Aula 1 - FQ - FISICO QUÍMICA parte I

Prévia do material em texto

FISICO QUÍMICA – APOSTILA I 
 
A Físico-Química estuda os fenômenos que são observados nas reações 
químicas entre quantidades macroscópicas das substâncias e os fatores 
que as influenciam. 
A Química pode ser dividida em três ramos principais: Química Inorgânica, Química 
Orgânica e a Físico-Química. Essa última estuda os princípios da Química, 
abordando os fenômenos que são observados nas reações químicas entre 
quantidades macroscópicas das substâncias e os fatores que influenciam o 
funcionamento e rendimento dessas reações. 
A Físico-Química também utiliza cálculos matemáticos para construir as bases 
teóricas e confirmar os dados experimentais, mostrando as relações físicas com as 
substâncias químicas. 
Algumas das mais importantes áreas de estudo da Físico-Química são: 
* Soluções e solubilidade: Estuda os aspectos quantitativos das soluções químicas 
aquosas, usando grandezas como massa, volume e quantidade de matéria para 
calcular as concentrações dessas soluções e as quantidades de produtos formadas 
em reações químicas, das quais elas participam; 
 
* Termoquímica: Estudo das transferências de energia associadas às reações 
químicas e às mudanças de estado físico; 
 
* Cinética Química: Envolve o estudo das velocidades das reações químicas e de 
como é possível aumentar ou diminuir essa velocidade; 
 
* Eletroquímica: Estuda as transformações químicas que envolvem a transferência 
de elétrons entre as espécies reagentes; 
 
* Equilíbrio químico: Aborda as transformações químicas que ocorrem quando 
reagentes e produtos coexistem em um estado de equilíbrio, ou seja, a velocidade 
de formação dos produtos é a mesma de regeneração dos reagentes; 
 
* Propriedades Coligativas: Estuda as alterações que ocorrem em algumas 
propriedades, como o ponto de fusão, o ponto de ebulição e a pressão máxima de 
vapor de um líquido — quando é adicionado a ele um soluto não volátil. 
Cada uma dessas áreas da Físico-Química ganhou uma subseção em nosso site. 
Você poderá acessá-las abaixo para aprofundar-se nesses ramos de estudo. 
Soluções químicas 
 
As soluções químicas são misturas homogêneas formadas por duas ou mais 
substâncias. 
Os componentes de uma solução são denominados de soluto e solvente: 
 Soluto: representa a substância dissolvida. 
 Solvente: é a substância que dissolve. 
Geralmente, o soluto de uma solução está presente em menor quantidade que o 
solvente. 
Um exemplo de solução é a mistura de água e açúcar, tendo a água como 
solvente e o açúcar como soluto. 
A água é considerada o solvente universal, devido ao fato de dissolver uma 
grande quantidade de substâncias. 
 
As soluções químicas estão presentes em nosso cotidiano 
Classificação das soluções 
Como vimos, uma solução consiste de duas partes: o soluto e o solvente. 
 
Formação de uma solução 
Porém, esses dois componentes podem apresentar diferentes quantidades e 
características. Como resultado, existem diversos tipos de soluções e cada uma 
delas baseia-se em uma determinada condição. 
 
Quantidade de soluto 
De acordo com a quantidade de soluto que possuem, as soluções químicas podem 
ser: 
 Soluções saturadas: solução com a quantidade máxima de soluto totalmente 
dissolvido pelo solvente. Se mais soluto for acrescentado, o excesso acumula-se 
formando um corpo de fundo. 
 
 Soluções insaturadas: também chamada de não saturada, esse tipo de solução 
contém menor quantidade de soluto. 
 
 Soluções supersaturadas: são soluções instáveis, nas quais a quantidade de 
soluto excede a capacidade de solubilidade do solvente. 
 
 
Exemplo de soluções saturada e insaturada 
 
Estado físico 
As soluções também podem ser classificadas de acordo com o seu estado físico: 
 Soluções sólidas: formadas por solutos e solventes em estado sólido. Por 
exemplo, a união de cobre e níquel, que forma uma liga metálica. 
 
 Soluções líquidas: formadas por solventes em estado líquido e solutos que 
podem estar em estado sólido, líquido ou gasoso. Por exemplo, o sal dissolvido 
em água. 
 
 Soluções gasosas: formadas por solutos e solventes em estado gasoso. Por 
exemplo, o ar atmosférico. 
 
Natureza do soluto 
Além disso, segundo a natureza do soluto, as soluções químicas são classificadas 
em: 
 Soluções moleculares: quando as partículas dispersas na solução são moléculas, 
por exemplo, o açúcar (molécula C12H22O11). 
 
 Soluções iônicas: quando as partículas dispersas na solução são íons, por 
exemplo, o sal comum cloreto de sódio (NaCl), formado pelos íons Na+ e Cl-. 
 
Coeficiente de solubilidade 
Solubilidade é a propriedade física das substâncias de se dissolverem, ou não, em 
um determinado solvente. 
O coeficiente de solubilidade representa a capacidade máxima do soluto de se 
dissolver em uma determinada quantidade de solvente. Isso conforme as 
condições de temperatura e pressão. 
Conforme a solubilidade, as soluções podem ser: 
 Soluções diluídas: a quantidade de soluto é menor em relação ao solvente. 
 Soluções concentradas: a quantidade de soluto é maior que a de solvente. 
Quando temos uma solução concentrada, podemos notar que o soluto não se 
dissolve completamente no solvente, o que leva a presença de um corpo de 
fundo. 
Para calcular o coeficiente de solubilidade é utilizada a seguinte fórmula: 
Cs = 100 . m1/m2 
 
Onde: 
Cs: coeficiente de solubilidade 
m1: massa do soluto 
m2: massa do solvente 
 
Concentração das soluções 
O conceito de concentração (C) está intimamente relacionado com a quantidade 
de soluto e de solvente presente em uma solução química. 
Sendo assim, a concentração da solução indica a quantidade, em gramas, de 
soluto existente em um litro de solução. 
Para se calcular a concentração utiliza-se a seguinte fórmula: 
C = m / V 
Onde: 
C: concentração 
m: massa do soluto 
V: volume da solução 
No Sistema Internacional (SI), a concentração é dada em gramas por litro (g/L), a 
massa em gramas (g) e o volume em litros (L). 
Fique Atento! 
Não devemos confundir o conceito de concentração (C) com o de densidade (d) 
da solução: 
https://www.todamateria.com.br/solubilidade/
https://www.todamateria.com.br/coeficiente-de-solubilidade/
https://www.todamateria.com.br/concentracao-de-solucoes/
https://www.todamateria.com.br/densidade/
Concentração comum Densidade 
 
 
 
Solubilidade 
 
Solubilidade é a propriedade física das substâncias de se dissolverem, ou não, em 
um determinado líquido. 
Denomina-se soluto, os compostos químicos que se dissolvem em outra 
substância. O solvente é a substância na qual o soluto será dissolvido para 
formação de um novo produto. 
A dissolução química é o processo de dispersão do soluto em um solvente, dando 
a origem a uma solução ou mistura homogênea. 
Os solutos podem ser classificados em: 
 Solúvel: são os solutos que se dissolvem no solvente. 
 Pouco solúvel: são os solutos que apresentam dificuldade de se dissolver no 
solvente. 
 Insolúvel: são os solutos que não se dissolvem no solvente. 
Um princípio comum em solubilidade é: “semelhante dissolve semelhante”. Isso 
quer dizer que um soluto polar tende a se dissolver em um solvente polar. O 
mesmo é verdadeiro para substâncias apolares. 
Veja alguns exemplos: 
 Os hidrocarbonetos, compostos presentes na gasolina, são apolares e 
apresentam pouca solubilidade em água, que é polar. 
 Os álcoois, como o etanol e o metanol, são polares devido à presença do 
oxigênio na cadeia carbônica e, por isso, são solúveis em água. 
 Os sais apresentam solubilidade diferenciada. Eles podem ser classificados em: 
sal solúvel e sal praticamente insolúvel. 
 
Coeficiente de Solubilidade 
O coeficiente de solubilidade (Cs) determina a capacidade máxima do soluto que 
se dissolve em uma determinada quantidade de solvente. Isso, conforme as 
condições de temperatura. 
Em resumo, o coeficiente de solubilidade é a quantidade de soluto necessária 
para saturar uma quantidade padrão de solvente a uma determinada condição.Por exemplo, considere a seguinte situação: 
Em um copo de água com sal (NaCl), inicialmente, o sal desaparece na água. 
https://www.todamateria.com.br/coeficiente-de-solubilidade/
Entretanto, se for adicionado mais sal, em determinado momento ele começará a 
se acumular no fundo do copo. 
Isso acontece porque a água, que é o solvente, atingiu o seu limite de solubilidade 
e a quantidade máxima de concentração. A isso também chamamos de ponto de 
saturação. 
O soluto que resta no fundo do recipiente e que não se dissolve é chamado de 
corpo de fundo ou precipitado. 
Em relação ao ponto de saturação, as soluções classificam-se em três tipos: 
 Solução insaturada: quando a quantidade de soluto é menor que Cs. 
 Solução saturada: quando a quantidade de soluto é exatamente a mesma do Cs. 
É o limite de saturação. 
 Solução supersaturada: quando a quantidade do soluto é maior que o Cs. 
 
Produto de Solubilidade 
Como vimos, a solubilidade representa a quantidade de soluto dissolvida em uma 
solução. O produto de solubilidade (Kps) é uma constante de equilíbrio 
diretamente relacionada com a solubilidade. 
O seu cálculo permite determinar se uma solução é saturada, insaturada ou 
saturada com precipitado. Esse cálculo está relacionado com o equilíbrio de 
dissolução e a concentração de íons na solução. 
Isso porque o produto da solubilidade refere-se ao equilíbrio de dissolução de 
substâncias iônicas. 
 
Curva de Solubilidade 
A capacidade de solubilidade química de uma substância submetida à alteração 
de temperatura não é linear. A variação da capacidade de solubilidade, em função 
da temperatura, é conhecida por curva de solubilidade. 
A maioria das substâncias sólidas têm o seu coeficiente de solubilidade 
aumentado com o aumento da temperatura. Assim, a solubilidade de cada 
material ocorre de maneira proporcional, conforme a temperatura. 
Cada substância possui uma curva de solubilidade própria para um determinado 
solvente. 
A variação de solubilidade é considerada linear quando não está sob influência da 
temperatura. Para conhecer a variação é preciso observar a curva de solubilidade. 
https://www.todamateria.com.br/produto-de-solubilidade/
 
Curva de Solubilidade 
No gráfico, a curva de solubilidade demonstra que a solução é: 
 Saturada: quando o ponto está sobre a curva de solubilidade. 
 Insaturada: quando o ponto está abaixo da curva de solubilidade. 
 Saturada homogênea: quando o ponto está acima da curva de solubilidade. 
 
Fórmula do Coeficiente de Solubilidade 
A fórmula para calcular o coeficiente de solubilidade é: 
Cs = 100 . m1/m2 
onde: 
Cs:coeficiente de solubilidade 
m1: massa do soluto 
m2: massa do solvente 
 
Diluição das soluções 
A diluição de soluções corresponde à adição mais solvente em uma solução. 
Como resultado, passamos de uma solução mais concentrada para uma solução 
mais diluída. 
 
Diferença entre solução concentrada e solução diluída 
É importante ressaltar que a mudança ocorre no volume da solução e não na 
massa do soluto. 
Podemos concluir então que quando há o aumento do volume, a concentração 
diminui. Em outras palavras, o volume e a concentração de uma solução são 
inversamente proporcionais. 
 
Concentração de soluções 
A concentração das soluções corresponde a quantidade de soluto presente em 
uma determinada quantidade de solvente. 
Quando nos referimos à concentração, estamos interessados em descobrir a 
relação entre a quantidade de soluto e solvente em uma solução. 
Existem diversas formas de calcular a concentração de uma solução e diferentes 
unidades de medidas podem ser utilizadas. 
Tipos e formas de calcular a concentração 
Concentração comum 
A concentração comum é a relação estabelecida entre a massa do soluto e o 
volume da solução. 
Ela é expressa através da seguinte fórmula: 
C = m / V 
Onde: 
C = concentração comum, em g/L 
m = massa do soluto, em g 
V = volume da solução, em L 
Não confunda a concentração comum com a densidade, que relaciona a massa e 
o volume da solução. A densidade é calculada da seguinte forma: 
d = m / V 
d = densidade, em g/L 
m = massa da solução (massa do soluto + massa do solvente), em g 
v = volume da solução, em L 
 
Concentração Molar ou Molaridade 
A concentração molar ou molaridade é a relação existente entre a massa de 
soluto em número de mols e o volume de uma solução. 
A molaridade é expressa através das seguintes fórmulas: 
M = n1 / V ou M = m / M1.V 
https://www.todamateria.com.br/densidade/
https://www.todamateria.com.br/molaridade/
Onde: 
M = molaridade, em mols/L 
n1 = número de mols do soluto, em mol 
m = massa de soluto, em g 
M1 = massa molar, em g/mol 
V = volume da solução, em L 
 
Concentração em Título 
O título ou porcentagem em massa da solução consiste na relação entre a massa 
do soluto e a massa da solução. 
Ele é expresso a partir da seguinte fórmula: 
T = m1 / m ou T = m1 / m1 + m2 
Onde: 
T = título 
m = massa da solução, em g 
m1 = massa de soluto, em g 
m2 = massa de solvente, em g 
O título não possui uma unidade de medida, sendo expresso, na maioria dos 
casos, em porcentagem. Para isso, deve-se multiplicar por 100 o resultado 
alcançado: % = 100 . T 
Quando a solução for gasosa ou apenas líquida, o título também pode ser 
calculado a partir do volume da solução, substituindo os valores de massa por 
volume. Porém, não é possível somar o volume de solvente e soluto. 
T = V1 / V 
 
Partes por milhão 
Em alguns casos, a massa de soluto presente na solução é extremamente 
pequena, sendo inviável calcular a porcentagem. 
Uma possibilidade é calcular a quantidade de soluto, em gramas, presente em 
1 000 000 (106) gramas de solução. 
A fórmula para este cálculo é a seguinte: 
1 ppm = 1 parte de soluto / 106 de solução 
 
Molalidade 
A molalidade ou concentração molal expressa a quantidade de número de mols 
de soluto presente no solvente. 
W = 1000 . m1 / m2. M1 
Onde: 
W: Molalidade, em mol/Kg 
m1: massa de soluto 
https://www.todamateria.com.br/molalidade/
m2: massa do solvente, em kg 
M1: massa molar do soluto 
Relação entre as concentrações 
Além das formas apresentadas, também é possível calcular a concentração a 
partir da relação entre a concentração comum, densidade e título. 
A fórmula a ser usada é a seguinte: 
C = 1000 . d . T 
Onde: 
C = concentração comum 
d = densidade 
T = título 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Exercícios 
1. (Fuvest-SP) Um químico leu a seguinte instrução num procedimento descrito 
no seu guia de laboratório: 
"Dissolva 5,0 g de Cloreto em 100 mL de água, à temperatura ambiente..." . 
Dentre as substâncias abaixo, qual é a citada no texto? 
a) Cl2. 
b) CCl4. 
c) NaClO. 
d) NH4Cl. 
e) AgCl. 
 
d) NH4Cl. 
 
2. (UFRGS-RS) Um determinado sal apresenta solubilidade em água igual a 
135g/L, a 25°C. Dissolvendo-se, completamente, 150 g desse sal em um litro de 
água, a 40°C, e resfriando-se lentamente o sistema até 25°C, obtém-se um 
sistema homogêneo cuja solução será: 
a) diluída. 
b) concentrada. 
c) insaturada. 
d) saturada. 
e) supersaturada. 
 
e) supersaturada. 
 
3. (Mackenzie-SP) Um exemplo típico de solução supersaturada é: 
a) água mineral. 
b) soro caseiro. 
c) refrigerante em recipiente fechado. 
d) álcool 46° GL. 
e) vinagre. 
 
c) refrigerante em recipiente fechado. 
 
4. (PUC-RJ) Observe a figura abaixo, que representa a solubilidade, em g por 100 g 
de H2O, de 3 sais inorgânicos numa determinada faixa de temperatura: 
 
Assinale a afirmação correta: 
a) A solubilidade dos 3 sais aumenta com a temperatura. 
b) O aumento de temperatura favorece a solubilização do Li2SO4. 
c) A solubilidade do KI é maior que as solubilidades dos demais sais, na faixa de 
temperatura representada. 
d) A solubilidade do NaCl varia com a temperatura. 
e) A solubilidade de 2 sais diminui com a temperatura. 
 
c) A solubilidade do KI é maior que as solubilidades dos demais sais, na faixa de 
temperatura representada.Exercícios sobre soluções químicas 
1. (Mackenzie) Um exemplo típico de solução supersaturada é: 
a) água mineral natural. 
b) soro caseiro. 
c) refrigerante em recipiente fechado. 
d) álcool 46 °GL. 
e) vinagre. 
 
Alternativa correta: c) refrigerante em recipiente fechado. 
a) ERRADA. A água mineral é uma solução, ou seja, mistura homogênea com sais 
e gases dissolvidos. 
b) ERRADA. O soro caseiro é uma solução de água, açúcar e sal em quantidades 
definidas. 
c) CORRETA. O refrigerante é uma mistura de água, açúcar, concentrados, 
corante, aroma, conservantes e gás. O gás carbônico (CO2) dissolvido no 
refrigerante está formando uma solução supersaturada. 
A elevação da pressão aumenta a solubilidade do gás, fazendo com que muito 
mais gás seja adicionado ao refrigerante do que realizando a mesma operação em 
pressão atmosférica. 
Uma das características das soluções supersaturadas é que elas são instáveis. 
Podemos perceber que ao abrir a garrafa com refrigerante uma pequena parte do 
gás escapa, pois diminui-se a pressão dentro do recipiente. 
d) ERRADA. O álcool 46 °GL é um álcool hidratado, ou seja, contém água em sua 
composição. 
e) ERRADA. O vinagre é uma solução de ácido acético (C2H5OH) e água. 
 
2. (UFMG) Para limpar um tecido sujo de graxa, recomenda-se usar: 
a) gasolina. 
b) vinagre. 
c) etanol. 
d) água. 
 
Alternativa correta: a) gasolina. 
a) CORRETA. Gasolina e graxa são duas substâncias derivadas do petróleo. Por 
serem substâncias apolares, a afinidade da gasolina (solvente) com a graxa 
(soluto) viabiliza a limpeza do tecido sujo por meio das ligações de Van der Waals. 
b) ERRADA. O vinagre é uma solução de ácido acético (C2H5OH). O ácido acético é 
um composto polar e interage com outras substâncias polares por meio das 
ligações de hidrogênio. 
c) ERRADA. O etanol (C2H5OH) é um composto polar e interage com outras 
substâncias polares por meio das ligações de hidrogênio. 
d) ERRADA. A água (H2O) é um composto polar e interage com outras substâncias 
polares por meio das ligações de hidrogênio. 
 
3. (UFRGS) Um determinado sal apresenta solubilidade em água igual a 135 g/L, a 
25 °C. Dissolvendo-se, completamente, 150 g desse sal em um litro de água a 40 
°C, e resfriando-se lentamente o sistema até 25 °C, obtém-se um sistema 
homogêneo cuja solução será: 
a) diluída. 
b) concentrada. 
c) insaturada. 
d) saturada. 
e) supersaturada. 
 
Alternativa correta: e) supersaturada. 
a) ERRADA. Uma solução diluída é formada com a adição de mais solvente, no 
caso a água. 
b) ERRADA. A quantidade de soluto nesse tipo de solução é grande em relação ao 
volume de solvente. 
c) ERRADA. Uma solução insaturada é formada se colocarmos menos que 135 g 
de sal em 1 L de água, na temperatura de 25 ºC. A solução será insaturada, pois 
está abaixo do seu limite de solubilidade. 
d) ERRADA. Observe que, segundo os dados do enunciado, na temperatura de 25 
ºC a quantidade máxima de sal que se dissolve em 1 L de água é de 135 g. Essa é a 
quantidade de sal dissolvido na água que forma uma solução saturada. 
e) CORRETA. Ao aquecer a solução saturada é possível adicionar mais sal, pois o 
coeficiente de solubilidade varia conforme a temperatura. 
A água teve sua temperatura elevada para 40 ºC e mais soluto foi solubilizado 
porque aumentando a temperatura foi possível dissolver mais sal e formar uma 
solução supersaturada. 
 
4. (UAM) Se dissolvermos totalmente uma certa quantidade de sal em solvente e 
por qualquer perturbação uma parte do sal se depositar, qual a solução que 
teremos no final? 
a) saturada com corpo de fundo. 
b) supersaturada com corpo de fundo. 
c) insaturada. 
d) supersaturada sem corpo de fundo. 
e) saturada sem corpo de fundo. 
 
Alternativa correta: a) saturada com corpo de fundo. 
a) CORRETA. Soluções supersaturadas são instáveis e por qualquer pertubação 
elas são desfeitas. Quando isso acontece, a solução retorna ao seu limite de 
solubilidade e o excesso de soluto acumula-se no recipiente formando um corpo 
de fundo. 
b) ERRADA. Quando o sal se deposita no fundo do recipiente, a solução deixa de 
ser supersaturada, pois retornou ao seu limite de solubilidade. 
c) ERRADA. Uma solução insaturada não atingiu o limite de solubilidade, ou seja, a 
quantidade máxima de soluto dissolvido. 
d) ERRADA. Quando uma perturbação é causada, a solução deixa de ser 
supersaturada. 
e) ERRADA. Quando a solução supersaturada é desfeita, ela volta a ser saturada e 
apresenta corpo de fundo. 
 
5. (UNITAU) Na carbonatação de um refrigerante, as condições em que se deve 
dissolver o gás carbônico na bebida são: 
a) pressão e temperatura quaisquer. 
b) pressão e temperatura elevadas. 
c) pressão e temperatura baixas. 
d) baixa pressão elevada temperatura. 
e) alta pressão e baixa temperatura. 
 
Alternativa correta: e) alta pressão e baixa temperatura. 
a) ERRADA. Como os gases são pouco solúveis em líquidos, a temperatura e 
pressão são importantes para garantir a solubilidade. 
b) ERRADA. A temperatura elevada tende a "expulsar" o gás do líquido, ou seja, 
diminui a solubilidade. 
c) ERRADA. Quanto menor a pressão, menor as colisões entre as moléculas, 
diminuindo a solubilidade. 
d) ERRADA. A baixa pressão diminui o número de colisões e a elevada 
temperatura aumenta o grau de agitação das moléculas no líquido. Ambas 
dificultam a solubilidade do gás. 
e) CORRETA. Em elevada pressão e baixa temperatura é possível dissolver mais 
gás carbônico (CO2) no refrigerante do que em condições normais. 
Quando se aumenta a pressão, o gás é "forçado" a entrar no líquido. A baixa 
temperatura representa menor agitação das moléculas que, consequentemente, 
facilita a entrada do gás.