções (frações molares, Título e densidade

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 Ciências da Natureza e suas 
Tecnologias - Química
Ensino Médio, 2º Ano
Aspectos quantitativos das soluções 
(frações molares, Título e densidade)
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QUÍMICA – 2º ANO DO ENSINO MÉDIO
 ASPECTOS QUANTITATIVOS DAS SOLUÇÕES 
ASPECTOS QUANTITATIVOS DAS SOLUÇÕES  
É um aspecto muito importante a saber que, nas práticas de química, as reações geralmente ocorrem quando os reagentes estão em solução e, como já foi visto, uma solução tem suas propriedades ligadas a como é estabelecida a proporção entre a quantidade de substância dissolvida (soluto) e a quantidade da que a está dissolvendo (solvente). Consequentemente, para lidar com as soluções, devemos conhecer essa proporção existente entre as quantidades de soluto e solvente ou ainda de soluto e de solução, através de processos de medição e análise. A esse procedimento chamamos de medir, ou quantificar a concentração das soluções.
   Existem diversas maneiras de determinar a concentração de uma solução.
FONTE:http://crispassinato.wordpress.com/2008/06/18/fisico-quimica-e-iii-ufsc-concentracoes-de-solucoes/  
Imagem : Leandro Maranghetti Lourenço/ GNU Free Documentation License
Imagem : El Carlos/ GNU Free Documentation License
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Um exemplo bastante significativo da importância desses aspectos quantitativos é o que está expresso nos rótulos de alimentos, remédios, desinfetantes etc.
“Os rótulos dos alimentos são como uma bula de remédio”
O rótulo nutricional dos produtos alimentícios deve apresentar informações como: nome do produto, lista de ingredientes em ordem decrescente de quantidade, conteúdo líquido (em gramas ou mililitros), medida caseira equivalente a porção, lote e prazo de validade, identificação da origem do produto, valor calórico, carboidratos, proteínas, gorduras totais, gorduras saturadas, gordura trans, colesterol, fibra alimentar, cálcio, ferro e sódio. 
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EXEMPLOS DE RÓTULOS DE ALGUNS PRODUTOS
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Imagem : Dorgan/ GNU Free Documentation License
Imagem : Itayba/Disponibilizada por Matanya/ GNU Free Documentation License
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Pode ser gostoso, mas não necessariamente nutritivo. Quem não olha direito o rótulo daquilo que põe no carrinho, corre o risco de ver o ponteiro da balança subir. Mas não basta ler, é preciso entender o que está ali impresso no rótulo para assim fazer a melhor escolha”.
FONTE:http://bbel.uol.com.br/qualidade-de-vida/post/rotulos-de-alimentos-ler-entender-e-comparar.aspx
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AS CONCENTRAÇÕES DAS SOLUÇÕES
Existem diferentes razões que podem ser estabelecidas entre as quantidades de soluto, solvente e solução. Tais razões são denominadas genericamente concentrações. As quantidades de soluto, solvente e solução podem ser expressas em massa (g, kg etc.), em volume(mL, cm3, L, etc.), em número de moles ou em número de equivalentes. Os tipos mais comuns de concentração são: 
1 - Título (T) 2- Fração molar (X) 3 - Densidade absoluta (d)
Utilizaremos o índice 1 para o soluto e o índice 2 para o solvente, enquanto que para a solução não utilizaremos índice.
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TÍTULO (TÍTULO EM MASSA)
Título é um número puro, isto é, sem unidade, e chamamos de título de uma solução a razão estabelecida entre a massa do soluto (m1) e a massa dessa solução (m), ambas medidas na mesma unidade. Assim temos: 
 
T1 = m1/ m1 + m2 (em relação ao soluto) ou T2 = m2/ m1 + m2 (em relação ao solvente)
Onde: m1 = massa do soluto; m2 = massa do solvente ; m = m1 + m2 = massa da solução.
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O título também pode ser expresso em porcentagem (P%) em massa do soluto na solução fazendo:
P1 = 100×T Assim, se o título de uma solução e 0,2, isso significa que P1 = 100×0,2 = 20. Isso quer dizer que a solução apresenta 20% em massa de soluto e, evidentemente, 80% em massa do solvente.
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EXERCÍCIO RESOLVIDO 1. 
Uma solução é preparada dissolvendo-se 50 g de açúcar em 0,45 kg de água. Qual o título dessa solução e qual a porcentagem em massa do soluto?
Resolução:
O açúcar e o soluto: m1 = 50g.
A água e o solvente: m2 = 0,45 kg = 450 g. T = 0,1
Logo: P1 = 100×T Þ P1 = 100×0,1 Þ p1 = 10% Resposta: 0,1 e 10% em massa do soluto.
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T = m1 T = 50 g = 50 g
 m1 + m2 50 g + 450g 500 g 
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EXERCÍCIO RESOLVIDO 2. 
Uma solução contém 15 g de sal dissolvido em certa quantidade de água. Calcular a massa da solução, sabendo que ela contém 80% em massa de solvente.
Resolução:
O sal e o soluto: m1 = 15 g; A água e o solvente: 80%.
Como há 80% de solvente, os 20% restantes são de
soluto. Então: Este problema poderia também
 ser resolvido com o auxilio das fórmulas:
Resposta: m = 75 g
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p1 = 100T 20 = 100T T = 20 = 0,2 
T = m1 0,2 = 15 m = 15 = 75 g
 m m 0,2
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 EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO EM SALA DE AULA
01.  Calcular a porcentagem, em massa do soluto, de uma solução formada, quando foram utilizados 40g de cloreto de sódio para serem dissolvidos em 60g de água. R: 40% 
02. Uma solução aquosa de hidróxido de sódio é preparada, misturando-se 20g de soluto com 140g de solvente. Qual a porcentagem, em massa, do soluto na solução? R: 12.5% 
03.  (F.F.O.Diamantina-MG) Quantos gramas de água são necessários, a fim de preparar uma solução a 20% em peso, usando 80g de soluto? R: 320g 
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04.   (PUC-Camp-SP) Tem-se um frasco de soro glicosado, a 5% (solução aquosa de 5% em massa de glicose). Para preparar 1 kg desse soro, quantos gramas de glicose devem ser dissolvidos em água? R: 50g
05.   (E.E.Mauá-SP) Uma solução de um dado soluto foi preparada a partir de 160g de água. Se o título da solução é 0,2, calcule  a massa do soluto. R: 40g 
06.   A análise revelou que um vinho contém 48 mL de álcool em cada caneca de 300 mL. Qual o título em volume desse vinho? E em porcentagem? R: 0,16 e 16% 
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07 - Uma solução foi preparada a partir de 160g de H2O e um soluto qualquer. Se o título da solução é de 0,2. Calcule a massa do soluto e a massa total da solução. 
 Resp. 40g e 200g
08 - Determine a porcentagem em massa do soluto de uma solução que contém 75 g de nitrato de prata (AgNO3) dissolvidos em 425 g de água. 
Resp. 15%
09 - 20 gramas de NaOH são dissolvidos em 36 gramas de água. Calcule o título da solução e a porcentagem em massa do solvente. 
Resp.35,7%
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FRAÇÃO MOLAR (FRAÇÃO EM QUANTIDADE DE MATÉRIA)
Fração molar é um número puro, isso é, sem unidades que expressam a relação entre as partes e o todo de uma solução. Para uma solução, são consideradas duas frações molares: a fração molar do soluto e a fração molar do solvente. 
A fração molar do soluto (x1 = n1/n = n1 + n2) é a razão estabelecida entre o número de moles de moléculas do soluto e o número total de moles de moléculas da solução. 
A fração molar do solvente (x2= n2/n = n1 + n2) é a razão estabelecida entre o número de mols de moléculas do solvente e o número total de mols de moléculas da solução. 
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Onde: n1 = número de mols do soluto; n2= número de mols do solvente; x1 = fração molar do soluto; x2 = fração molar do solvente; e n = n1 + n2 = número de mols total da solução.
O número de mols pode ser calculado através da razão massa por mol. Assim:
n1 = m1/ mol1 e n2 = m2/ mol2 
Pode-se provar que para qualquer solução a soma das frações molares (soluto e solvente) é igual a 1.
FONTE: http://w3.ufsm.br/juca/concentracoes.htm: 
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EXERCÍCIO RESOLVIDO 01. 
(PUCC) Se dissolvermos 40 g de hidróxido de sódio em 162 g de água, a quente, a fração molar do soluto será: Dados: Na = 23;  O =16; H = 1  		 
 Dados: m1 = 40 g; m2 = 162 g 
 mol1 = 40 g; mol2 = 18 g
a) 0,2 de posse desses dados temos: b) 0,02 c) 0,1 n1 = m1 / mol1 = 40:40 = 1 d) 0,01 n2 = m2 / mol2 = 162:18 = 9 e) n.d.a.
 logo, x1 = n1/ n1 + n2 = 1/ 1 + 9 = 1/10 = 0,1	
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EXERCÍCIO RESOLVIDO 02 :
Em uma solução contém 18,0 g de glicose (C6H12O6), 24,0 g de ácido acético (C2H4O2) e 81,0 g de água. Qual a fração molar de ácido acético na solução? ( C = 12 g/mol; H = 1 g/mol; O = 16 g/mol)
Cálculo da massa molar: Fazendo uso da relação x1 = n1/ n1 + n2 + n3 
Mol 1 = 6.12 + 12.1 + 6.16 = 180 g temos x2 = 0,4 / 0,1 + 0,4 + 4,5 = 0,4 / 5 = 0,08
Mol 2 = 2.12 + 4.1 + 2.16 = 60 g
Mol 3 = 2.1 + 1.16 = 18 g
Cálculo do nº de mols:
n1 = m1 / Mol1 = 18 / 180 = 1/10 = 0,1
n2 = m2 / Mol2 = 24 / 60 = 0,4
n3 = m3 / Mol3 = 81 / 18 = 4,5
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EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO EM SALA DE AULA
01 - Uma solução contém 5 mols de moléculas de soluto dissolvidas em 20 mols de moléculas do solvente. Determine as frações molares do soluto e do solvente. 
Resp. X1 = 0,2 e X2 = 0,8
02 - São dissolvidos 12,6 g de ácido nítrico (HNO3) em 23,4 g de água. Calcule as frações molares do soluto e do solvente dessa solução. 
 Resp. X1 = 0,133 e X2 = 0,866
03 - Em 356,4 g de água são dissolvidos 68,4g de sacarose (C12H22O11). Determine as frações molares da sacarose e da água. 
 Resp. X1 = 0,01 e X2 = 0,999
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04.   Calcular as frações molares do soluto e do solvente em uma solução que contém 117g de cloreto de sódio dissolvidos em 324g de água. R: 0,1 e 0,9
05.   (FURRN adaptado) Qual a fração molar do soluto e do solvente de uma solução preparada tomando-se 3 mols de glicose e 97 mols de água? R: 0,03 e 0,97 
06.   Qual a fração molar do componente B numa mistura contendo 4g de A (M=20g/mol) e 8,4g de B (M=28g/mol)? R: 0,6 
07.(U.F.Fluminense-RJ) Uma solução contém 18g de glicose (C6H12O6),  24,0g de ácido acético (C2H4O2) e 81,0g de água. Qual a fração molar do ácido acético na solução? R: 0,08 
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08.   (Faap-SP) Uma solução aquosa de NaCl apresenta 11,7% em peso de soluto. Determine as frações molares do soluto e do solvente nessa solução. R: 0,0392 e 0,9608 
09. Calcule as frações molares do ácido sulfúrico(H2SO4) e da água (H2O), numa solução que foi preparada pela dissolução de 98 g de ácido sulfúrico em 162 g de água. R: 0,1 e 0,9
10. Uma solução contém 230 g de álcool comum (C2H5OH) e 360 g de água(H2O). Calcule as frações molares do álcool e da água na solução.
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DENSIDADE ABSOLUTA
Densidade absoluta (d) de uma solução é a razão estabelecida entre a massa e o volume dessa solução :
Podemos expressar matematicamente essa relação da seguinte forma: d = m/v
Onde: m = massa da solução; V = volume da solução; d = densidade absoluta da solução.
A densidade de uma solução geralmente é expressa nas unidades usuais de massa e volume; por exemplo, se a densidade de uma solução é de 200 g/L, isso significa que cada litro da solução apresenta massa de 200 g.
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EXERCÍCIO RESOLVIDO 01:
Calcular a densidade absoluta em g/cm3 e em g/L de uma solução que apresenta massa de 50 g e volume de 200 cm3. 
Resolução: em g/cm3: d = m/v = 50 g/ 200 cm3 = 0,25 g/cm3
 em g/L: d = m/v = 50 g/ 0,2 L = 0,25 g/cm3 = 
 250 g/L
Resposta:
d = 0,25 g/cm3 ou d = 250 g/L.
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EXERCÍCIO RESOLVIDO 02: 
A densidade absoluta de uma solução é 1,2 g/cm3. Calcule o volume ocupado, sabendo que a massa da solução é 48g.
m1 = 48 g 
d = 1,2 g/cm3 
Resolução: de d = m/v obtemos que:
 v = m/d = 48 g/ 1,2 g/cm3 = 40 cm3 
 Resposta: 40 cm3 
 
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EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO EM SALA DE AULA
1) Uma solução apresenta massa de 30 g e ocupa um volume de 45 cm3 . Qual é a densidade absoluta dessa solução?
2) A densidade absoluta de uma solução é 1,2 g / cm3. Calcule o volume ocupado por essa solução, sabendo que a massa da solução é 48g.
3) A massa de uma solução é 85 g. Calcule o volume dessa solução, que apresenta uma densidade de 2,7 g/ cm3
4) A densidade de uma solução é 0,8 g/L. Determine a massa dessa solução, que apresenta um volume de 700 cm3.
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QUESTÕES DE VESTIBULAR
01. (UFRGS) O soro fisiológico é uma solução aquosa que contém 0,9 % em massa de NaCℓ. Para preparar 200 mL dessa solução, a quantidade necessária de NaCℓ é de aproximadamente:
0,45 g  b) 1,8 g c) 0,09 mol d) 0,18 mol e) 10,6 g. 
02 . (UFF-RJ) Dissolve-se 4,6 g de NaCl em 500 g de água “pura”, fervida e isenta de bactérias. A solução resultante foi usada como soro fisiológico na assepsia de lentes de contato. Assinale a opção que indica o valor aproximado da porcentagem, em peso, de NaCl existente nesta solução.
a) 0,16%  b) 0,91% c) 0,32%  d) 2,30% e) 0,46%
03. (UFBA) Uma solução de densidade igual a 1,2 g/mL é formada pela dissolução de 10 g de um sal em 290 g de H2O. Calcule, em g/L, a concentração desse sal;
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04. (Fuvest-SP) Em uma indústria, um operário misturou, inadvertidamente, polietileno (PE), policloreto de vinila (PVC) e poliestireno (PS), limpos e moídos. Para recuperar cada um destes polímeros, utilizou o seguinte método de separação: jogou a mistura em um tanque contendo água (densidade = 1,00 g/cm3), separando, então, a fração que flutuou (fração A) daquela que foi ao fundo (fração B). Depois, recolheu a fração B, secou-a e jogou-a em outro tanque contendo solução salina (densidade = 1,10g/cm3), separando o material que flutuou (fração C) daquele que afundou (fração D). (Dados: densidade na temperatura de trabalho em g/cm3: polietileno = 0,91 a 0,98; poliestireno = 1,04 a 1,06; policloreto de vinila = 1,5 a 1,42).
As frações A, C e D eram, respectivamente:
a) PE, PS e PVC b) PS, PE e PVC c) PVC, PS e PE d) PS, PVC e PE e) PE, PVC e PS
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05. (ENCE-UERJ-Cefet-UFRJ) Para a prevenção de cáries, em substituição à aplicação local de flúor nos dentes, recomenda-se o consumo de"água fluoretada". Sabendo que a porcentagem, em massa, de fluoreto de sódio na água é de 2 · 10–4 %, um indivíduo que bebe 1 litro dessa água, diariamente, terá ingerido uma massa desse sal igual a: (densidade da água fluoretada: 1,0 g/mL)
a)      2 · 10–3 g.
b)      3 · 10–3 g.
c)       4 · 10–3 g.
d)      5 · 10–3 g.
e)      6 · 10–3 g.
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REFERÊNCIAS DA INTERNET
http://www.profjoaoneto.com.br/fisicoq/solucoes1.htm: acessado em 02/07/2012
http://www.coladaweb.com/exercicios-resolvidos/exercicios-resolvidos-de-quimica/solucoes-quimicas: acessado em 02/07/2012
http://www.cetes.com.br/professor/quimica_12011/modulo1/fisico_quimica_a.pdf: acessado em 02/07/2012
http://pt.scribd.com/doc/3624054/Quimica-PreVestibular-Impacto-Concentracao-Comum-e-Densidade : acessado em 06/07/2012
http://exercicios.brasilescola.com/quimica/exercicios-sobre-densidade.htm: acessado em 06/07/2012
http://bbel.uol.com.br/qualidade-de-vida/post/rotulos-de-alimentos-ler-entender-e-comparar.aspx: acessado em 06/07/2012
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Tabela de Imagens