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Área 2 – Química Ensino Médio - 2º Ano ASPECTOS QUANTITATIVOS DAS SOLUÇÕES (Concentração comum e concentração em mol/L) Conceitos iniciais As soluções estão presentes em quase tudo na nossa vida. Quando levamos um susto, por exemplo, não é difícil acontecer de alguém nos oferecer um copo de água com açúcar para nos acalmarmos. O que talvez não se saiba é que água com açúcar NÃO possui o menor efeito calmante. Água com açúcar é, portanto, uma solução na qual o açúcar está dissolvido na água. Nosso “calmante” pode estar muito ou pouco doce. Quimicamente falando, o que pode variar é a concentração do açúcar. Quanto mais doce estiver, mais açúcar está dissolvido, ou seja, mais concentrada está a solução. Im a g e m : U m a c o lh e r d e rr a m a l e n ta m e n te a ç ú c a r e m u m c o p o d e á g u a , e m 7 d e j a n e ir o d e 2 0 1 2 / F o to g ra fi a : A P N M J M / C re a ti v e C o m m o n s A tt ri b u ti o n -S h a re A li k e 3 .0 U n p o rt e d Conceitos iniciais O conceito “concentração” é amplamente usado em nosso cotidiano. Cansamos de ler rótulos de produtos, tais como "suco concentrado" ou "detergente concentrado" e ainda ouvimos muito falar em concentração disso ou daquilo. A concentração nada mais é do que a relação entre a massa do soluto (o que está dissolvido) e o volume da solução (1). Quer ver como é simples? Im a g e m : S u c o d e l a ra n ja / F o to g ra fi a : U S D A / P u b li c D o m a in http://educacao.uol.com.br/quimica/densidade-concentracao-e-molaridade-tres-conceitos-basicos.jhtm http://educacao.uol.com.br/quimica/densidade-concentracao-e-molaridade-tres-conceitos-basicos.jhtm http://educacao.uol.com.br/quimica/densidade-concentracao-e-molaridade-tres-conceitos-basicos.jhtm Conceitos iniciais Quase todas as reações químicas acontecem com os reagentes dissolvidos em algum líquido (2). Muitas das coisas que consumimos (remédios, bebidas etc.) também são soluções. Daí a importância de entendermos algumas coisas sobre soluções. Uma solução é sempre composta de duas coisas: uma que dissolve, que chamamos de solvente; e outra que é dissolvida, que chamamos de soluto. Imagem: SEE-PE http://educacao.uol.com.br/quimica/solucoes-soluto-solvente-concentracao-e-curva-de-solubilidade.jhtm http://educacao.uol.com.br/quimica/solucoes-soluto-solvente-concentracao-e-curva-de-solubilidade.jhtm http://educacao.uol.com.br/quimica/solucoes-soluto-solvente-concentracao-e-curva-de-solubilidade.jhtm Conceitos iniciais No laboratório, as soluções são normalmente preparadas através da dissolução de uma determinada quantidade de soluto em uma dada quantidade de solvente. O conhecimento das quantidades de soluto, solvente e solução nos permite estabelecer algumas relações matemáticas, denominadas concentrações das soluções (3). As principais unidades de concentração usadas no laboratório são: concentração comum; concentração molar; fração molar; título; densidade. Nesta aula, trataremos apenas da concentração comum e da concentração molar. As demais serão assunto da aula seguinte. Im a g e m : E x p e ri m e n to d e q u ím ic a e m l a b o ra tó ri o , e m 1 2 d e o u tu b ro d e 2 0 0 7 / F o to g ra fi a : W e b D e v 1 9 1 4 / P u b li c D o m a in http://www.brasilescola.com/quimica/aspectos-quantitativos.htm http://www.brasilescola.com/quimica/aspectos-quantitativos.htm http://www.brasilescola.com/quimica/aspectos-quantitativos.htm Tipos de soluções Podemos classificar as soluções de acordo com a quantidade de soluto presente (4). Tenha sempre em mente que existe um limite para a quantidade de soluto que pode ser adicionado a um determinado volume de solvente. Esse valor é o que chamamos de coeficiente de solubilidade (5). Um copo de água não pode dissolver todo o açúcar do mundo, não é? Assim teremos soluções: INSATURADAS: quando uma solução contém soluto abaixo do coeficiente de solubilidade; SATURADAS: quando a quantidade de soluto é igual ao coeficiente de solubilidade, ou seja, está no limite; SUPER-SATURADAS: quando a quantidade de soluto supera o limite. Im a g e m : S E E -P E http://www.infoescola.com/quimica/solucoes/ http://www.infoescola.com/quimica/solucoes/ http://www.infoescola.com/quimica/solucoes/ http://educacao.uol.com.br/quimica/solucoes-soluto-solvente-concentracao-e-curva-de-solubilidade.jhtm http://educacao.uol.com.br/quimica/solucoes-soluto-solvente-concentracao-e-curva-de-solubilidade.jhtm http://educacao.uol.com.br/quimica/solucoes-soluto-solvente-concentracao-e-curva-de-solubilidade.jhtm Tipos de soluções Você deve estar se perguntando: “Como é possível ter uma quantidade de soluto superior ao limite. Afinal é o limite... ou não?” As soluções supersaturadas, que contêm uma quantidade de soluto superior ao coeficiente de solubilidade (CS), são difíceis de se preparar e muito instáveis. Imagine que você queira empilhar pedras (no seu jardim zen) e o máximo que consegue empilhar são 4 pedras. Todas as vezes que tentou o limite foi sempre 4 (6). Imagem: Rock Balancing / Fotografia: LyeanArt / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported http://educacao.uol.com.br/quimica/solucoes-soluto-solvente-concentracao-e-curva-de-solubilidade.jhtm http://educacao.uol.com.br/quimica/solucoes-soluto-solvente-concentracao-e-curva-de-solubilidade.jhtm http://educacao.uol.com.br/quimica/solucoes-soluto-solvente-concentracao-e-curva-de-solubilidade.jhtm Tipos de soluções De repente, você usa toda a sua “concentração de monge” e consegue empilhar a 5ª pedra. De repente, dá um vento e ficam 4 pedras. Você se concentra novamente e consegue empilhar 6 pedras (INCRÍVEL)! Nesse momento, aparece um mosquito e pousa em cima da pilha, derrubando 2 pedras. É isso que acontece nas soluções super-saturadas. Em condições especiais conseguimos dissolver uma quantidade de soluto superior ao CS mas, na primeira perturbação, o excedente se precipita restando dissolvida apenas a quantidade limite, o que torna a solução saturada (7). Imagem: Rock Balancing / Fotografia: LyeanArt / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported http://educacao.uol.com.br/quimica/solucoes-soluto-solvente-concentracao-e-curva-de-solubilidade.jhtm http://educacao.uol.com.br/quimica/solucoes-soluto-solvente-concentracao-e-curva-de-solubilidade.jhtm http://educacao.uol.com.br/quimica/solucoes-soluto-solvente-concentracao-e-curva-de-solubilidade.jhtm Curva de solubilidade A solubilidade varia com o tipo de soluto ou de solvente. Além disso, o principal fator que influencia na solubilidade é a temperatura. O Coeficiente de Solubilidade (CS) pode aumentar ou diminuir com a temperatura, dependendo do soluto em questão. A variação do CS em função da temperatura é representado em um gráfico que chamamos de curva de solubilidade. Nela podemos identificar ainda as regiões de saturação da solução (8). http://educacao.uol.com.br/quimica/solucoes-soluto-solvente-concentracao-e-curva-de-solubilidade.jhtm http://educacao.uol.com.br/quimica/solucoes-soluto-solvente-concentracao-e-curva-de-solubilidade.jhtm http://educacao.uol.com.br/quimica/solucoes-soluto-solvente-concentracao-e-curva-de-solubilidade.jhtm Curva de solubilidade Imagens: SEE-PE Como alterar a concentração de uma solução? Para alterar a concentração de uma solução, podemos: 1. Aumentar a quantidade de soluto, aumentando a concentração; 2. Aumentar a quantidade de solvente, diminuindo a concentração; 3. Diminuir a quantidade de solvente, aumentando a concentração. Estranhou a terceira opção? Como podemos diminuir a quantidadede solvente? Evaporar o solvente pode ser um excelente método (9). http://educacao.uol.com.br/quimica/solucoes-soluto-solvente-concentracao-e-curva-de-solubilidade.jhtm http://educacao.uol.com.br/quimica/solucoes-soluto-solvente-concentracao-e-curva-de-solubilidade.jhtm http://educacao.uol.com.br/quimica/solucoes-soluto-solvente-concentracao-e-curva-de-solubilidade.jhtm Como alterar a concentração de uma solução? Tente em casa: Dissolva um pouco de sal de cozinha em um copo com água. Coloque sua solução em uma panela e leve ao fogo. À medida que a água (solvente) evapora, a solução vai se tornando mais concentrada. No final, ela se torna uma solução saturada: começa a precipitar sal, indicando que a concentração está acima do limite (10). Esse é o processo usado para obtenção do sal de cozinha a partir da água do mar. Imagem: Produção de sal / Fotografia: Ricampelo / GNU Free Documentation License http://educacao.uol.com.br/quimica/solucoes-soluto-solvente-concentracao-e-curva-de-solubilidade.jhtm http://educacao.uol.com.br/quimica/solucoes-soluto-solvente-concentracao-e-curva-de-solubilidade.jhtm http://educacao.uol.com.br/quimica/solucoes-soluto-solvente-concentracao-e-curva-de-solubilidade.jhtm Concentração comum Não se trata de concentração mental, tão bem representada em “O pensador”, de Auguste Rodin. Concentração comum é a relação entre a massa de soluto presente numa solução e o volume desta mesma solução: C = m1/V Sendo: C = concentração comum m1 = massa do soluto (em g). V = volume da solução (em L). Imagem: Aguste Rodin / O pensador / Fotografia: Karora / Public Domain Concentração comum Sua unidade no SI é kg/m³, porém é muito mais comum ser expressa em g/L. Outras unidades usadas: g/mL (ou g/cm³), kg/L, etc. Em algumas atividades, como em análises clínicas, são usadas variações como g/100 mL, g/100 cm³, g/dL ou ainda mg/mL. Im a g e m : T h e U .S . F o o d a n d D ru g A d m in is tr a ti o n / P u b li c D o m a in Concentração comum (exemplos) 1. Se dissolvermos 20 g de sal de cozinha (NaCl) em 500 mL de solução aquosa. Qual a concentração do sal nesta solução? m1 = 20 g V = 500 mL = 0,5 L C = 20 g / 0,5 L = 40 g/L Imagem: NaCl, em 11 de outubro de 2007 / Fotografia: Ondřej Mangl / Public Domain Concentração comum (exemplos) 1. Um frasco de remédio informa o seguinte: C = 50 mg/mL. Responda: a) Quantos mg do soluto há em cada mL? Há 50 mg de soluto para cada mL de solução. b) Quantos mg de soluto há em meio litro de solução? Usando a fórmula, temos: 50 = m1/500 m1 = 25.000 mg Imagem: Pílulas / MorgueFile / http://www.morguefile.com / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported Concentração molar Concentração molar ou molaridade é a quantidade de soluto, em mol, dissolvidos num volume de solução em litros (11). Relembrando a definição de mol (quantidade de matéria): “Mol é a quantidade (em g) de um sistema que contém tantas unidades elementares quantas existem em átomos de carbono em 12 g de C12”. Essa unidade elementar deve ser especificada e pode ser um átomo, uma molécula, um íon, um elétron, um fóton etc. ou um grupo específico dessa unidade. Im a g e m : S E E -P E http://www.infoescola.com/fisico-quimica/molaridade/ http://www.infoescola.com/fisico-quimica/molaridade/ http://www.infoescola.com/fisico-quimica/molaridade/ Concentração molar Pela constante de Avogadro: 1 mol = 6,02 x 10²³ Outras unidades de medida de concentração são usadas, porém a mais importante é a Molaridade (12): M = n1/V na qual: n1 = quantidade de matéria do soluto (em mol) V = volume da solução (em L). Imagem: Vários vidros de laboratório, em 22 de agosto de 2009 / Fotografia: Tweenk / Creative Commons Attribution 3.0 Unported http://www.infoescola.com/fisico-quimica/molaridade/ http://www.infoescola.com/fisico-quimica/molaridade/ http://www.infoescola.com/fisico-quimica/molaridade/ Concentração molar Sabendo que n1 é a relação entre a massa do soluto (m1) (em g) e a massa molar da substância (M1, em g/mol), temos: n1 = m1/M1 Juntando as duas expressões, temos a forma expandida: M = m1/(M1.V) Em que: m1 = massa do soluto (em g); M1 = massa molar do soluto (em g/mol); V = volume da solução (em L). Imagem: Vidros de laboratório, em 25 de março de 2007 / Fotografia: André Luis Carvalho e Leandro Maranghetti Lourenço / Public Domain Concentração molar (exemplos) 1. Responda: Qual a concentração molar de uma solução com volume de 250 mL e com 26,8 g de cloreto de cálcio (CaCl2) dissolvidos? Primeiramente, obtemos a massa molar do soluto a partir das massas atômicas dos seus elementos: Ca = 40,1 e Cl = 35,5 40,1 + (2 x 35,5) = 111,1 (M1 = massa molar do CaCl2) Para encontrar o n1 (CaCl2) é preciso calcular: 1 mol → 111,1 g n1 (CaCl2) → 26,8 g n1 (CaCl2) = 0,241 mol Aplicamos por fim: M = n1/V = 0,241/0,250 M = 0,964 mol/L Concentração molar (exemplos) 2. Uma solução de alvejante é preparada dissolvendo-se 521,5g de hipoclorito de sódio (NaClO) em água suficiente para 10,0 litros de solução. Responda: A concentração, em mol/L, da solução obtida é: (Dado: massa molar do NaClO = 74,5g/mol) a) 7,0 b) 3,5 c) 0,70 d) 0,35 e) 0,22 M = m1/(M1 x V) M = 521,5/(74,5 x 10) M = 0,70 mol/L Laboratório Virtual Um garoto que acaba de sair da escola, onde aprendeu como calcular a concentração, vai para o sítio do tio. Curioso, observa como o tio purifica a água que retira do poço, e percebe que pode ajudá-lo. Vamos aprender como calcular a quantidade de cloro que deve ser diluída na água para beber. Basta “clicar” no link abaixo: http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/bitstream /handle/mec/5040/sim_qui_concentracaodeclo ro.htm?sequence=5 http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/bitstream/handle/mec/5040/sim_qui_concentracaodecloro.htm?sequence=5 http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/bitstream/handle/mec/5040/sim_qui_concentracaodecloro.htm?sequence=5 http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/bitstream/handle/mec/5040/sim_qui_concentracaodecloro.htm?sequence=5 http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/bitstream/handle/mec/5040/sim_qui_concentracaodecloro.htm?sequence=5 http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/bitstream/handle/mec/5040/sim_qui_concentracaodecloro.htm?sequence=5 http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/bitstream/handle/mec/5040/sim_qui_concentracaodecloro.htm?sequence=5 http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/bitstream/handle/mec/5040/sim_qui_concentracaodecloro.htm?sequence=5 http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/bitstream/handle/mec/5040/sim_qui_concentracaodecloro.htm?sequence=5 http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/bitstream/handle/mec/5040/sim_qui_concentracaodecloro.htm?sequence=5 http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/bitstream/handle/mec/5040/sim_qui_concentracaodecloro.htm?sequence=5 http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/bitstream/handle/mec/5040/sim_qui_concentracaodecloro.htm?sequence=5 http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/bitstream/handle/mec/5040/sim_qui_concentracaodecloro.htm?sequence=5 http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/bitstream/handle/mec/5040/sim_qui_concentracaodecloro.htm?sequence=5 http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/bitstream/handle/mec/5040/sim_qui_concentracaodecloro.htm?sequence=5 http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/bitstream/handle/mec/5040/sim_qui_concentracaodecloro.htm?sequence=5 http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/bitstream/handle/mec/5040/sim_qui_concentracaodecloro.htm?sequence=5 http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/bitstream/handle/mec/5040/sim_qui_concentracaodecloro.htm?sequence=5 Exercícios 1. 20 g de NaOH são dissolvidos em água. Sabendo que a massa molar do NaOH é igual a 40g/mol e que o volume da solução foi completadopara 500 mL, calcule (13): a) concentração comum da solução; b) concentração molar da solução. a) C = 20 / 0,5 = 40 g/L b) M = 20 / (40 x 0,5) = 20 / 20 = 1,0 mol/L Imagem: NaOH, em 11 de outubro de 2007 / Fotografia: Ondřej Mangl / Public Domain http://pt.scribd.com/JEdsonTavares/d/55560151--Lista http://pt.scribd.com/JEdsonTavares/d/55560151--Lista http://pt.scribd.com/JEdsonTavares/d/55560151--Lista Exercícios 2. Pacientes que necessitam de raios X do trato intestinal devem ingerir previamente uma suspensão de sulfato de bário (BaSO4, 233,43 g/mol). Esse procedimento permite que as paredes do intestino fiquem visíveis numa radiografia, permitindo, assim, uma análise médica de suas condições (14). Considerando-se que, em 500 mL de solução existem 46,6 g do sal, pede-se: a) a concentração molar b) a concentração em g/L a) 0,4 M (ou mol/L) b) 93,2 g/L. Imagem: Nevit Dilmen / Raio-X, em 29 de setembro de 2010 / GNU Free Documentation License http://www.google.com.br/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cts=1331759248243&ved=0CCgQFjAA&url=http%3A%2F%2Fwww.educacional.com.br%2Fupload%2FblogSite%2F1136%2F1136392%2F18125%2FExercicios%2520Adicionais%2520Solucoes-20102422010171056.doc&ei=HAdhT82 http://www.google.com.br/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cts=1331759248243&ved=0CCgQFjAA&url=http%3A%2F%2Fwww.educacional.com.br%2Fupload%2FblogSite%2F1136%2F1136392%2F18125%2FExercicios%2520Adicionais%2520Solucoes-20102422010171056.doc&ei=HAdhT82 http://www.google.com.br/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cts=1331759248243&ved=0CCgQFjAA&url=http%3A%2F%2Fwww.educacional.com.br%2Fupload%2FblogSite%2F1136%2F1136392%2F18125%2FExercicios%2520Adicionais%2520Solucoes-20102422010171056.doc&ei=HAdhT82 Exercícios 3. Serão necessários quantos gramas de NaCl para produzir 2 litros de solução 1,5 mol/L? (Dado: Massa molar do NaCl = 58,5 g/mol) M = n1 / V n1 = M x V n1 = 1,5 x 2 = 3,0 mols de NaCl 1 mol de NaCl ----------- 58,5 g 3 mols de NaCl ----------- x x = 58,5 x 3 / 1 x = 175,5 g de NaCl Imagem: NaCl, em 11 de outubro de 2007 / Fotografia: Ondřej Mangl / Public Domain Exercícios 4. Precisava-se de um litro de solução aquosa de ácido sulfúrico. Decidindo-se reaproveitar as soluções que já estavam prontas no laboratório, foram misturados 600 mL de solução 0,5 mol/L com 400 mL de solução 0,2 mol/L. Qual a concentração (em mol/L) da solução obtida? Vf x Mf = V1 x M1 + V2 x M2 1,0 x Mf = 0,6 x 0,5 + 0,4 x 0,2 Mf = 0,30 + 0,08 Mf = 0,38 M (ou mol/L) Im a g e m : S E E -P E Até a próxima aula! Slide Autoria / Licença Link da Fonte Data do Acesso 2 Uma colher derrama lentamente açúcar em um copo de água, em 7 de janeiro de 2012 / Fotografia: APN MJM / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Spoon _Sugar_Solution_with_Glass.jpg 09/03/2012 3 Suco de laranja / Fotografia: USDA / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Orange _juice_1_edit1.jpg 09/03/2012 4 SEE-PE Acervo SEE-PE 09/03/2012 5 Experimento de química em laboratório, em 12 de outubro de 2007 / Fotografia: WebDev1914 / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chemis try_at_CCU.jpg 09/03/2012 6 SEE-PE Acervo SEE-PE 09/03/2012 7 e 8 Rock Balancing / Fotografia: LyeanArt / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Rock_B alancing.jpg 09/03/2012 9a SEE-PE Acervo SEE-PE 09/03/2012 9b SEE-PE Acervo SEE-PE 09/03/2012 11 Produção de sal / Fotografia: Ricampelo / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Salt_pr oduction_Uyuni.JPG 09/03/2012 12 Aguste Rodin / O pensador / Fotografia: Karora / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:The_T hinker,_Auguste_Rodin.jpg 09/03/2012 13 The U.S. Food and Drug Administration / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:FDA_m icrobiologist_prepares_DNA_samples_for_gel_e lectrophoresis_analysis.jpg 09/03/2012 Tabela de Imagens Slide Autoria / Licença Link da Fonte Data do Acesso 14 NaCl, em 11 de outubro de 2007 / Fotografia: Ondřej Mangl / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chlorid _sodn%C3%BD.JPG 12/03/2012 15 Pílulas / MorgueFile / http://www.morguefile.com / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Various Pills.jpg 09/03/2012 16 SEE-PE Acervo SEE-PE 09/03/2012 17 Vários vidros de laboratório, em 22 de agosto de 2009 / Fotografia: Tweenk / Creative Commons Attribution 3.0 Unported http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Lab_gla ssware.jpg 13/03/2012 18 Vidros de laboratório, em 25 de março de 2007 / Fotografia: André Luis Carvalho e Leandro Maranghetti Lourenço / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Vidrari as_de_Laboratorio.jpg 13/03/2012 22 NaOH, em 11 de outubro de 2007 / Fotografia: Ondřej Mangl / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Hydroxi d_sodn%C3%BD.JPG 09/03/2012 23 Nevit Dilmen / Raio-X, em 29 de setembro de 2010 / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Radiolo gy_1300250.JPG 09/03/2012 24 NaCl, em 11 de outubro de 2007 / Fotografia: Ondřej Mangl / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chlorid _sodn%C3%BD.JPG 12/03/2012 25 SEE-PE Acervo SEE-PE 09/03/2012 Tabela de Imagens
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