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1 SEGURANÇA E TÉCNICA DE LABORATÓRIO AULA 03: CONCENTRAÇÃO DE SOLUÇÕES TÓPICO 02: UNIDADES DE CONCENTRAÇÃO Uma solução é uma mistura homogênea de duas ou mais substancias. Uma destas substâncias é chamada solvente; ele é usualmente o componente que está presente em maior quantidade. As outras substâncias da solução são chamadas solutos; elas são ditas estar dissolvidas no solvente. A concentração de uma solução é a relação entre a quantidade de soluto e a quantidade do solvente ou da solução. Uma vez que as quantidades de soluto e solvente podem ser dadas em massa, volume ou quantidade de matéria há diversas formas de se expressar as concentrações de soluções. Iremos neste tópico definir algumas mais utilizadas. Fonte [1] A CONCENTRAÇÃO EM GRAMA POR LITRO Este termo é utilizado para indicar a relação entre a massa do soluto(m) expressa em gramas e o volume (V) da solução em litros: O hipoclorito de sódio, NaClO, produz uma solução alvejante quando dissolvido em água. A massa de NaClO, contida numa amostra de 5,0 ml de alvejante foi determinada como sendo igual a 150 mg. Qual a concentração em g/l do NaClO nessa solução? A CONCENTRAÇÃO EM QUANTIDADE DE MATÉRIA É a relação entre a quantidade de matéria do soluto (nsoluto) e o volume da solução (V) em litros. No passado esta unidade de concentração era denominada molaridade ou concentração molar. Atualmente por recomendação da International Union of Purê and Applied Chemistry (IUPAC), o emprego desses termos vem sendo evitado. Em seu uso correto a palavra molar significa por mol e não mol por litro como na antiga definição de molaridade. Neste sentido uma das formas mais usuais de expressão de concentração de soluções

2 conhecida como molaridade é redefinida como concentração em quantidade de matéria. A quantidade de matéria do soluto (nsoluto anteriormente chamada numero de mol ) é a relação entre a massa do soluto (msoluto) e a sua massa molar (M, massa de 1,0 mol de substancia) expressa em g/mol. ou ainda 1. Encontre a concentração em quantidade de matéria do ion cálcio em uma solução que contem 1 mg do íon Ca 2+ em 10 gotas ( 1mL = 20 gotas) mL de solução contem 10g de sulfato férrico. Calcular a concentração em quantidade de matéria do sal e dos íons Fe 3- e SO 4 =. FE 2 (SO 4 ) 3 2FE SO 4 = C(MOL/L)- SAL = 0,05 MOL/L Ìon Fe 3- = 2x sal Ìon SO 3+ = 3x sal

3 A MOLALIDADE (C*) É a relação utilizada sempre que se pretende expressar concentrações independentes da temperatura, pois é baseada na massa e não no volume das soluções. A molalidade de uma solução é calculada como o quociente entre a quantidade de matéria do soluto(nsoluto expresssa em mol) e a massa do solvente (em kg). Calcule em que quantidade de água (EM ML) deve se dissolver 150g de cloreto de sódio para obter uma solução 2 molal? A FRAÇÃO EM MOL (X) Muito utilizada em cálculos físico-químicos, a fração em mol (X) de um componente A em solução (previamente denominada fração molar e atualmente também chamada Fração em Quantidade de Matéria ) é a razão da quantidade de matéria do componente (n componente) pela quantidade de matéria total de todas as substancias presentes na solução (n total). Note-se que: O símbolo X é comumente usado para fração em mol com um subscrito para indicar o componente de interesse. Uma solução contem 60g de iodeto de sódio, 24g de hidróxido de sódio e 702g de água. Calcular as frações em mol do iodeto e do hidróxido na solução.

4 A COMPOSIÇÃO PERCENTUAL Um método bastante usual de expressão da concentração baseia-se na composição percentual da solução. Esta unidade de concentração relaciona a massa(m) ou o volume(v) do soluto com a massa ou o volume do solvente ou da solução conduzindo a notações tais como: % m/m percentagem em massa % m/v percentagem massa por volume % V/V percentagem em volume Nesta forma de expressar a concentração, a proporção da massa ou volume do soluto é relacionada sempre com 100 partes da massa do material. Assim a % em massa de um componente (% m/m) na solução é dada por: 1) Uma solução é feita dissolvendo 13,5 g de glicose (C 6 H1 2 O 6 ) em 0,10 kg de água. Qual a % em massa de soluto nesta solução? massa solução = massa soluto + massa solvente 2) Uma solução aquosa de acido clorídrico contem 36% m/m de HCl. Calcule a molalidade do ácido na solução.

5 Em cada 100g de solução tem-se 36g de soluto A DENSIDADE DA SOLUÇÃO A densidade da solução é outra forma de relacionar a massa da solução com o volume da solução. A relação entre massa e volume pode ser feita em diferentes proporções ou unidades tais como: g.l -1, mg.l -1, entre outras. Entretanto, a relação G.ML -1 é muito utilizada para definir a densidade ( ) Ainda existem outras relações de unidade proporcional como: mg. L -1, kg.l -1 que também podem ser usadas. A densidade pode variar com a temperatura e pressão. Quando se diz que a densidade de uma solução de cloreto de sódio por exemplo é 1,35, isto significa que 1,35g de NaCl equivalem ou melhor, ocupam o mesmo espaço, que 1mL desta solução. Lembrando que concentração em gramas por litro, citada no primeiro item deste tópico, relaciona massa do soluto com volume da solução e densidade, relaciona massa e volume da solução. AS RELAÇÕES EXPRESSAS EM PPM, PPB E PPT Algumas vezes a quantidade da substancia é muito pequena em relação a quantidade do material. Neste caso, as proporções são relacionadas em função da proporção do soluto como um todo. Por exemplo, a presença de ferro no corpo humano é da ordem de mg de ferro por kg da massa corpórea (mg/kg). Como essa proporção é de de vezes menor que a massa corpórea, diz-se que a quantidade de ferro é da ordem de partes por milhão ou ppm. Outro exemplo seria a proporção do Se no corpo humano que neste caso é da ordem de partes por bilhão, ppb. Podemos então expressar a concentração em parte por milhão (ppm) usando a seguinte definição: massa do componente na solução (g) massa total da solução (g)

6 CONHECENDO MAIS SOBRE PPM, PPB E PPT Vemos que uma solução cuja concentração é 1 ppm contem 1 g de soluto por cada milhão (10 6 ) de gramas de solução o que é equivalente a 1 mg de soluto por quilograma de solução. Como a densidade da água é 1 g/ml, 1 Kg de solução aquosa diluída terá um volume muito próximo de 1 L. Então 1 ppm também corresponderá a 1 mg de soluto por litro de solução. 1 ppm = 1 g soluto / 10 6 g solução = 1 mg soluto / 1 kg solução d = 1 g/ml = 1 kg/l 1 ppm = 1 mg/l A máxima concentração aceitável de substancias tóxicas ou carcinogênicas são sempre expressas em ppm. Para soluções ainda mais diluídas parte por bilhão (ppb) é usada. A concentração de 1 ppb representa 1g de soluto por bilhão (109)de gramas de solução ou 1 micrograma (μg) de soluto por litro de solução. DILUIÇÃO Uma prática comum em química é armazenar uma solução concentrada chamada de solução estoque e então diluí-la até a concentração desejada. Todo aluno de química precisa ser capaz de diluir as soluções corretamente. Além disso, o uso das soluções e de técnicas como diluição dão aos químicos um controle muito preciso sobre as quantidades de substâncias que estão manuseando, mesmo sendo quantidades muito pequenas. Para realizar uma diluição precisaremos trabalhar com pipetas ou buretas (vidrarias utilizadas para transferir líquidos precisamente) e com balões volumétricos (balão calibrado para conter um volume especificado). É importante que se saiba que: Quando um volume pequeno de uma solução é diluído em um volume maior, o número total de mols de soluto, ou melhor dizendo, a quantidade de matéria de soluto na solução não muda, mas a concentração do soluto é diminuída. Como então poderemos calcular o volume da solução a ser diluída?

7 Este procedimento está baseado em uma ideia simples: embora possamos adicionar mais solvente a um volume dado de solução, não alteramos a quantidade de matéria do soluto. Após a diluição, o soluto apenas ocupa um volume maior da solução. O procedimento tem então duas etapas: 1) Calcular a quantidade de matéria do soluto (n) na solução final. O resultado corresponde à quantidade a transferir para o balão volumétrico. Usando a expressão apresentada no inicio deste tópico: Então temos: N = C FINAL. V FINAL onde C final é a concentração em quantidade de matéria da solução final e V final o seu volume. 2) Calcular o volume da solução inicial não diluída que contem esta quantidade de soluto. V INICIAL = N / C INICIAL o o n é o mesmo nas duas expressões podemos combiná-las assim: V INICIAL. C INICIAL = C FINAL.V FINAL Esta expressão bem conhecida significa que a quantidade de soluto na solução final é a mesma que no volume da solução inicial. Calcule o volume de acido clorídrico 0,0155 mol/l que deveria ser usado para preparar 100 ml de uma solução do mesmo acido na concentração 5,23 x 10-4 mol/l. ATIVIDADE DE PORTFÓLIO 01) Calcule o volume de solução na qual devem estar dissolvidos 13,14 g de cloreto de cálcio hexa-hidratado (CaCl 2.6H 2 O) a fim de que a solução tenha 0,3 mols/l. 02) Calcular a concentração em quantidade de matéria de uma solução de BaCl 2 que contém 548mg de Ba ++ em 50 ml de solução.

8 03) Qual a quantidade de cloreto (Cl - ) em gramas que existem em 30 ml de uma solução 0,45 mol/l de NaCl.? 04) Qual a concentração em quantidade de matéria do K+ em uma solução aquosa que contem 63,3 ppm de K 3 Fe(CN) 6. 05) Calcule a fração molar de cada componente em uma solução feita pela mistura de 10,1g de benzeno(c 6 H 6 ) e 20,5g de tolueno (C 6 H 5 CH 3 ). 06) Que volume de acido clorídrico 0,25 mol/l poderemos obter pela diluição de 50 ml de solução de HCl, de densidade 1,185 g/ml e 36,5% m/m? 07) Sabendo-se que a densidade de uma solução formada por 5,0 g de tolueno (C 7 H 8 ) e 225 g de benzeno (C 6 H 6 ) é 0,876 g/ml, calcule a concentração em quantidade de matéria e a % em massa desta solução. 08) A que volume devemos diluir 10ml de uma solução 40% m/v de NaOH para obter uma solução 0,1 mol/l. FONTES DAS IMAGENS 1. Eo/NVwrzYoHLQU/s320/qu%C3%ADmica.bmp Responsável: Profª. Celia Maria Carneiro Diogenes Universidade Federal do Ceará - Instituto UFC Virtual

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