Concentração de soluções e diluição

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1 Concentração de soluções e diluição 1. Introdução Uma solução é uma dispersão homogênea de duas ou mais espécies de substâncias moleculares ou iônicas. É um tipo especial de mistura, em que as partículas dispersas são de tamanho molecular. Em química, trata-se principalmente das soluções no estado líquido, constituídas por gases, líquidos ou sólidos, dispersos em um solvente líquido. Os componentes de uma solução são denominados de solvente e soluto, onde o solvente é o componente mais abundante. De acordo com a quantidade de soluto e solvente, as soluções podem ser classificadas em: Soluções diluídas Soluções concentradas Soluções saturadas Soluções supersaturadas O ponto de saturação depende do soluto, do solvente, e das condições físicas, como temperatura e pressão. A quantidade de uma substância necessária para saturar uma quantidade padrão (100 g) de um solvente em uma dada pressão e temperatura, é chamada coeficiente ou grau de solubilidade. O gráfico que apresenta o coeficiente de solubilidade de uma substância em função da temperatura, chama-se curva de solubilidade e é de grande importância nas soluções de sólidos em líquidos. O termo concentração é utilizado para se referir às constantes de proporcionalidade das relações entre a quantidade de uma substância (geralmente o soluto) e o volume total do material. Uma vez que as quantidades dos solventes e de soluto podem ser medidas em massa, volume ou número de mols (quantidade de matéria), há diversos métodos para descrever suas concentrações, tais como: C concentração comum: relaciona a massa de soluto com o volume total da solução em litros: ; unidade: g/l M concentração molar ou molaridade: relaciona a quantidade de matéria (número de mols) do soluto com o volume da solução em litros: ; unidade: mol/l ou T título ou fração em massa: relaciona a massa do soluto com a massa total da solução: W molalidade: relaciona a massa de soluto com a massa de solvente em kg: ; unidade: mol/kg x fração molar: relaciona a quantidade de soluto (em número de mols) com a quantidade total de mols da solução (mols de soluto + mols de solvente): e, sendo que

2 2. Objetivo Preparar soluções de ácido (HCl) e base forte (NaOH) a partir de seus reagentes. Preparar uma solução de NaOH a partir da diluição de uma solução estoque. 3. Metodologia: 3.1 Preparação de uma solução 0,5 M de NaOH O hidróxido de sódio (NaOH) é uma base sólida, comercializada na forma de pastilhas. Para preparar uma solução de NaOH com concentração determinada, deve-se primeiramente calcular a massa de material necessária para atingir esta concentração. Se a concentração da solução que se deseja preparar é dada em molaridade (concentração molar), calcula-se a quantidade em mols do soluto para o volume de solução que será preparada: (lembrando que V deve estar em L) Sabendo a quantidade de mols de soluto necessária para preparar a solução, calcula-se a massa de soluto a partir de sua massa molar (MM): Assim, para preparar 100 ml de uma solução 0,5 M de NaOH, deve-se primeiramente calcular a massa necessária do soluto: ou 2 mg Após pesar a massa calculada do soluto, este deve ser dissolvido numa quantidade de água menor que o volume total da solução. Este procedimento é realizado para evitar erros na medida do volume devido a contração ou expansão da solução devido à dissolução. Outro cuidado que deve ser tomado é o aquecimento da solução com a diluição, principalmente quando se deseja preparar soluções muito concentradas. Depois que todo o soluto for dissolvido, este é transferido para um balão volumétrico do tamanho exato do volume utilizado nos cálculos de massa, e completa-se com água até o menisco. 3.2 Preparação de uma solução diluída de HCl O ácido clorídrico (HCl) é um ácido forte. Ácidos fortes, geralmente, são comercializados como soluções concentradas, com densidade e título especificados no rótulo do frasco. Desta maneira, o cálculo para determinar a quantidade de HCl necessária para preparar uma solução deve ser feito em termos do volume de ácido a ser utilizado. Normalmente, calcula-se a molaridade do HCl comercial a partir da densidade e do título encontrados no frasco: e

3 Por exemplo, um ácido com densidade 1,18 kg/l (ou 1180 g/l) e título 37%, é uma solução de HCl na seguinte concentração: Para determinar qual o volume dessa solução concentrada de HCl deve ser diluído para preparar a solução de interesse, deve-se considerar a equação fundamental de diluição de soluções. A diluição de uma solução consiste na adição de um solvente a esta, diminuindo a sua concentração. Como há apenas adição de solvente, a quantidade de soluto (em massa ou em número de mols) na diluição de soluções permanece constante, apenas volume aumenta. Assim, tem-se que: Com auxílio de uma pipeta, mede-se o volume inicial de ácido e o adiciona a uma quantidade de água menor que o volume final da solução que se quer preparar. Após a homogeneização, transfere-se o líquido para um balão volumétrico apropriado e completa-se o volume desejado com água. 3.3 Diluição de soluções Um procedimento comum em laboratórios é manter uma solução estoque, mais concentrada, de ácidos ou bases mais utilizados. Um pequeno volume dessa solução é, então, diluído para a utilização quando concentrações menores são requeridas. Para preparar uma solução diluída a partir de uma solução estoque, utiliza-se também a equação fundamental de diluição, onde a solução estoque é a solução inicial, e a solução final é a que se quer preparar. Por exemplo, para saber qual a quantidade de uma solução 0,5 M de NaOH deve ser usada para preparar 100 ml de uma solução 0,2 M de NaOH, faz-se o seguinte cálculo: Ou seja, deve medir com auxílio de uma pipeta, 40 ml da solução de estoque e adicioná-la a um balão volumétrico de 100 ml. Em seguida, completa-se o volume com água destilada até o menisco do balão. 4. Procedimento Experimental: 4.1 Preparação de uma solução 0,5 M de NaOH Calcula-se a massa necessária para se obter 100 ml de uma solução 0,5 M de NaOH. Com o auxílio de um vidro de relógio, pese corretamente a massa calculada. Transfira o NaOH pesado para um béquer, utilizando para esta operação um bastão de vidro. Deve-se tomar o cuidado de não deixar nenhum resíduo no

4 vidro de relógio. Para tanto, jogue água destilada sobre o mesmo, fazendo com que ela caia dentro do béquer. Acrescente água destilada até a marca aproximada de 50 ml do béquer e agite até a dissolução completa do NaOH. Transporte o conteúdo do béquer para um balão volumétrico, com o cuidado de não perder nenhuma parte desta solução ao fazer a operação. A seguir, complete com água destilada, até a aferição do balão e agite para homogeneizar a solução preparada. Após o preparo, a solução deve ser armazenada em um frasco coletor, devidamente etiquetado. 4.2 Preparação de uma solução diluída de HCl Determine, partindo-se da densidade e do titulo, a molaridade do HCl. Com este dado e a equação fundamental de diluição de soluções, calcule o volume de ácido necessário para se preparar 100 ml de uma solução 0,6 mol/l de HCl. Adicione cerca de 20 ml de água destilada num béquer. Com o auxilio de uma pipeta, transporte para o béquer o volume de HCl concentrado calculado anteriormente. Agite a solução até homogeneização total e faça sua transferência para um balão volumétrico de 100mL. Complete o volume e torne a agitar. Em seguida, transfira essa solução para o frasco coletor, devidamente etiquetado. 4.3 Diluição de soluções Calcule qual o volume da solução estoque preparada no item 4.1 necessário para preparar 100 ml de uma solução 0,2 mol/l de NaCl. Transfira o volume calculado, utilizando uma pipeta, para um balão volumétrico de 100 ml. Complete o volume com água destilada e homogeneíze a solução. Transfira o conteúdo do balão para um frasco devidamente etiquetado. 5. Questões 1. Descreva detalhadamente os procedimentos realizados para as preparações das soluções dos itens 4.1; 4.2 e Você preparou uma limonada dissolvendo 2 colheres (que seriam cerca de 10,0 g) de açúcar em um copo de 250 ml. Sabendo que o açúcar é a sacarose (C 12 H 22 O 11 ), qual é a concentração de açúcar em mol/l na sua limonada? 3. Qual é a molaridade do sulfato de sódio (Na 2 SO 4 ) em uma solução preparada pela dissolução de 15,5g em água, até completar 350 ml de solução?

5 4. Numa aula de Introdução ao Laboratório de Química, foi necessário preparar 250 ml de uma solução 0,0380 mol/l de sulfato de cobre (II). Ao procurar o sal laboratório, você descobre pelo rótulo que trata-se do sulfato de cobre (II) pentahidratado (CuSO 4.H 2 O). Que massa desse sal você precisará pesar para preparar a solução? 5. Calcule o volume de HCl 0,0155 M que deve ser usado para preparar 100 ml de uma solução de HCl 0,523 mmol/l. 6. Bibliografia 1. R.C.Rocha-Filho, R.R.daSilva; Cálculos Básicos da Química. São Carlos : EDUFSCar P.Atkins, L.Jones; Princípios de Química, Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente. 3ª. Ed. Porto Alegre : Bookman

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