Química I Prática 4 Soluções e suas Propriedades

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO 
Fundação CECIERJ/Consórcio CEDERJ 
 
Licenciatura em Química 
 
 
 
Química I 
 
 
 
Prática 4 – Soluções e suas Propriedades 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Professora: Jucimar Jorgeane de Souza 
Aluno: Roberto Ricardo Rangel 
Matrícula: 19214070100 
 
 
Nova Iguaçu – RJ 
2019.2 
 
 
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1 – INTRODUÇÃO 
 
1.1 – Terminologia em Soluções 
 
 Pode-se definir uma solução como sendo a mistura de duas ou mais substâncias que 
constituem uma única fase; onde comumente denominamos o componente em maior 
quantidade como solvente e o componente em menor quantidade de soluto [KOTZ & 
TREICHEL, 1998]. Os gases quando misturados formam soluções gasosas e se misturam 
uniformemente em qualquer proporção, assim como os sólidos também podem ser misturados 
em condições adequadas para formarem soluções sólidas. Entretanto, quando se fala em 
soluções, destacam-se aquelas nas quais um sólido ou um líquido encontra-se 
homogeneamente disperso em um líquido (Quadro 1), e são conhecidas como soluções 
líquidas [RIBAS et al, 2017]. 
 
Quadro 1 – Tipos de soluções 
Solução Soluto em solvente Exemplo 
Gasosa 
Gás em gás Ar: O2 (g) + gases nobres em N2 (g). 
Líquido em gás Nitrogênio úmido: H2O (l) em N2 (g) a 25°C e 1 atm. 
Sólido em gás Iodo em nitrogênio: I2 (s) em N2 (g) a 25°C e 1 atm. 
Líquida 
Gás em líquido Amoníaco: NH3 (g) em H2O (l) a 25°C e 1 atm. 
Líquido em líquido Ácido acético: CH3COOH (l) em H2O (l). 
Sólido em líquido Nitrato de potássio: KNO3 (s) em H2O (l). 
Sólida 
Gás em sólido Hidrogênio: H2 (g) em Pd (s) a 25°C e 1 atm. 
Líquido em sólido Mercúrio: Hg (l) em Cu (s). 
Sólido em sólido Ligas metálicas: Ag (g) em Au (s); C (s) em Fe (s); etc. 
Fonte: QUAGLIANO & VALLARINO, 1979 
 
 A solubilidade é uma quantidade que expressa a concentração máxima de algum do 
soluto que pode existir no solvente (líquido ou sólido) no equilíbrio termodinâmico na 
temperatura e pressão especificadas. Medidas comuns de solubilidade incluem a massa de 
soluto por unidade de massa de solução (fração de massa), fração molar de soluto, molalidade, 
molaridade, e entre outras [HANDBOOK, 2014]. O termo miscibilidade geralmente se refere a 
líquidos, mas também pode se aplicar às fases gasosa e sólida [MERCK, 2019]. Tem-se uma 
solução saturada quando já se dissolveu a quantidade máxima possível do soluto no solvente 
e o sistema atingiu o equilíbrio. Para quantidades de soluto abaixo deste máximo tem-se uma 
solução insaturada. E em alguns casos é possível ter, temporariamente, uma solução 
supersaturada, onde a solução contém mais soluto dissolvido que a quantidade da saturação 
[KOTZ & TREICHEL, 1998]. Ainda pode-se expressar as proporções relativas de soluto e 
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solvente, em uma solução, especificando a concentração do soluto na mistura. Por exemplo, 
em uma solução concentrada, existe uma quantidade relativamente grande de soluto presente 
no solvente; enquanto uma solução diluída possui apenas uma quantidade pequena de soluto 
[BRADY & HUMISTON, 1986]. 
 A adição de um soluto a um líquido puro pode provocar alterações nas propriedades do 
líquido pela alteração de suas forças intermoleculares. Estas diferenças entre as propriedades 
do solvente puro e as da solução são as propriedades coligativas: variação da pressão de 
vapor, abaixamento do ponto de congelação, elevação do ponto de ebulição, etc [KOTZ & 
TREICHEL, 1998]. 
 
1.2 – Calor de Dissolução 
 
O processo de dissolução quase sempre ocorre tanto com uma absorção como com 
uma liberação de energia. A quantidade de energia que é absorvida ou liberada quando uma 
substância entra em solução é chamada de calor de dissolução. A grandeza do calor de 
dissolução nos fornece informações sobre as forças relativas de atração entre as várias 
partículas que formam uma solução. Se a energia que envolve a remoção dos íons do sólido 
[energia da rede, ∆Hf (s)] é maior que a energia que coloca estes íons num ambiente onde 
estão cercados por moléculas de água [energia de hidratação, ∆Hf (aq)], há um fornecimento 
de energia quando a substância se dissolve; o processo é endotérmico (∆Hsol > 0). 
Inversamente, quando a energia de hidratação excede a energia da rede, é liberada mais 
energia quando os íons se tornam hidratados do que é necessária para desfazer a rede 
iônica, assim, quando o sólido se dissolve, observa-se um processo exotérmico (∆Hsol < 0) 
[BRADY & HUMISTON, 1986]. 
∆H0sol = ∆H0f (aq) - ∆H0f (s) 
 
1.3 – Solubilidade e Temperatura 
 
 A uma dada temperatura, uma solução saturada representa um sistema num estado de 
equilíbrio dinâmico, isto é, o soluto dissolve-se à mesma velocidade em que se cristaliza; e uma 
elevação na temperatura favorece o deslocamento na posição de equilíbrio numa direção que 
absorverá calor. Portanto, se a dissolução de soluto adicional em um solução já saturada 
absorver energia, a solubilidade desta substância aumentará quando a temperatura for aumen-
tada. Inversamente, se a colocação de soluto adicional na solução saturada é um processo 
exotérmico, o soluto tornar-se-á menos solúvel quando a temperatura for aumentada [BRADY 
& HUMISTON, 1986]. 
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2 – OBJETIVOS 
 
− Compreender o conceito de soluto, solvente e solução. 
− Caracterizar o comportamento de soluções, identificando a ação de diferentes 
solutos e solventes. 
− Identificar aspectos associados ao calor durante o processo de solubilização. 
− Verificar as consequências da imiscibilidade de líquidos. 
 
3 – RESULTADOS E DISCUSSÃO 
 
3.1. Solução Supersaturada 
 
a) Ao dissolver aproximadamente 1g de acetato de sódio anidro (CH3COONa) em cerca de 
0,5 mL de água e posteriormente aquecer, obteve-se uma solução supersaturada depois de 
resfriada. Como este sistema é instável, a perturbação ocasionada pela adição um pequeno 
cristal de CH3COONa fez com que todo sal em excesso precipitasse. 
 
b) De forma análoga ao item anterior, o atrito do bastão de vidro nas paredes internas do 
tubo, causou uma perturbação suficiente para provocar a precipitação do CH3COONa. 
 
3.2. Calor de Dissolução 
 
a) Ocorre um aquecimento da solução formada (processo exotérmico) pela adição de ácido 
sulfúrico concentrado (H2SO4) a cerca de 1 mL de água. 
 
b) Ocorre um resfriamento da solução formada (processo endotérmico) pela adição de 
alguns cristais de cloreto de amônio (NH4Cl) a cerca de 1mL de água. 
 
3.3. Influência da Temperatura na Solubilidade 
 
a) Preparou-se uma solução de nitrato de sódio (NaNO3) dissolvendo-se 1,5 g do sal em 
cerca de 1 mL de água, por aquecimento e deixou-se a solução esfriar. Depois de fria, pode-
se observar uma turvação no tubo de ensaio ocasionado pela precipitação do excesso do 
sal da solução supersaturada. Uma vez que esta condição é instável bastou a diminuição 
para a temperatura ambiente para que o sal excedente precipitasse. 
 
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b) Preparou-se uma solução saturada de acetato de cálcio, Ca(CH3COO)2, dissolvendo o 
excesso do sal em cerca de 1 mL de água por aquecimento. Ocorreu a precipitação do sal 
quando o tubo foi resfriado. 
 
3.4. Líquidos Miscíveis e Imiscíveis 
 
a) Ao misturar cerca de 0,5 mL de água com 0,5 mL de etanol em um tubo de ensaio, 
obteve-se uma solução homogênea com pequena liberação de calor. O etanol e a água são 
completamente miscíveis em qualquer proporção devido as interações das ligações de 
hidrogênio entre as moléculas do solvente e do soluto. 
 
b) Depois de agitar cerca de 1 mL de água com 0,5 mL de éter de petróleo em um tubo de 
ensaio, obteve-se um sistema bifásico. Os dois líquidos são imiscíveis por conta da sua 
diferença de polaridade, sendo água polar e o éter de petróleo apolar. 
 
c) Depois de agitar cerca de 3 mL de solução aquosa de iodo (coloração castanha escura) 
com 1 mL de éter de petróleo (incolor) em um tubo de ensaio. Pode-se observar uma leve 
coloração violeta na camadaetérea devido à presença de parte do iodo (I2) que fora extraído 
da fase aquosa que teve sua intensidade de cor diminuída. 
 Por ser uma molécula de momento de dipolo neutro, o iodo é pouco solúvel em água, 
mas dissolve-se melhor em solventes orgânicos (apolares). 
 
Figura 1 – Partição do I2 entres as camadas orgânica e aquosa 
 
Fonte: Autor 
 
 
fase 
aquosa 
fase 
orgânica 
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d) Adição de etanol puro à água (Demonstração a ser feita pelo tutor): 
Ao se adicionar cuidadosamente de etanol (ρ20 = 0,7893 g cm3; µ = 1,69 D) numa proveta de 
50 mL, contendo 25 mL de água (ρ25 = 0,9970 g cm3; µ = 1,8546 D), até completar o volume 
(50mL); pode ser observado que os dois líquidos inicialmente não se misturam devido a 
suas diferenças de densidade e polaridade. Após serem misturados com o auxílio de um 
bastão de vidro, verificar-se que houve um ligeiro aquecimento e uma pequena redução do 
volume. 
Com adição de etanol à água, estabelecessem-se ligações de hidrogênio entre as 
moléculas de ambas as substâncias, sendo que essa forte interação faz com que a distância 
entre elas diminua. Isso quer dizer que as ligações de hidrogênio entre as moléculas de 
água foram rompidas para que fossem estabelecidas novas ligações com o etanol, sendo 
assim, os espaços vazios entre as moléculas de água foram ocupados pelo álcool, 
diminuindo então o volume total. 
 
e) Teste do teor de álcool em uma gasolina (Demonstração a ser feita pelo tutor): 
Em uma proveta de 150 mL adicionou-se 70 mL de gasolina C (contendo álcool), em 
seguida 30 mL de água e misturou-se com auxílio de um bastão de vidro. Após o repouso, o 
sistema apresentou uma fase aquosa com 40 mL e uma fase gasolina com 60 mL. O teor de 
álcool na gasolina corresponde a diferença entre o volume de gasolina antes e após a 
extração. 
 
����	��	��	
��	(%�/�) = �������	��	�	����
	������� − ������	��	�	����
	�����������	��	�	����
	������� × 100% 
����	��	��	
��	(%�/�) = $70 − 6070 ' × 100%	 ≅ 14,3% 
 
A saber, a partir de 16/03/2015, percentual obrigatório de etanol anidro combustível na 
gasolina comum é de 27%, enquanto a gasolina premium deve-se adicionar 25% de etanol 
anidro combustível, sendo aceitável uma margem de erro de mais ou menos 1%, conforme 
disposto no Art. 1°, da Lei 10.203/2001 [PETROBRAS & ANP, 2019]. 
Usualmente para o teste da proveta utiliza-se uma solução de NaCl 10% p/p pois o 
aumento da polaridade facilita a extração do etanol (polar) da gasolina (apolar). O teor de 
etanol significante menor encontrado provavelmente foi devido à perda por evaporação pois 
amostra parecia bem degradada. 
 
 
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4 – ATIVIDADES 
 
4.1 − Verifique, em um manual de laboratório, as propriedades físicas do acetato de sódio 
 
Tabela 1 – Propriedades físicas do acetato de sódio (NaC2H3O2) 
Peso molecular 
Forma física 
Ponto de fusão Ponto de ebulição Densidade 
(g mol-1) (°C) (°C) (g cm-3) 
82,034 Cristais incolores 328,2 — 1,528 
Solubilidade 
Temperatura (°C) 
0 10 20 25 30 40 50 60 70 80 90 100 
% m/m 26,5 28,8 31,8 33,5 35,5 39,9 45,1 58,3 59,3 60,5 61,7 62,9 
g/100 H2O 36,1 40,4 46,6 50,4 55,0 66,4 82,1 139,8 145,7 153,2 161,1 169,5 
mol L-1 4,4 4,9 5,7 6,1 6,7 8,1 10,0 17,0 17,8 18,7 19,6 20,7 
Fonte: Handbook of Chemistry and Physics, 95th Edition, 2014. 
 
4.2 − Verifique, em um manual de laboratório, as solubilidades do nitrato de potássio, 
acetato de cálcio, etc. 
 
Tabela 2 – Propriedades físico-químicas 
Substância Propriedades 
Nome Fórmula Número CAS MM (g mol-1) g/100g H2O ∆solH0 (kJ mol-1) 
Acetato de cálcio Ca(C2H3O2)2 62-54-4 158,167 35,5
25 — 
Acetato de sódio NaC2H3O2 127-09-3 82,034 50,4
25 -17,32 
Acetato de sódio triidratado NaC2H3O2 · 3H2O 6131-90-4 136,079 50,4
25 19,66 
Ácido sulfúrico H2SO4 7664-93-9 98,079 miscível — 
Cloreto de amônio NH4Cl 12125-02-9 53,492 39,5
25 14,78 
Etanol C2H6O 64-17-5 46,068 miscível -50,6 
Iodo I2 7553-56-2 253,809 0,03
20 — 
Nitrato de potássio KNO3 7757-79-1 101,103 38,3
25 34,89 
Nitrato de sódio NaNO3 7631-99-4 74,995 91,2
25 20,50 
Fonte: Handbook of Chemistry and Physics, 95th Edition, 2014. 
 
 
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5 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
AGÊNCIA NACIONAL DO PETRÓLEO, GÁS NATURAL E BIOCOMBUSTÍVEIS (ANP). 
http://www.anp.gov.br/petroleo-derivados/155-combustiveis/1855-gasolina <Acessado em: 
28/09/2019> 
 
BRADY, J. E. & HUMISTON, G. E. Química Geral – Volume 1, 2ª Edição. LTC – Livros 
Técnicos e Científicos Editora S.A. Rio de Janeiro – RJ, 1986. 
 
Handbook of Chemistry and Physics, 95th Edition. CRC Press by Taylor & Francis Group, LLC. 
Boca Raton – FL, 2014. 
 
KOTZ, J. C. & TREICHEL JR, P. Química e Reações Químicas – Volume 1, 3ª Edição. LTC – 
Livros Técnicos e Científicos Editora S.A. Rio de Janeiro – RJ, 1988. 
 
PETRÓLEO BRASILEIRO S.A. (PETROBRAS). http://www.petrobras.com.br/pt/produtos-e-
servicos/composicao-de-precos-de-venda-ao-consumidor/gasolina <Acessado em: 
28/09/2019> 
 
QUAGLIANO, J. V. & VALLARINO, L. M. Química, Terceira Edição. Editora Guanabara Koogan 
S.A. Rio de Janeiro – RJ, 1979.