Propriedades das soluções

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Larissa Diniz Oliveira Silva - QUIB 13
lllllllllllllllllllllllll Propriedades das soluçõeslllllllllllllllllllll
Processo de dissolução
Componentes da solução
● Solvente é o componente em maior quantidade.
● Soluto são os demais componentes.
● Uma solução é formada quando uma substância se
dispersa uniformemente em outra. A capacidade de
formar soluções depende de dois fatores:
1. A tendência natural das substâncias de se misturar
e se espalhar em volumes maiores
2. O tipo de interação intermolecular envolvida no
processo de solução
● Solvatação é a interação das moléculas do soluto e do
solvente. Quando o solvente a água, isso se chama de
hidratação.
Tendência natural para a mistura
● A formação de solução é favorecida pelo aumento da
entropia.
● Mistura de gases
- Processo espontâneo, a menos que as moléculas
sejam impedidas pelos recipientes nos quais estão
contidos, uma vez que suas interações
intermoleculares não são fortes o suficiente para
restringir as moléculas.
- Aumento da entropia, pois as moléculas se
misturam e ficam distribuídas de maneira aleatória
● Mistura de líquidos ou sólidos
- As forças intermoleculares são importantes na
determinação se a solução irá se formar ou não.
- Os íons de cloreto de sódio, por exemplo, embora
tenham ligações iônicas, o sólido se dissolve em
água devido a força de atração entre os íons e as
moléculas de água. Na gasolina, no entanto, esses
não irão se dissolver, pois as forças
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intermoleculares entre os íons e as moléculas de
gasolina são muito fracas.
Efeito da interações intermoleculares
● Existem três tipos de interações intermoleculares
envolvidas na formação da solução:
1. Interação soluto-soluto: devem ser superadas para
dispersar as partículas de soluto no solvente
2. Interação solvente-solvente: devem ser superadas
para acomodar as partículas do soluto no solvente.
3. Interações solvente-soluto: ocorre à medida que as
partículas se misturam.
→ A proporção na qual a substância é capaz de se
dissolver em outra depende das magnitudes
relativas desses três tipos de interação.
→ A solução é formada quando a magnitude das
interações solvente-solvente e soluto-soluto são
comparadas com a magnitude das interações
solvente-soluto.
Energética da formação de uma solução
● Processo em solução são acompanhados por variações
de entalpia.
● Usa-se a lei de Hess para analisar de que modo as
interações soluto-soluto, solvente-solvente e
soluto-solvente influenciam a entalpia de solução.
● A quebra de forças intermoleculares é sempre
endotérmica.
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● A formação de forças intermoleculares atrativas é
sempre exotérmica.
● O componente que surge da mistura entre interações de
atração entre as partículas de soluto e solvente, ΔH mis, é
sempre exotérmico.
● O ΔH da solução pode ser positivo ou negativo.
● Processos exotérmicos tendem a ocorrer
espontaneamente. Em processos endotérmicas, a
solução só será formada se a interação solvente-soluto
forem fortes o suficiente para que o ΔHmis seja
comparável em magnitude ao somatório ΔHsoluto +
ΔHsolvente
● Por conta dessa comparação de forças, os solutos
iônicos não são dissolvidos em solventes apolares. As
moléculas de solventes apolares experimentam somente
interações fracas com os íons, as quais não são
suficientes para separar os íons um dos outros.
● Um soluto líquido polar, como a água, não se dissolve
em um solvente líquido apolar, uma vez que as fortes
ligações de hidrogênio presentes na água devem ser
superadas.
Soluções saturadas e solubilidade
Cristalização
● É o processo em que um soluto sólido começa a se
dissolver em um solvente, e a concentração de
partículas de soluto presentes na solução aumenta,
aumentando também as chances de que algumas
partículas de soluto colidam com a superfície do sólido
e sejam recombinadas.
dissolve
Soluto + Solvente ⇌ solução
cristaliza
● Quando a velocidade com que esses dois processos
opostos se igualam, um equilíbrio dinâmico é
estabelecido, não havendo aumento adicional na
quantidade de soluto em solução.
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Solução saturada
● Ocorre quando o solvente dissolve todo o soluto
possível e ainda resta soluto no fundo que não
dissolveu.
● Quando está em equilíbrio com o soluto não dissolvido
● Se for adicionado mais soluto, ele não se dissolverá.
Solubilidade
● É a quantidade máxima de soluto que pode ser
dissolvido em uma dada quantidade de solvente a uma
temperatura específica, considerando que há soluto em
excesso.
Solução insaturada
● Quando dissolve menos soluto que a quantidade
necessária para formar uma solução saturada.
Solução supersaturada
● Quando uma solução saturada é formada a uma
temperatura elevada e, em seguida, é resfriada
lentamente, todo o soluto pode permanecer dissolvido,
mesmo que a solubilidade diminua com a diminuição da
temperatura.
● São instáveis
● A adição de um pequeno cristal do soluto(cristal
semente) fornece um modelo para a cristalização do
soluto em excesso, levando a uma solução saturada.
Fatores que afetam a solubilidade
Interações soluto-solvente
● Quanto mais forte for a atração entre as moléculas de
soluto e solvente, maior será a solubilidade do soluto
nesse solvente.
● O aumento da massa molecular e do tamanho, aumenta
a força de atração das moléculas, aumentando a
solubilidade.
● Líquidos polares tendem a se dissolver em solventes
polares. Assim, líquidos apolares tendem a ser insolúveis
em líquidos apolares.
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● Líquidos que se misturam em todas as proporções são
miscíveis, enquanto aqueles que não se dissolvem em
outro são imiscíveis.
● Aumentar o número de grupos polares presentes na
substância aumenta a solubilidade de uma substância
na água.
● Sólidos de rede, como o diamante e o quartzo, não são
solúveis em solventes polares ou apolares, em razão da
forte ligação no interior do sólido.
Efeitos da pressão
● A solubilidade de sólidos e líquidos não é afetada de
modo considerável pela pressão.
● A solubilidade de um gás em qualquer solvente aumenta
proporcionalmente à pressão parcial do gás que se
encontra logo acima da solução.
- A solubilidade aumenta até que a velocidade com
que as moléculas de um gás entram na solução
seja igual à velocidade com que elas escapam da
solução.
● Lei de Henry
Sg = KPg
● Engarrafadores utilizam o efeito da pressão sobre a
solubilidade na produção de bebidas gaseificadas, que
são engarrafadas sob pressão de dióxido de carbono
superior a 1 atm. Quando as garrafas são abertas, a
pressão parcial do CO2 acima da solução diminui,
diminuindo a solubilidade e, por isso, o gás escapa da
solução na forma de bolhas.
Efeitos da temperatura
● O aumento da temperatura faz a solubilidade da
maioria dos solutos sólidos aumentarem.
→ Exceções: Ce2(SO4)3
● A solubilidade dos gases diminui com o aumento da
temperatura.
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Expressando a concentração
● A concentração de uma solução pode ser expressa de
modo qualitativo ou quantitativo.
● Uma solução com concentração pequena de soluto é
diluída. Uma solução com concentração grande de
soluto é concentrada. Essa classificação é qualitativa.
Percentual em massa, PPM, PPB
% em massa do componente = massa do componente em solução x 100
一一一一一一一一一一一一一一一
massa total da solução
● Exemplo: Uma solução de ácido clorídrico com 36% em
massa contém 36g de HCl para cada 100g de solução.
PPM do componente = massa do componente em solução x 106
一一一一一一一一一一一一一一一
massa total da solução
● 1 ppm = 1g a cada 106 de gramas
● 1 ppm = 1 mg a cada 1 kg de solução
Fração Molar
● A fração molar é representada pela letra X
● Não tem unidade de medida
Fração molar do componente = número de mols do componente
一一一一一一一一一一一一一一
n de mols de todos os componentes
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● São úteis para gases, mas tem uso limitado quando se
trata de soluções líquidas.
Concentração em quantidadede matéria ou Molaridade (M)
● Relaciona o volume de uma solução à quantidade de
soluto contida naquele volume.
Molaridade = número de mols do soluto
一一一一一一一一一一一一
litros da solução
● Altera de acordo com a temperatura, uma vez que o
volume da solução expande ou contrai com a
temperatura.
Molalidade
Molalidade = número de mols do soluto
一一一一一一一一一一一一
quilogramas do solvente
● As definições de molaridade e molalidade são
semelhantes e podem ser confundidas.
● Quando a água é o solvente, a molalidade e a
molaridade são numericamente iguais, porque 1kg de
água tem volume de 1L.
● A molalidade não varia com a temperatura, porque as
massas não mudam com a alteração de temperatura.
● É mais utilizada que a molaridade quando uma solução
sofre variações de temperatura.
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Propriedades Coligativas
● As propriedades coligativas dependem da
quantidade(concentração), mas não do tipo ou
identidade das partículas do soluto.
Redução da pressão de vapor
● A pressão de vapor representa a pressão exercida pelo
vapor quando ele está em equilíbrio com o líquido, ou
seja, a velocidade de vaporização se iguala à velocidade
de condensação.
● Uma substância que não tem pressão de vapor
mensurável é considerada não volátil.
● A adição de um soluto não volátil em solvente líquido
volátil forma uma solução espontânea, devido ao
aumento da entropia, assim, as moléculas do solvente
são estabilizadas e têm menor tendência a passar para
o estado de vapor. Dessa forma, a pressão de vapor do
solvente é inferior à pressão de vapor do solvente puro.
● A presença de soluto não volátil reduz a pressão de
vapor do solvente volátil. Essa redução depende,
somente, da concentração de partículas do soluto.
● Lei de Raoult
P solução = X solvente Pº solvente
● Uma solução ideal é aquela que obedece a Lei de
Raoult. Isso implica total interação entre as moléculas
presentes, isto é, as interações soluto-soluto,
solvente-solvente, soluto-solvente são indistinguíveis
umas das outras.
● Soluções reais se aproximam do comportamento ideal
quando a concentração de soluto é baixa e o soluto e
solvente têm tamanhos semelhantes, com atrações
intermoleculares semelhantes.
Elevação do ponto de ebulição
● O ponto de ebulição normal de um líquido é a
temperatura na qual a pressão de vapor é 1 atm.
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● Como a solução tem uma pressão de vapor mais baixa
que a do solvente puro, uma temperatura mais elevada
será necessária para que a solução alcance uma
pressão de vapor a 1 atm.
● A adição de um soluto não volátil faz o ponto de
ebulição da solução aumentar em relação ao solvente
puro.
● A elevação do ponto de ebulição da solução depende
da molalidade do soluto.
ΔTe = Te (solução) - Te (solvente) = i Ke m
m = Molalidade do soluto
Ke = Constante Molal de elevação do ponto de ebulição
→ Ke do H2O: 0,51 ºC/m
i = Fator de van’t Ho�
→ Número de partículas formadas em solução quando
um dado soluto é separado por um determinado solvente .
→ i= 1 para não eletrófilos
→Para eletrófilos, i depende do número de mols
formados na dissociação do soluto.
Redução do ponto de congelamento
● O ponto de congelamento de uma solução é a
temperatura na qual os primeiros cristais de solvente
puro são formados em equilíbrio com a solução
● A adição de um soluto não volátil faz o ponto de
congelamento diminuir em relação ao líquido puro.
ΔTc = Tc (solução) - Tc (solvente) = - i Kc m
m = Molalidade do soluto
Kc = Constante Molal de redução do ponto de
congelamento
→ Kc do H2O: 1,86 ºC/m
i = Fator de van’t Ho�
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● Como a solução congela a temperatura mais baixa que
o solvente puro, o valor de ΔTc é negativo.
● Por conta da redução do ponto de congelamento, os
anticongelantes em sistemas de arrefecimento
automotivos e o cloreto de cálcio (CaCl2) provocam a
fusão do gelo nas estradas.
Osmose
● É o movimento global do solvente em direção à solução
mais concentrada, com objetivo de igualar as
concentrações.
● Ocorre através de membranas semipermeáveis.
● Existe movimento em ambos os sentidos através de uma
membrana semipermeável.
● À medida que o solvente se move através da membrana,
os níveis de fluidos em um tubo em U se tornam
irregulares.
● Como os níveis dos fluidos ficam irregulares, a diferença
de pressão se torna tão grande que o fluxo de água é
interrompido. Essa pressão que interrompe a osmose é
chamada de pressão osmótica.
𝚷 = i (n/v) RT = i MRT
𝚷 = Pressão osmótica
M = Molaridade
T = Temperatura absoluta
R = Constante do gás ideal
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i = Fator de van’t Ho�
● Em duas soluções de pressões osmóticas idênticas, que
são separadas por uma membrana semipermeável, não
ocorre osmose. Elas são isotônicas entre si.
● Se uma solução tem pressão osmótica mais baixa, ela é
hipotônica em relação à solução mais concentrada.
● Nas hemácias:
- Se colocadas em uma solução hipertônica, a água
se move para fora da célula. Isso faz com que ela
murche, processo chamado de crenação.
- Se colocadas em solução hipotônica, a água se
move para dentro da célula. Isso faz com ela se
rompa, processo chamado de hemólise.
Coloides
● Representam a linha divisória entre as soluções e as
misturas heterogêneas.
● Podem ser gasosos, líquidos ou sólidos
● Uma partícula coloidal pode ser uma molécula gigante,
como a hemoglobina.
● A maioria dos coloides parecem turvos ou opacos, a
menos que estejam muito diluídos.
● Podem dispersar a luz, o chamado efeito Tyndall.
● Cores na extremidade azul do espectro visível são mais
espalhadas pelas moléculas e pequenas partículas de
poeira na atmosfera que cores na extremidade
vermelha.
● Existem vários tipos do colóides:
- Aerosol ( gás +líquido ou sólido; névoa e fumaça)
- Espuma (líquido + gás; creme, chantilly)
- Emulsão (líquido + líquido; leite)
- Sol (líquido + sólido; tinta)
- Espuma sólida (sólido + gás; marshmollow)
- Emulsão sólida (sólido + líquido; manteiga)
- Sol sólido (sólido + sólido; vidro rubi)
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Coloides hidrofílicos e hidrofóbicos
● Os coloides mais importantes são aqueles em que o
meio de dispersão é a água.
● Coloides hidrofílicos são mais parecidos com as
soluções.
● Moléculas de proteínas muito grandes, como enzimas e
anticorpos, ficam em suspensão interagindo com as
moléculas de água circundantes. Essas moléculas se
dobram de maneira que os grupos hidrofóbicos fiquem
afastados das moléculas de água, enquanto que os
grupos hidrofílicos e polares ficam na superfície.
Geralmente, tais grupos possuem oxigênio ou nitrogênio
e, muitas vezes, são espécies carregadas.
● Coloides hidrofóbicos podem ser dispersos em água
somente se estiverem estabilizados de alguma maneira.
Caso contrário, sua ausência natural de afinidade com
a água faz com que eles se aglutinem e acabem se
separando da água.
● Um método de estabilização dos coloides hidrofóbicos
é chamado de adsorção. Isso significa que íons são
adsorvidos à superfície hidrofóbica, permitindo a
interação desse com a água. A repulsão eletrostática
entre os íons impede que as partículas se aglutinem em
vez de se dispersar na água.
● A estabilização dos coloides hidrofóbicos pode ocorrer
também por grupos de moléculas anfipáticas. Gotas de
óleo, por exemplo, são hidrofóbicas e permanecem
suspensas na água, aglutinadas, formando uma
mancha na superfície. Nesse caso, a adição de
substâncias, como o estearato de sódio, que possuem
extremidades hidrofílicas e extremidades hidrofóbicas,
são responsáveis por estabilizar a suspensão de óleo
em água, uma vez que a parte polar interage com a
água, enquanto a parte apolar interage com o óleo.
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● A estabilização coloidal tem uma aplicação interessante
no sistema digestivo humano. Os componentes da bile
possuem extremidades hidrofílicas e hidrofóbicas, os
quais são responsáveis por emulsificar as gorduras no
intestino, permitindo a digestão e a absorçãode
vitaminas solúveis em gordura por meio da parede
intestinal.
● Emulsificar significa formar uma suspensão de um
líquido em outro, com o auxílio de um agente
emulsificante.
Movimento coloidal em líquidos
● Partículas coloidais presentes em uma solução se
movimentam aleatoriamente como resultado de colisões
com moléculas de solvente. Porém, como são enormes
em comparação às moléculas de solvente, seu
movimento resultante de qualquer colisão é muito
pequeno. No entanto, muitas colisões ocorrem, e elas
provocam um movimento aleatório da partícula coloidal
como um todo, chamado de movimento browniano.
● Quanto maior a partícula coloidal, menor é o seu
caminho livre médio em determinado líquido.
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