ANÁLISE DE PROCESSOS FÍSICO QUÍMICOS I

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1 ANÁLISE DE PROCESSOS FÍSICO QUÍMICOS I MÓDULO TÉCNICO EM QUÍMICA SÃO PAULO 2 Semestre 202. Prf. Claudi R. Passatre

2 PLANO DE AULA Etec Tiquatira Técnic em Química - Módul Cmpnente Curricular: Análise de Prcesss Físic Químics I Prf. Claudi Rbert Passatre / cpassatre@ul.cm.br Prf. Andréia Castr / deiateacher0@yah.cm.br SUMÁRIO. FUNDAMENTOS...4. INTRODUÇÃO CONCEITOS BÁSICOS ESTUDO DAS MASSAS INTRODUÇÃO DESENVOLVIMENTO DO TEMA Massas Atômicas Massa Mlar (MM) Vlume Mlar LEIS DAS COMBINAÇÕES QUÍMICAS INTRODUÇÃO DESENVOLVIMENTO DO TEMA Leis Pnderais Leis Vlumétricas CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS INTRODUÇÃO DESENVOLVIMENTO DO TEMA Tips de Cálculs Estequimétrics...6 2

3 4.2.2 Pureza Rendiment SOLUÇÕES INTRODUÇÃO DESENVOLVIMENTO DO TEMA Slubilidade Ceficiente de Slubilidade u Grau de Slubilidade (CS) Cncentraçã de Sluções Mlaridade u Cncentraçã Mlar (M) TÍTULO DESENVOLVIMENTO DO TEMA Títul em Massa e Prcentagem em Massa Títul em Vlume DILUIÇÃO DE SOLUÇÕES INTRODUÇÃO DESENVOLVIMENTO DO TEMA Fraçã Mlar Nrmalidade u Cncentraçã Nrmal Diluiçã das Sluções ANÁLISE VOLUMÉTRICA DESENVOLVIMENTO DO TEMA EXPERIMENTOS: AULAS DE LABORATÓRIO EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES BIBLIOGRAFIA ANEXO...46 Av. Cndessa Elisabeth de Rbian Penha -SP CEP: Sã Paul-SP Fne: Site: - s: secretaria@etectiquatira.cm.br At de Criaçã da Escla: D.O.E. 0/03/56 3

4 . FUNDAMENTOS. INTRODUÇÃO A Química é a Ciência que estuda a estrutura e cmpsiçã ds diferentes materiais que cmpõem Univers, bem cm as suas transfrmações e fenômens que nelas crrem. A Química permite cmpreender e explicar as alterações que crrem tant n nss crp cm à nssa vlta. Tds s seres sã cnstituíds pr cmpsts químics, que permanentemente sfrem alterações químicas. N nss dia-a-dia, desde trrar pã u czer uma batata até andar de autmóvel, implicam em transfrmações químicas em que um cnjunt de cmpsts se transfrma nutrs envlvend trcas de energia nas suas mais variadas frmas. Dminand a Química pdems criar mudanças radicais ns materiais que ns rdeiam. É a Química que permite a criaçã da generalidade ds materiais que utilizams. Tme-se, pr exempl, um autmóvel; é a química que permite a cmbustã d mtr, a criaçã das peças plásticas que cmpõem, etc.. A química funcina em dis níveis; Em um nível a química trata da matéria e suas transfrmações. Neste nível, pdems realmente ver as mudanças, cm quand cmbustível queima, uma flha muda de cr n utn u magnési queima brilhantemente n ar; Este é nível macrscópic, que trata das prpriedades de bjets grandes e visíveis. Entretant, existe um submund de mudanças, um mund que nã pdems ver diretamente. Neste nível mais prfund e micrscópi, a química interpreta estes fenômens em funçã d rearranj ds átms. A linguagem simbólica da química, a descriçã ds fenômens químics utilizand símbls químics e equações matemáticas, faz a pnte entre estes dis níveis. As equações químicas descrevem events em níveis macrscópics de uma maneira que é pssível interpretá-ls a nível micrscópic. A química subdivide-se em váris camps de pesquisa: Química Geral: Estuda s princípis da química, suas leis fundamentais e terias gerais; Química Analítica: Identifica e determina as substâncias presentes ns materiais. A evluçã dessa área está intimamente ligada a desenvlviment tecnlógic e a surgiment de nvs instruments de análise. Atualmente, emprega sfisticads equipaments eletrônics, técnicas eletr analíticas de ressnância magnética, espectrscpia de massa e crmatgrafia. Pde ser qualitativa (quand detecta e identifica s cnstituintes d material) u quantitativa (quand determina a quantidade de cada substância em uma amstra). A química analítica tem várias aplicações. Na indústria, pr exempl, é usada para cntrle de qualidade: analisa a cmpsiçã das matérias primas e prduts intermediáris empregads na prduçã de variadas substâncias; Química Orgânica: Pesquisa s cmpsts d carbn. Recnhece, extrai, prepara e utiliza as substâncias existentes ns seres vivs, além de estudar e prduzir substâncias sintéticas. A petrquímica, pr exempl, um ds rams da química rgânica, cuida da separaçã das substâncias que se encntram n petróle e sua utilizaçã e transfrmaçã em nvs cmpsts. Respnsável também pel estud e desenvlviment ds materiais plímers. A Biquímica reúne cnheciments da bilgia e da química e estuda s prcesss químics que crrem ns rganisms vivs. Junt cm a química rgânica participam de utras áreas de cnheciment de caráter interdisciplinar, cm engenharia genética, bilgia mlecular e bitecnlgia; Química Inrgânica: Estuda s cmpsts nã rgânics, sua extraçã, purificaçã e métds de preparaçã. É usada em inúmers camps, cm na btençã de plímers inrgânics e de supercndutres - cerâmicas especiais que pssam cnduzir eletricidade sem perdas em temperaturas variadas; Físic-Química: Reúne s cnheciments da física e da química n estud ds efeits físics assciads às reações químicas. Pde ser subdividida em várias áreas: termquímica (relaçã entre calr e fenômens químics), eletrquímica (fenômens elétrics e sua relaçã cm as reações químicas), eletrscpia (as interações entre a matéria e as radiações eletrmagnéticas), cinética química (relaçã entre a velcidade de uma reaçã e as cndições físicas em que ela crre), química nuclear (a radiatividade, s núcles atômics, as reações nucleares e a aplicaçã ds isótps na medicina e na indústria) e química quântica (aplicaçã ds métds da mecânica quântica a estud da estrutura das mléculas); Química Industrial: Este ram da química, também chamada de química tecnlógica u aplicada, dedica-se à prduçã de substâncias de interesse ecnômic, cm nvas matérias-primas u prcesss de prduçã; Engenharia Química: O estud de prcesss químics industriais. 4

5 .2 CONCEITOS BÁSICOS Matéria: Em física, matéria (vem d latim materia, substância física) é qualquer cisa que pssui massa, cupa lugar n espaç (física) e está sujeita a inércia. A matéria é aquil que existe, aquil que frma as cisas e que pde ser bservad cm tal; é sempre cnstituída de partículas elementares cm massa nãnula (cm s átms, e em escala menr, s prótns, nêutrns e elétrns). Substância: Uma substância é frmada pr átms de elements específics em prprções específicas. Cada substância pssui um cnjunt definid de prpriedades e uma cmpsiçã química. Elas também pdem ser inrgânicas (cm a água e s sais minerais) u rgânicas (cm a prteína, carbidrats, lípides, ácid nucleic e vitaminas). A substância que é frmada pr átms de um únic element químic (denmina-se element químic tds s átms que pssuem mesm númer atômic (Z), u seja, mesm númer de prótns) é denminada substância simples. Exempls: Ferr: Fe, Cbre: Cu, Gás Hidrgêni: H 2. Uma substância cmpsta pr mais de um element químic, numa prprçã determinada de átms, é denminada substância cmpsta. Exempls: Clret de Sódi: NaCl, Água: H 2 O. Duas u mais substâncias agrupadas cnstituem uma mistura. O leite e sr caseir sã exempls de misturas. Pdem existir três estads de agregaçã da matéria, que variam cnfrme a temperatura e a pressã as quais se submete um crp: Estad sólid: que é quand as partículas elementares se encntram frtemente ligadas, e crp pssui tant frma quant vlume definids; Estad líquid, n qual as partículas elementares estã unidas mais fracamente d que n estad sólid, e n qual crp pssui apenas vlume definid; Estad gass, n qual as partículas elementares encntram-se fracamente ligadas, nã tend crp nem frma nem vlume definids; O Plasma, também é chamad de "quart estad da matéria". O plasma pssui tdas as prpriedades dinâmicas ds fluids, cm turbulência, pr exempl. Cm sã frmads de partículas carregadas livres, plasmas cnduzem eletricidade. Eles tant geram cm sfrem a açã de camps eletrmagnétics, levand a que se chama de efeit cletiv. Ist significa que mviment de cada uma das partículas carregadas é influenciad pel mviment de tdas as demais. O cmprtament cletiv é um cnceit fundamental para a definiçã de plasmas. Quand a matéria está sb a frma de plasma, tems que a temperatura em que ela se encntra é tã elevada que a agitaçã térmica de seus átms é enrme, de frma que chega a sbrepr a frça que mantém unids a núcle s prótns, nêutrn e elétrns. Apesar de dificilmente ser cnseguid estad de plasma na Terra, s cientistas estimam que cerca de 99% de tda a matéria existente n univers esteja sb a frma de plasma. Uma vez que plasma pssui elétrns capazes de mver-se livremente, ele pssui prpriedades fantásticas, cm a de um ótim cndutr de eletricidade e calr. Ele pssui também frmas extremamente particulares de interaçã cm camps magnétics e cm ele mesm. Cm seus elétrns se mvem livremente em seu interir, existe uma crrente elétrica dentr d plasma que gera, pela Lei de Ampère, um camp magnétic. Estes elétrns também se mvem em círculs de acrd cm um camp magnétic própri d plasma, e para cas da temperatura d plasma ser muit elevada, este mviment circular ds elétrns pde causar a emissã de ndas eletrmagnéticas. Os camps magnétics assciads a plasma pdem ser extremamente intenss, cm se pde ntar n cas d Sl, nde s camps magnétics d plasma sã respnsáveis pelas clunas de cnvecçã de calr, dand rigem a manchas slares, vents slares etc. A ilustraçã abaix mstra cm a matéria muda de um estad para utr à medida que se frnece energia térmica à mesma. Mudanças de estad: Fusã: mudança d estad sólid para líquid.existem dis tips de fusã: Gelatinsa: derrete td pr igual; pr exempl plástic; Cristalina: derrete de fra para dentr; pr exempl gel. 5

6 Vaprizaçã: mudança d estad líquid para gass. Existem três tips de vaprizaçã: Evapraçã: as mléculas da superfície d líquid trnam-se gás em qualquer temperatura; Ebuliçã: líquid está na temperatura de ebuliçã e fica brbulhand, recebend calr e trnand-se gás; Calefaçã: líquid recebe uma grande quantidade de calr em períd curt e se trna gás rapidamente. Cndensaçã: mudança de estad gass para líquid (invers da Vaprizaçã). Slidificaçã: mudança de estad líquid para estad sólid (invers da Fusã). Sublimaçã: um crp pde ainda passar diretamente d estad sólid para gass. Re-sublimaçã: mudança direta d estad gass para sólid (invers da Sublimaçã). Inizaçã: mudança de estad gass para estad plasma. Desinizaçã: mudança de estad plasma para estad gass (invers de Inizaçã). Prpriedades da matéria: Prpriedades físicas: prpriedade de uma substância que define uma característica que pdems bservar u medir sem mudar a identidade da substância. Prpriedades químicas: prpriedade qualificada das substâncias, u seja, varia de substância para substância, seja ela simples (element) u nã (cmpst). Seria pr assim dizer uma prpriedade acidental e nã essencial. Dentr dessa cmpreensã, as prpriedades puramente químicas seriam ligadas à substância, e ligads à aspects particulares, a pass que as prpriedades físicas seriam, pr assim dizer, ligadas as crps. Ou seja: a extensões bem definidas de matéria, e relacinadas à aspects gerais, abrangentes. Limitand-se a essa interpretaçã, teríams a massa, vlume, a carga elétrica ( prpriedades extensivas), a densidade e a cnstante dielétrica ( prpriedades intensivas) cm prpriedades físicas. Já as prpriedades químicas seriam a eletrnegatividade, eletrpsitividade, rai atômic, rai iônic, rai cvalente e eletrafinidade. Prpriedade intensiva: é independente d tamanh da amstra. Prpriedade extensiva: é uma prpriedade que depende d tamanh (extensã) da amstra. Átm: Um átm é a menr prçã em que pde ser dividid um element químic, mantend ainda as suas prpriedades. Os átms sã s cmpnentes básics das mléculas e da matéria cmum. Sã cmpsts pr partículas subatómicas. As mais cnhecidas sã s prótns, s nêutrns e s elétrns. Assim pdems cncluir que s átms sã partículas elementares cnstituintes da matéria e, que, tud é cmpst pr átms. Cmpsts: Um cmpst químic é uma substância química cnstituída pr mléculas u cristais de 2 u mais átms u íns ligads entre si. As prprções entre elements de uma substância nã pdem ser alterads pr prcesss físics. Em química, um cmpst é uma substancia frmada pr dis u mais elements, ligads numa prprçã fixa e definida. Pr exempl, a água é um cmpst frmad pr hidrgêni e xigêni na prprçã de dis para um. Tips de cmpsts, dependend se apresentam u nã carbn cm element químic principal: Cmpsts inrgânics u minerais; Cmpsts rgânics. Tips de cmpsts, dependend das ligações que s átms efetuam: Cmpsts iônics; Cmpsts mleculares. Reações Químicas: A queima de uma vela, a btençã de álcl etílic a partir de açúcar e enferrujament de um pedaç de ferr sã exempls de transfrmações nde sã frmadas substâncias cm prpriedades diferentes das substâncias que interagem. Tais transfrmações sã chamadas reações químicas. As substâncias que interagem sã chamadas reagentes e as frmadas prduts. Os químics utilizam expressões, chamadas equações químicas, para representar as reações químicas. Para se escrever uma equaçã química é necessária: saber quais substâncias sã cnsumidas (reagentes) e quais sã frmadas (prduts); Cnhecer as fórmulas ds reagentes e ds prduts; Escrever a equaçã sempre da seguinte frma: Reagentes Prduts 6

7 Quand mais de um reagente, u mais de um prdut, participar da reaçã, as fórmulas das substâncias serã separadas pel sinal "+". Exempl de equaçã química: H H 2 O Se fr precis, clcar númers, chamads ceficientes estequimétrics, antes das fórmulas das substâncias de frma que a equaçã indique a prprçã de mléculas que participam das reações. Esse prcediment é chamad balanceament u acert de ceficientes de uma equaçã. Exempl da equaçã da água já balanceada: 2H H 2 0 (º membr) (2º membr) reagente prdut Ceficientes: 2, 2 e Fórmulas Químicas: As fórmulas químicas sã frmas abreviadas de representar a cmpsiçã química das substâncias através de símbls químics. Existem diverss tips de fórmulas químicas: Fórmula Mlecular: É a fórmula que apresenta a cmpsiçã qualitativa e quantitativa da mlécula e sua extensã. Pr exempl a água xigenada, que apresenta fórmula H 2 O 2 : esta é cnstituída de hidrgêni e xigêni, a prprçã ds elements é de : e cada mlécula é frmada pr dis átms de hidrgêni e dis átms de xigêni. Tems, prtant, na fórmula mlecular, além da cmpsiçã qualitativa e quantitativa, númer de átms de cada element que cmpõem a substância. De maneira semelhante, a mlécula d gás etilen é frmada pr dis átms de carbn e quatr de hidrgêni (C 2 H 4 ). Tems, assim, além da cmpsiçã qualitativa e quantitativa, númer de átms de carbn e hidrgêni que frmam a mlécula. Fórmula Estrutural: É a fórmula que apresenta a cmpsiçã quantitativa, númer de átms de cada element presente na mlécula e a dispsiçã ds átms através de uma representaçã plana u espacial de seus átms e as ligações entre s mesms. A fórmula estrutural mstra cm s átms estã ligads entre si. Exempls: Ácid sulfúric, H 2 SO 4 ; Álcl etílic, C 2 H 6 O. 7

8 2. ESTUDO DAS MASSAS 2. INTRODUÇÃO As massas pequenas geralmente sã expressas na unidade gramas (massa absluta), mas quand se trata de massas extremamente pequenas, cm n cas ds átms, ist é impssível. Para ilustrar a afirmaçã acima, basta citar a massa d átm de hidrgêni, que é,66 x 0-24 g. Lg, a se tratar da massa de átms (massas atômicas) e da massa das mléculas (massas mleculares), devems abandnar a unidade gramas e utilizar utra que é mais própria. "Pesar", uma massa qualquer, significa cmparar essa massa cm um padrã. Exempl: uma barra de giz pesa três gramas, u seja, a barra de giz é três vezes mais pesada que a unidade padrã, que é grama. N cas da massa de mléculas e átms, é impssível a cmpararms cm a massa padrã gramas, entã cmparams cm utra que é denminada de unidade de massa atômica (u). Unidade de Massa Atômica (u): Na cnvençã da IUPAC, em 96, fi adtad cm unidade de massa atômica isótp 2 d átm de Carbn. Atribui-se para C-2 a massa atômica igual a 2 unidades. C-2: Massa atômica (MA) = 2u u =,67 x 0-27 g 2.2 DESENVOLVIMENTO DO TEMA 2.2. Massas Atômicas Massa Atômica de um Átm: Uma vez determinada à unidade padrã, pesar um átm é cmpará-l cm a mesma, ist é, determinar quantas vezes átm é mais pesad que padrã. A massa atômica é númer que indica quantas vezes um determinad átm é mais pesad que /2 d isótp 2 d átm de carbn. Massa atômica de um element: Os elements apresentam fenômen da istpia. Os isótps sã átms de um mesm element químic que apresentam diferentes númers de massa. Lg, a massa atômica de um element será uma média das massas desses isótps. Os Isótps têm mesm númer atômic, mas diferentes númers de massa. Seus núcles têm mesm númer de prótns, mas diferente númer de nêutrns. Exercíci:. Dê 3 exempls de isótps e seus respectivs númers de massa. Lembre-se: A = p + n (sma de prótns e nêutrns) Prtant, "Massa Atômica de um element é a média pnderal das massas ds isótps que cnstituem element químic". Pr exempl: Qual será a massa atômica d clr? O clr aparece na natureza sb a frma de dis isótps, Cl 35 e Cl 37 ; Cl 35 crre na natureza na prprçã de aprximadamente 75% e Cl 37, na prprçã de aprximadamente 25%. Para saber a massa atômica d clr faz-se, entã, uma média pnderal das massas ds dis isótps existentes. Assim: Obs: mtiv pel qual as massas atômicas ds elements sã fracinárias é justamente prque s isótps nã apresentam massas iguais e nã aparecem na mesma prprçã na natureza. 8

9 Exercíci:. Dê s númers de massa atômica para s elements exemplificads n exercíci? Demnstre s cálculs Massa Mlar (MM) Cnceit de Ml: A palavra "ml" pde ser cmparada cm utrs sistemas de cntagem de bjets u partículas. Assim, uma dúzia expressa uma quantidade igual a dze de qualquer prdut u material (laranja, vs, cadeiras, mesas, etc.). Numa quantidade mesm pequena de átms u mléculas, númer de partículas é muit grande, trnand inviável sua cntagem em dezenas u utrs sistemas. Os átms, mléculas u íns sã cntads em "ml". Saiba que ml é númer de átms em exatamente 2g de carbn 2. Entã, para dizer a alguém que significa ml, pderíams dar-lhes 2g de carbn (carbn 2) e cnvidá-l a cntar s átms nele. Entretant, cntar s átms diretamente é impraticável, entã usams caminh indiret basead na massa de um átm. A massa de um átm de carbn 2 é,99265 x 0-23 g. Prtant pdems fazer a seguinte cnta: Nº de átms de carbn 2 = 2g /,99265 x 0-23 que é igual a 6,022 x 0 23 A cnstante de Avgadr: N labratóri, em aulas práticas, utiliza-se uma balança que determina a massa em gramas. Necessita-se, prtant, determinar a massa de um átm u númer de átms cntids numa determinada massa de um element químic. Fazend um estud cmparativ cm a massa atômica de alguns elements diferentes, tems: MA - Carbn = 2u MA - Nitrgêni = 4u MA - Oxigêni = 6u As massas atômicas indicam quantas vezes um átm é mais pesad d que /2 d C2. Cm iss: átm de Nitrgêni é 4/2 vezes mais pesad que átm de Carbn; átm de Oxigêni é 6/2 vezes mais pesad que átm de Carbn. Passand as massas atômicas para a unidade gramas e cmparand cm carbn, tems que: se x átms de carbn pesam 2 gramas entã mesm x átms de nitrgêni devem pesar 4 gramas e x átms de xigêni devem pesar 6 gramas. Lg, 2 gramas de carbn, 4 gramas de nitrgêni e 6 gramas de xigêni apresentam mesm númer de átms. O númer de átms existentes quand a massa atômica de um element é expressa em gramas fi determinada pr Avgadr cm send igual a 6,02 vezes 0 elevad a 23ª ptência de átms. Esse númer fi denminad de Númer de Avgadr u Cnstante de Avgadr (N A ). Exempls: ml de íns = 6,02 x 0 23 íns; ml de átms = 6,02 x 0 23 átms; ml de mléculas = 6,02 x 0 23 mléculas; ml de elétrns = 6,02 x 0 23 elétrns; ml de alfinetes= 6,02 x 0 23 alfinetes. 9

10 Cnvertend númer de átms em mls: O ml é uma unidade d Sistema Internacinal (SI); a quantidade física a qual se refere é chamada quantidade de substância, simblizad pela letra n. Entretant, s químics preferem falar em númer de mls. Nta: Cm qualquer unidade d SI, ml pde ser usad cm prefixs, pr exempl: mml = 0-3 ml. Pequenas quantidades cm esta sã cmumente encntradas quand tratams cm prduts rars. Há um pnt imprtante a lembrar quand tratams de mls, exatamente cm quand tratams cm dúzias; Para nã serms ambígus quand usams mls, é imprtante especificar de qual espécie (ist é, quais átms, mléculas, fórmulas unitárias u íns) estams tratand. Pr exempl, hidrgêni crre naturalmente cm um gás, cm cada mlécula send cnstituída de 2 átms, e pr iss é representad cm H 2 ; escrevems ml de H se tratams de átms de H u ml de H 2 se tratams de mléculas de H. Prtant pdems deduzir: As quantidades de átms, íns u mléculas em uma amstra sã expressas em mls, e a cnstante de Avgadr N A é usada para cnversã entre númer destas partículas e númer de mls n = N / N A, que significa: Númer de mls de átm de = númer de átms de / númer de Avgadr Exempl: Sabe-se que uma amstra de vitamina C cntém,29 x 0 24 átms de hidrgêni. Quants mls de hidrgêni a amstra cntém? Númer de mls de átm de H = númer de átms de H / númer de Avgadr n = N / N A n =,29 x 0 24 / 6,022 x 0 23 n = 2,4ml Exercíci:. Uma amstra de uma substância extraída de uma fruta usada pela trib peruana Achur Jívar para tratar de infecções fúngicas, cntém 2,58 x 0 24 átms de xigêni. Quants mls de átms de xigêni estã presentes na amstra? 2. Uma pequena xícara de café cntém 3,4ml de mléculas de água. Quantas mléculas de água estã presentes n café? Cm racicíni acima explanad, pdems determinar a massa mlar M u massa pr ml de partículas. Cm a seguinte relaçã: n = m / M, que significa: Númer de mls = massa da amstra / massa pr ml Exempl: Para encntrar númer de mls de átms de F em 22,5g de flúr, precisams saber que a massa de flúr (ist é, a massa pr ml de átms de flúr é 9g.ml -. Entã: Númer de mls = massa da amstra / massa pr ml n = m / M n = 22,5g / 9g.ml - n =,8ml A massa mlar de um element é a massa pr ml de seus átms; a massa mlar de um cmpst mlecular é a massa pr ml de suas mléculas; a massa mlar de um cmpst iônic é a massa pr ml de suas fórmulas unitárias. A unidade da massa mlar em tds s cass é gramas pr ml (g.ml - ) 0

11 As massas mlares de cmpsts iônics e mléculas sã calculadas a partir das massas mlares ds elements presentes: a massa mlar de um cmpst é a sma das massas mlares ds elements que cnstituem a mlécula u fórmula unitária. Precisams smente bservar quantas vezes cada átm u ín aparece na fórmula mlecular u na fórmula unitária d cmpst iônic. Exempl: A massa mlar d cmpst iônic Na 2 SO 4 é: = 2 x (massa mlar de Na) + (massa mlar de S) + 4 x (massa mlar de O) = 2 x 22,99 g.ml ,06 g.ml x 6,00 g.ml - = 42,04g.ml - A massa mlar de um cmpst, a massa pr ml de suas mléculas u fórmulas unitárias, é usada para cnversã entre a massa de uma amstra e s mls que ela cntém. ml = MM (g) = 6,02 x 0 23 mléculas Exercíci:. A massa de uma meda de cbre é 3,20g. Supnha que é de cbre pur. Quants mls de átms de Cu deveria cntem a meda, dada a massa mlar de Cu de 63,54g.ml -? 2. Em um dia, 5,4kg de alumíni fram cletads de um lix reciclável. Quants mls de átms de Al lix cntinha, dad a massa de Al de 26,98g.ml -? 3. Calcule a massa mlar de etanl C 2 H 5 OH? 4. Calcule a massa mlar de fenl C 6 H 5 OH 5. Calcule númer de mls de mléculas de OC(NH 2 ) 2 em 2,3x0 5 kg de uréia, que é usad em cremes faciais em uma escala mair, cm fertilizante agrícla? 6. Em uma amstra típica de magnési, 78,99% é magnési-24. 0,00% é magnési-25 e,0% é magnési-26. Calcule a massa atômica de uma amstra típica de magnési? 7. Calcule númer de mls de Ca(OH) 2 em,00kg de cal hidratada (hidróxid de cálci), que é usada para ajustar a acidez ds sls. 8. Qual a massa de sulfat de hidrgêni sódic anidr v/c deveria pesar para bter cerca de 0,20ml de NaHSO 4? 9. Qual a massa de ácid acétic deveria se pesar para bter,5ml de CH 3 COOH? Vlume Mlar Observu-se, experimentalmente, que um ml de mléculas de qualquer substância gassa, nas cndições nrmais de temperatura e pressã, cupam um vlume fix. Esse vlume fix é denminad de Vlume Mlar. Prtant: Vlumes iguais de gases diferentes pssuem mesm númer de mléculas, desde que mantids nas mesmas cndições de temperatura e pressã. Explicand pr que a relaçã ds vlumes é dada pr númers inteirs. Dessa frma fi estabelecid enunciad d vlume mlar. Experimentalmente, fi determinad vlume mlar nas cndições nrmais de temperatura e pressã CNTP (cndições nrmais de temperatura e pressã 0º e atm), send cnstante e igual a 22,4L para qualquer gás. Prtant: ml de mléculas de qualquer gás cupa 22,4L u ml = MM (g) = 6,02 x 0 23 mléculas = 22,4 L (gás) Exercíci:. Um recipiente fechad cntém 40g de zôni (O 3 ). Determine vlume cupad nas CNTP pr esse gás. 2. Descbrir a massa, em gramas, de 5,6L de CO 2 nas CNTP. 3. Calcular a massa de mléculas d gás C 2 H 6 que nas CNTP cupam 28L.

12 3. LEIS DAS COMBINAÇÕES QUÍMICAS 3. INTRODUÇÃO A Química, até meads d sécul XVIII, era apenas uma arte. As reações químicas eram praticadas sem que hmem cnseguisse estabelecer uma relaçã entre massas de reagentes e prduts. Cm a utilizaçã da balança pr Lavisier, a Química passu d empirism para rigr ds métds científics. A partir daí, estabeleceram-se as Leis que regem as Cmbinações Químicas. As leis das Cmbinações Químicas classificam-se em: Leis pnderais: tratam das relações entre as massas de reagentes e prduts que participam de uma reaçã; Leis vlumétricas: tratam das relações entre vlumes de gases que reagem e sã frmads numa reaçã. 3.2 DESENVOLVIMENTO DO TEMA 3.2. Leis Pnderais Sã aquelas que estabelecem relações entre as massas das substâncias que participam de uma reaçã química. Lei de Lavisier u Lei da Cnservaçã da Massa: "Nas reações químicas realizadas em recipientes fechads, a sma das massas ds reagentes u reatantes é igual à sma das massas ds prduts". "A matéria nã pde ser criada nem destruída, pde apenas ser transfrmada". Ou ainda, "na natureza, nada se cria, nada se perde, tud se transfrma". Cmprvaçã da Lei: Cnsiderand a reaçã que crre numa "lâmpada flash" (é um sistema fechad que cntém em seu interir metal magnési e gás xigêni). Pela passagem de crrente elétrica através d magnési e xigêni, crre uma reaçã química e magnési se incendeia. O magnési e xigêni desaparecem e há frmaçã de um nv cmpst branc, óxid de magnési. Cmparand-se a massa inicial e a final, cnstata-se que a mesma permanece cnstante. É interessante ntar que durante séculs a humanidade nã despertu para a idéia da cnservaçã da massa numa reaçã química. Os sistemas mntads eram sempre aberts e, cm iss, s resultads btids apresentavam sempre uma variaçã de massa, uma vez que s gases pdiam sair e entrar d sistema. Os antigs acreditavam que, quand se queimava uma substância, a matéria desaparecia. Mas na verdade esqueciam de cnsiderar ns cálculs da massa final s gases que se desprendiam da reaçã, u seja, eram cmputadas apenas as cinzas. Lei de Prust u Lei das Prprções Cnstantes: "A prprçã cm que um u mais elements se cmbinam para frmar uma substância é cnstante". "Numa reaçã química, seja qual fr, as massas das substâncias participantes guardam entre si uma relaçã fixa e cnstante". "Um determinad cmpst químic, qualquer que seja a sua prcedência, u métd de preparaçã, é sempre frmad pels mesms elements químics cmbinads na mesma prprçã em massa". 2

13 Cmprvaçã da Lei: Retrnems à reaçã entre magnési e xigêni, que se verifica na "lâmpada flash". Se a quantidade de magnési que reage é 2,4g verifica-se, experimentalmente, que a quantidade de xigêni que reagiu é,6g, mesm que a reaçã seja repetida várias vezes. Se utilizarms,2g de magnési, a quantidade necessária de xigêni será 0,8g, u seja, a prprçã entre xigêni e magnési deve ser a mesma: 3:2. A lei de Prust permitiu cálcul da cmpsiçã centesimal e as fórmulas ds cmpsts. Cmpsiçã centesimal: Sã as prcentagens, em massa, ds elements frmadres de uma substância. Exempls: Carbn + hidrgêni = metan 2g 4g 6g A cmpsiçã centesimal será as prcentagens, em massa, cm que hidrgêni e carbn reagem para a frmaçã de 00g de metan. Exempl: Carbn + hidrgêni metan Se : 2g reage cm 4g frmand 6g Entã x gramas reage cm y gramas frmand 00g. Criand a prprçã, tems que: x y 00 Reslvend a prprçã encntrarems: x = 75g u 75% e y = 25g u 25%. Lei de Daltn u Lei das Prprções Múltiplas: "As diferentes massas de um element, que reagem cm a massa fixa de utr element para frmar cmpsts distints, em cada cas, estã, numa relaçã de númers inteirs e geralmente simples, entre si ". "Quand dis elements se cmbinam para frmar cmpsts mantend-se cnstante a massa de um deles, as massas d utr variam segund númers inteirs e pequens ". Cmprvaçã da Lei: O nitrgêni se cmbina cm xigêni, frmand diferentes óxids: 3

14 Verifica-se que, permanecend cnstante a massa d nitrgêni, as massas d xigêni, entre si, mantem-se numa relaçã simples de númers inteirs e pequens, u seja, :2:3:4:5. Lei de Richter-Wenzel u Lei das Prprções Recíprcas: "A massa de dis elements que se cmbinam separadamente cm a mesma massa de um element, sã as mesmas cm que eles se cmbinam entre si, cas iss seja pssível". "Quand a massa fixa de um element se cmbina cm massas variáveis de utrs elements para frmar diferentes cmpsts, se estes elements se cmbinam entre si, cmbinar-se-ã segund estas mesmas massas, u múltiplas, u sub-múltiplas". Cmprvaçã da Lei: Cmbinand-se agra, clr e xigêni na mesma prprçã cm que fram cmbinads cm hidrgêni, terems: Leis Vlumétricas Sã aquelas que estabelecem relações entre s vlumes das substâncias que participam de uma reaçã química. As leis vlumétricas pdem ser englbadas em uma única lei, que é a Lei de Gay-Lussac. Lei de Gay-Lussac: "Os vlumes ds gases que reagem e s vlumes ds gases frmads numa reaçã química guardam, entre si, uma relaçã simples, expressas pr númers inteirs e pequens, quand medids nas mesmas cndições de temperaturas e pressã". Cmprvaçã da Lei: Assim, pr exempl, na preparaçã de dis litrs de vapr d água devem ser utilizads dis litrs de hidrgêni e um litr de xigêni, desde que s gases estejam submetids as mesmas cndições de pressã e temperatura. A relaçã entre s vlumes ds gases que participam d prcess será sempre: 2 vlumes de hidrgêni; vlume de xigêni; 2 vlumes de vapr d água A tabela a seguir mstra diferentes vlumes ds gases que pdem participar desta reaçã: Observe que nesta reaçã vlume d prdut (vapr d água) é menr d que a sma ds vlumes ds reagentes (hidrgêni e xigêni). Esta é uma reaçã que crre cm cntraçã de vlume, ist é vlume ds prduts é menr que vlume ds reagentes. Existem reações entre gases que crrem cm expansã de vlume, ist é, vlume ds prduts é mair que vlume ds reagentes, cm pr exempl, na decmpsiçã d gás amônia: 4

15 Em utras reações gassas vlume se cnserva, ist é, s vlumes ds reagentes e prduts sã iguais. E é que acntece, pr exempl, na síntese de clret de hidrgêni: Exercícis:. Calcule a cmpsiçã centesimal d hidróxid de sódi sabend-se que 23g de sódi reagem cm 6g de xigêni e g de hidrgêni na frmaçã d NaOH. 2. A prprçã cm que hidrgêni e xigêni reagem na frmaçã da água é de :8. Pdems afirmar que cmpsiçã centesimal de hidrgêni e xigêni n referid cmpst é, respectivamente, de: a) % e 8%. b) 0% e 80%. c) 20% e 80%. d),% e 88,89%. e) 0% e 90%. 3. Sabend que: metan + xigêni gás carbônic + água Xg 2,8g 8,8g 7,2g Pede-se para calcular a massa de metan que reagiu cm xigêni (adte sistema fechad e CNTP)? 4. Quand 40g de mercúri sã aquecids cm xigêni, mercúri cmbina-se cm 3g de xigêni para frmar 43g de óxid de mercúri II. Esta reaçã ilustra: a) O fat de que s elements sempre se cmbinam. b) Uma reaçã nuclear. c) A lei da cnservaçã da matéria. d) A frmaçã de misturas. e) A lei das prprções múltiplas. 5. Uma massa de 6g de carbn reage ttalmente cm 2g de hidrgêni para a frmaçã de metan. Qual a massa de hidrgêni necessária para reagir ttalmente cm 8g de carbn, na frmaçã d metan? 6. A prcentagem em massa de nitrgêni presente n nitrat de amôni (NH 4 NO 3 ) é igual a: Dads: H = u; O = 6 u; N = 4 u. a) 4%. b) 7,5%. c) 28%. d) 35%. e) 70%. 7. Quand aquecems,63g de zinc, este se cmbina cm 0,4g de xigêni para frmar um óxid de zinc. A fórmula centesimal d cmpst é: a) Zn 83% O 7%. b) Zn 80,3% O 9,7%. c) Zn 20% O 80%. d) Zn 40% O 60% e) Zn 65% O 6%. 5

16 4. CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS 4. INTRODUÇÃO Nas reações químicas, é imprtante se prever a quantidade de prduts que pdem ser btids a partir de uma certa quantidade de reagentes cnsumids. Os cálculs que pssibilitam prever essa quantidade sã chamads de cálculs estequimétrics (a palavra estequimetria vem d greg sticheia (partes mais simples) e metreim (medida)). Essas quantidades pdem ser expressas de diversas maneiras: massa, vlume, quantidade de matéria (ml), númer de mléculas. Os cálculs estequimétrics baseiam-se ns ceficientes da equaçã. É é imprtante saber que, numa equaçã balanceada, s ceficientes ns dã a prprçã em mls ds participantes da reaçã. Ns meads d sécul XVIII, cientistas cnseguiram expressar matematicamente certas regularidades que crrem nas reações químicas, baseand-se em leis de cmbinações químicas que fram divididas em pnderais (que se relacinam às massas ds participantes da reaçã) e vlumétricas (explicam a relaçã entre s vlumes das substâncias gassas que participam de um prcess químic). 4.2 DESENVOLVIMENTO DO TEMA 4.2. Tips de Cálculs Estequimétrics Os dads d prblema pdem vir expresss das mais diversas maneiras: quantidade de matéria (ml), massa, númer de mléculas, vlume, etc.. Em tds esses tips de cálcul estequimétric vams ns basear ns ceficientes da equaçã que, cm vims, dã a prprçã em mls ds cmpnentes da reaçã. Regras: ª regra: Escreva crretamente a equaçã química mencinada n prblema (cas ela nã tenha sid frnecida); 2ª regra: As reações devem ser balanceadas crretamente, lembrand que, s ceficientes indicam as prprções em mls ds reagentes e prduts; 3ª regra: Cas prblema envlva pureza de reagentes, fazer a crreçã ds valres, trabalhand smente cm a parte pura que efetivamente irá reagir; 4ª regra: Cas prblema envlva reagentes em excess e iss percebems quand sã citads dads relativs a mais de um reagente devems verificar qual deles está crret. O utr, que está em excess, deve ser descartad para efeit de cálculs; 5ª regra: Relacine, pr mei de uma regra de três, s dads e a pergunta d prblema, escrevend crretamente as infrmações em massa, vlume, mls, mléculas, átms, etc. Lembre-se que nã pdems esquecer a relaçã: ml = MM g = 22,4L (CNTP) = 6,02x0 23 mléculas 6ª regra: Se prblema citar rendiment da reaçã, devems prceder à crreçã ds valres btids. Seguind as regras expstas acima, vejams cm farems s cálculs em diferentes relações: Relaçã massa x massa: Na reaçã gassa N 2 + H 2 NH 3, qual a massa, em g, de NH 3 btida, quand se reagem ttalmente 8g de H 2? Resluçã: Acerte s ceficientes da equaçã (balanceament): N 2 +3H 2 2NH 3 Veja s dads infrmads (8g de H 2 ) e que está send slicitad (massa de NH 3 ) e estabeleça uma regra de três: 3H NH 3 3x2g x7g 8g x X = 02g 6

17 Na reaçã gassa N 2 + H 2 NH 3, qual a massa, em kg, de NH 3 btida, quand se reagem ttalmente 280g de N 2? Acerte s ceficientes da equaçã (balanceament): N 2 +3H 2 2NH 3 Veja s dads infrmads (280g de N 2 ) e que está send slicitad (massa de NH 3 em kg) e estabeleça uma regra de três: N NH 3 x28g x7g 280g x X = 340g u X = 0,34kg Relaçã massa x vlume: Na reaçã gassa N 2 + H 2 NH 3, qual vlume de NH 3 btid nas CNTP, quand se reagem ttalmente 8g de H 2? Acerte s ceficientes da equaçã: N 2 +3H 2 2NH 3 Veja s dads infrmads (8g de H 2 ) e que está send slicitad (vlume de NH 3 nas CNTP) e estabeleça uma regra de três: 3H NH 3 3x2g x22,4L 8g X X = 34,4L Na reaçã gassa N 2 + H 2 NH 3, qual vlume de H 2 cnsumid nas CNTP, quand é prduzid 340g de NH 3? Acerte s ceficientes da equaçã: N 2 +3H 2 2NH 3 Veja s dads infrmads (340g de NH 3 ) e que está send slicitad (vlume de H 2 em L nas CNTP) e estabeleça uma regra de três: 3H NH 3 3x22,4L x7g X g X = 672L Relaçã Massa x Nº Mléculas: Na reaçã gassa N 2 + H 2 NH 3, qual númer de mléculas de NH 3 btid, quand se reagem ttalmente 8g de H 2? Acerte s ceficientes da equaçã: N 2 +3H 2 2NH 3 Veja s dads infrmads (8g de H 2 ) e que está send slicitad (númer de mléculas de NH 3 ) e estabeleça uma regra de três: 3H NH 3 3x2g x6,02x0 23 mléculas 8g X X = 36,2x0 23 mléculas u X = 3,62x0 24 mléculas de NH 3 Na reaçã gassa N 2 + H NH 3, qual númer de mléculas de H 2 cnsumid, quand é prduzid 340g de NH 3? Acerte s ceficientes da equaçã: N 2 +3H NH 3 7

18 Veja s dads infrmads (340g de NH 3 ) e que está send slicitad (númer de mléculas de H 2 ) e estabeleça uma regra de três. 3H NH 3 3x6,02x x7g X g X = 80,6x0 23 mléculas u X =,806x0 25 mléculas de H Pureza É cmum us de reagentes impurs, principalmente em reações industriais, u prque sã mais barats u prque já sã encntrads na natureza acmpanhads de impurezas ( que crre, pr exempl, cm s minéris). Grau de pureza: é quciente entre a massa da substância principal e a massa ttal da amstra (u massa d material brut). Exempls: Em 200g de calcári encntrams 80g de CaCO 3 e 20g de impurezas. Qual grau de pureza d calcári? 200g % 80g X X = 90% Uma amstra de 200kg de calcári (cm ter de 80% de CaCO 3 ) fi tratada cm ácid fsfóric - H 3 PO 4 - cnfrme a equaçã química balanceada: 3CaCO 3 + 2H 3 PO 4 Ca 3 (PO 4 ) 2 + 3H 2 O + 3CO 2 Calcule a massa de Ca 3 (PO 4 ) 2 frmada. Os ceficientes já estã acertads: 3CaCO 3 + 2H 3 PO 4 Ca 3 (PO 4 ) 2 + 3H 2 O + 3CO 2 Veja s dads infrmads (200 kg de Calcári cm 80% de pureza, u seja, tems apenas 60kg de CaCO 3 ) e que está send slicitad (massa d sal frmad - Ca 3 (PO 4 ) 2 ) e estabeleça uma regra de três: 3CaCO Ca 3 (PO 4 ) 2 3x00g x30g 60kg X X = 65,33kg Cnsidere a reaçã FeS + HCl FeCl 2 + H 2 S. Qual a massa de clret ferrs - FeCl 2 - btida quand 00g de sulfet ferrs - FeS de 80% de pureza reagem cm excess de ácid clrídric - HCl? Acerte s ceficientes da equaçã: FeS + 2HCl FeCl 2 + H 2 S Veja s dads infrmads (00g de sulfet ferrs cm 80% de pureza, u seja, 880g de sulfet ferrs pur) e que está send slicitad (massa de clret ferrs) e estabeleça uma regra de três: FeS FeCl 2 x88g x27g 880g X X = 270g Rendiment Rendiment de uma reaçã é quciente entre a quantidade de prdut realmente btida e a quantidade de prdut que seria tericamente btida pela equaçã química crrespndente. Exempl: 8

19 Queimand-se 30g de carbn pur, cm rendiment de 90%, qual a massa de dióxid de carbn (CO 2 ) btida, cnfrme a equaçã: C + O 2 CO 2. Os ceficientes já estã acertads: C + O 2 CO 2 Veja s dads infrmads (30g de Carbn pur cm 90% de rendiment) e que está send slicitad (massa de dióxid de carbn btida) e estabeleça uma regra de três: C CO 2 x2g x44g 30g X X = 0g Cnsiderand que rendiment seria de 00%, estabeleça utra regra de três para calcular rendiment (90%): 0g % (rendiment teóric) y % y= 99g Quand sã dadas as quantidades de dis u mais participantes, é imprtante lembrar que as substâncias nã reagem na prprçã que querems (u que as misturams), mas na prprçã que a equaçã (u seja, a Lei de Prust) as briga. Quand prblema dá as quantidades de dis participantes, prvavelmente um deles está em excess, pis, em cas cntrári, bastaria dar a quantidade de um deles e a quantidade d utr seria calculada. Para fazer cálcul estequimétric, baseam-ns n reagente que nã está em excess (denminad reagente limitante). Nesse cas devems seguir as etapas: ª etapa- Cnsidere um ds reagentes limitante e determine quant de prdut seria frmad; 2ª etapa- Repita prcediment cm utr reagente; 3ª etapa- A menr quantidade de prdut encntrada crrespnde a reagente limitante e indica a quantidade de prdut frmada. Exempl: Fram misturads 40g de gás hidrgêni (H 2 ) cm 40g de gás xigêni, cm a finalidade de prduzir água, cnfrme a equaçã: H 2 + O 2 H 2 O. Determine: a) reagente limitante. b) a massa de água frmada. c) a massa de reagente em excess. Acerte s ceficientes da equaçã: 2H 2 +O 2 2H 2 O Vams cnsiderar que H 2 seja reagente limitante: 2H H 2 O 2x2g x8g 40g X X = 360g Em seguida, vams cnsiderar que O 2 seja reagente limitante: O H 2 O x32g x8g 40g Y Y = 45g Observe que a menr quantidade de água frmada esta relacinada cm cnsum ttal de O 2, e que realmente reagente limitante é O 2. A massa de água prduzida será de 45g. Agra vams calcular a massa de H 2 que será cnsumida e que restu em excess, aplicand uma nva regra de três: 2H O 2 2x2g x32g 9

20 Z g Z = 5g (massa de H 2 que irá reagir) Cm a massa ttal de H 2 era de 40g e só 5g irá reagir, terems um excess de 35g (40-5). Dessa frma, passarems a respnder s quesits slicitads: a) reagente limitante: O 2. b) massa de água frmada: 45g. c) massa de H 2 em excess: 35g. Exercícis:. Qual a massa de água que se frma na cmbustã de g de gás hidrgêni (H 2 ), cnfrme a reaçã H 2 + O 2 H 2 O? 2. Sabend que 0,8g de alumíni reagiram cmpletamente cm ácid sulfúric, cnfrme a reaçã: Al + H 2 SO 4 Al 2 (SO 4 ) 3 + H 2, calcule:. a) massa de ácid sulfúric cnsumida;. b) massa de sulfat de alumíni prduzida; 3. Qual a massa de gás xigêni necessária para reagir cm 560g de mnóxid de carbn, cnfrme a equaçã: CO + O 2 CO 2? 4. Efetuand-se a reaçã entre 8g de alumíni e 462g de gás clr, segund a equaçã química: Al + Cl 2 AlCl 3, btém-se qual quantidade máxima de clret de alumíni? 5. Quants mls de O 2 sã btids a partir de 2,0mls de pentóxid de dinitrgêni (N 2 O 5 ), de acrd cm a reaçã: N 2 O 5 + K 2 O 2 KNO 3 + O 2 6. Quantas mléculas de gás xigêni reagem cm 6 mls de mnóxid de carbn, cnfrme a equaçã: CO + O 2 CO 2? 7. O ácid sulfúric de larga utilizaçã e fatr determinante d índice de desenvlviment de um país, é btid pela reaçã: SO 3 + H 2 O H 2 SO 4. Reagims 80g de trióxid de enxfre (SO 3 ) cm água em excess e cndições necessárias. Qual a massa de ácid sulfúric btida nessa reaçã que tem rendiment igual a 75%? g de hidróxid de sódi (NaOH) sã adicinads a 504g de ácid nítric (HNO 3 ), prduzind nitrat de sódi (NaNO 3 ) e água. Calcule: a) massa de nitrat de sódi btida; b) massa d reagente em excess, se huver ,70g de zinc metálic (Zn) reagem cm uma sluçã cncentrada de hidróxid de sódi (NaOH), prduzind 64,53g de zincat de sódi (Na 2 ZnO 2 ) e Hidrgêni (H 2 ). Qual rendiment dessa reaçã? 0. Misturam-se 47g de ácid sulfúric e 00g de hidróxid de sódi que se reajam segund a reaçã: H 2 SO 4 + NaOH Na 2 SO 4 + H 2 O. Qual a massa de sulfat de sódi frmada? Qual a massa d reagente que sbra em excess após a reaçã? 20

21 5. SOLUÇÕES 5. INTRODUÇÃO Sluções e Dispersões: Quand misturams duas substâncias, pde resultar em uma mistura hmgênea (sluçã) u em uma mistura hetergênea. Exempls de mistura hmgêneas é a água e sal, enquant que exempl de mistura hetergênea pde ser água e areia. Dizems que a água se disslveu, enquant que a areia nã se disslveu na água. Sluções: Chamams simplesmente de Sluções u Sluções Verdadeiras. Sluções sã misturas hmgêneas de duas u mais substâncias. Nas sluções dispers recebe nme de slut e dispersante nme de slvente. As sluções sã muit imprtantes, exempl: ar que respirams (mistura de gases), água d mar (váris sais), bebidas, remédis, sangue, urina. Classificaçã Geral das Sluções: Quant a estad físic: Sólidas, Líquidas, Gassas. Quant à cndutividade elétrica: Eletrlíticas u iônicas, Nã-eletrlíticas u mleculares. Quant à prprçã slut/slvente: Diluída, Cncentrada, Nã-saturada (insaturada), Saturada, Supersaturada. De acrd cm tamanh das partículas dispersas: Sluçã verdadeira, Sluçã clidal, Sluçã grsseira (suspensã). Dispersões: Dispersões sã sistemas ns quais uma substância está disseminada, sb frma de pequenas partículas, numa segunda substância. A primeira substância chama-se dispers u fase dispersa e a segunda substância chamase dispersante u fase de dispersã. Classificaçã Geral das Dispersões: É feita de acrd cm tamanh médi das partículas dispersas. Veja tabela abaix: Na tabela acima bserva-se que as partículas dispersas de sluções clidais sã maires que as da sluçã, mas menres que as de suspensã. Exempls de sluções clidais sã leite (pis cnsiste em glóbuls de grdura disperss em água), a neblina (líquid em um gás) e a espuma (gás em um líquid). Cncentraçã das Sluções: Um sistema hmgêne (sluçã) em equilíbri fica bem definid após cnheciment das suas substâncias químicas que cnstituem (análise química qualitativa), da pressã e temperatura (variáveis físicas quantitativas) e da quantidade de cada um de seus cmpnentes (análise química quantitativa). Estas quantidades em geral sã expressas em relaçã à quantidade de sluçã; utras vezes utiliza-se cm referência a quantidade de um de seus cnstituintes que pderá entã ser chamad slvente e em geral é dispers predminante. Tais frações quantitativas sã chamadas cncentraçã. Cncentraçã é um term genéric. Pr si só nã é uma entidade físic-química bem definida, faltand para tant caracterizá-la dimensinalmente através da esclha das grandezas representativas das quantidades das substâncias químicas em questã. Pr vezes é adimensinal, representand, pr exempl, a relaçã entre a massa de slut e a massa da sluçã; utras vezes é expressa em massa pr vlume; u através de inúmeras utras maneiras. A esclha dimensinal bedece a critéris baseads puramente na cnveniência particular 2

22 a estud que se pretenda efetuar. E esta cnveniência particular em geral apóia-se n estabeleciment de equações simplificadas para expressar s princípis e leis d estud em questã; u entã na maleabilidade peracinal destas equações. Cnvém-ns adtar grandezas intimamente relacinadas a númer de mléculas das substâncias em estud. Tips de cncentraçã: % em massa, % em vlume, Cncentraçã em g/l, Cncentraçã em ml/l, Cncentraçã mlar, Cncentraçã em fraçã mlar de slut. 5.2 DESENVOLVIMENTO DO TEMA 5.2. Slubilidade Quand fazems uma mistura de duas espécies químicas diferentes, pde crrer a disseminaçã, sb frma de pequenas partículas, de uma espécie na utra. Havend disseminaçã, bterems um sistema que recebe nme de dispersã. Na dispersã, a espécie química disseminada na frma de pequenas partículas é chamada de dispers, enquant a utra espécie é chamada de dispersante u dispergente. De acrd cm diâmetr médi das partículas d dispers, a dispersã se classifica em: Sluçã: dispersã em que as partículas d dispers apresentam um diâmetr médi de até 0 Å (angstrn). Nas sluções, dispers recebe nme de slut e dispersante, slvente. Exempl: mistura de açúcar e água; Dispersã clidal : dispersã em que diâmetr médi das partículas d dispers fica cmpreendid entre 0 Å e 000 Å. Exempl: fumaça, neblina e geléia; Suspensã: dispersã em que diâmetr médi das partículas d dispers é superir a 000 Å. Na suspensã, dispers é sólid e dispersante, líquid. Exempl: leite de magnésia; Emulsã: dispersã em que diâmetr médi das partículas d dispers é superir a 000 Å. Na emulsã, tant dispers quant dispersante sã líquids. Exempl: leite e mainese. Nas sluções, prcess de dissluçã crre prque as mléculas d slvente bmbardeiam as partículas periféricas d sólid, arrancand-as e mantend-as dispersas, devid principalmente a fenômen da slvataçã, u seja, a partícula arrancada fica rdeada pr mléculas d slvente. O prcess de dissluçã depende ds seguintes fatres: cncentraçã, estad de subdivisã d sólid e temperatura Ceficiente de Slubilidade u Grau de Slubilidade (CS) Entende-se pr ceficiente de slubilidade (CS), a quantidade geralmente em gramas, necessária d slut para frmar, cm uma quantidade-padrã (geralmente em litrs) d slvente, uma sluçã saturada, em determinadas cndições de temperatura e pressã. Em utras palavras, CS é a quantidade máxima de slut que se pde disslver em uma quantidade padrã de slvente. O ceficiente de slubilidade geralmente é express em gramas pr 00 gramas u 000 gramas de slvente e classificam-se em: Quand ceficiente de slubilidade é muit pequen, cm d AgCl, diz-se que a substância é inslúvel. Quand slut e slvente sã líquids e nã se disslvem entre si, dizem que s mesms sã imiscíveis. A fórmula usada para se calcular Cs (Ceficiente de Slubilidade), cm uma quantidade padrã de massa (00 g) é a seguinte: Cs = 00 m / m 2 (g) 22

23 Regra de slubilidade: As substâncias inrgânicas (sais, ácids e bases) se disslvem em água. As substâncias rgânicas nã se disslvem em água, cm excessã ds sais, ácids e álcis. As substâncias rgânicas, prém, se disslvem em slventes rgânics, tais cm gaslina, tetraclret de carbn, benzen, etc. Cnsiderand a plaridade das substâncias, pde-se ntar que as substâncias cm plaridades semelhantes se disslvem entre si e as substâncias cm plaridades diferentes nã se disslvem entre si. Cm base nesse fat, pde-se cncluir que: Uma substância tende a se disslver em slventes quimicamente semelhantes a ela. Levand em cnsideraçã aspect da plaridade das substâncias, pde-se dizer: Uma substância plar se disslve num slvente plar; uma substância aplar se disslve num slvente aplar. Um dad imprtante na Química, principalmente para aulas de labratóri, é cnhecer quais as substâncias que se disslvem em água (plar) e quais as que nã se disslvem. DICA: Sempre sã slúveis s cmpsts de metais alcalins, amôni, nitrats e acetats. A água é plar e é cnsiderada um slvente universal. Tabela de slubilidade de cmpsts inrgânics em água: A variaçã d ceficiente de slubilidade da substância em funçã da temperatura pde ser avaliada graficamente, através das curvas de slubilidade. As curvas de slubilidade sã gráfics que indicam ceficiente de slubilidade de uma substância em funçã da temperatura. Veja abaix a curva de slubilidade d nitrat de ptássi (KNO 3 ): Analisand gráfic, pdems dizer: 23

24 A regiã I crrespnde às sluções insaturadas, u seja, qualquer pnt dessa regiã indica que a massa de KNO 3 disslvid é menr que ceficiente de slubilidade. Trata-se de sluções diluídas e cncentradas; A regiã II crrespnde às sluções supersaturadas, u seja, qualquer pnt dessa regiã indica que a massa de KNO disslvid é mair que ceficiente de slubilidade. Trata-se de sluções 3 instáveis. A curva de slubilidade é a frnteira entre as regiões I e II e qualquer pnt dessa curva indica que a massa de KNO disslvid é igual a ceficiente de slubilidade. Trata-se das sluções saturadas. 3 Observe gráfic abaix: Pdems perceber que, geralmente, a slubilidade aumenta cm a temperatura. Há substâncias em que esse aument é bastante acentuad, cm KNO 3, em utras é quase imperceptível, cm NaCl. N entant, existem substâncias em que a slubilidade diminui cm aument da temperatura. Existem três tips de curvas: Curvas Ascendentes: representam as substâncias cuj ceficiente de slubilidade aumenta cm a temperatura. Sã substâncias que se disslvem cm a absrçã de calr, ist é, a dissluçã é endtérmica; Curvas Descendentes: representam as substâncias cuj ceficiente de slubilidade diminui cm aument de temperatura. Sã substâncias que se disslvem cm liberaçã de calr, ist é, a dissluçã é extérmica; Curvas cm Inflexões: representam as substâncias que sfrem mdificações em sua estrutura cm a variaçã da temperatura. O sulfat de sódi, pr exempl, até a temperatura de 32,4ºC, apresenta em sua estrutura dez mléculas de água, em temperatura acima de 32,4ºC sulfat de sódi perde suas mléculas de "água de cristalizaçã" e a curva de slubilidade sfre uma inflexã. Exercícis:. A curva de slubilidade d KNO 3 em funçã da temperatura é dada a seguir. Indique a denminaçã das diferentes áreas d gráfic? 2. Se, a 20ºC, misturarms 50g de KNO 3 cm 00g de água,quand fr atingid equilíbri terems: 24

25 3. Segue abaix a curva de slubilidade de um sal hiptétic. A quantidade de água necessária para disslver 30 gramas de sal, a 35ºC, será, em gramas? 4. A determinada temperatura, CS d NaI é de 80 g/00g de água. Calcule a massa de água necessária para preparar uma sluçã que cntenha 2,6g desse sal na temperatura cnsiderada? Cncentraçã de Sluções Existem diferentes relações que pdem ser estabelecidas entre as quantidades de slut, slvente e sluçã. Tais relações sã denminadas cncentrações. Chama-se cncentraçã de uma sluçã tda e qualquer maneira de expressar a prprçã existente entre as quantidades de slut e slvente u, entã, as quantidades de slut e de sluçã. Imprtante: Usarems a seguinte cnvençã durante s cálculs: Índice, para as quantidades relativas a slut; Índice 2, para as quantidades relativas a slvente; Sem índice, a que se referir à própria sluçã. A substância em mair quantidade na sluçã recebe nme de slvente (dispersante) e aqueles em menr quantidades sã chamads slut (dispers). Essa classificaçã depende apenas da quantidade da substância na sluçã. Assim, n cas d aç, sluçã cnstituída pr substâncias sólidas, slvente é ferr e principal slut é carbn (entre 0,008% e 2,000% da mistura). As sluções mais imprtantes para s seres vivs sã aqueles em slvente é a água, ditas aqusas. As plantas retiram seu aliment d sl através de sluções aqusas (pr esse mtiv, s fertilizantes pssuem, sua cmpsiçã, minerais slúveis em água). A digestã transfrma aliments em substâncias slúveis em água, que dessa frma, sã mais facilmente absrvidas pel rganism. Os fluíds ds tecids, plasma sangüíne e a água que bebems sã exempls de sluções aqusas. Critéris usads para exprimir cncentrações: A preparar uma sluçã aqusa de H 2 SO 4, pdems bter sluções em infinitas prprções, prque H 2 SO 4 e a água sã miscíveis em tdas as prprções. Uma vez preparada a sluçã, é imprtante indicar n rótul d frasc a prprçã utilizada n seu prepar. Essa prprçã vai chamar-se cncentraçã. Em linhas gerais, cncentraçã é critéri usad para indicar a quantidade de slut disslvid em um determinad vlume u 25

26 em uma determinada massa de sluçã. Dessa maneira, as quantidades relativas de H 2 SO 4 e H 2 O utilizadas n prepar da sluçã ficam acessíveis a qualquer pessa. Pr iss é imprtante que as cncentrações, u melhr, s critéris usads para exprimir as cncentrações, sejam adtadas pr tds s químics, através de uma linhagem universal. Vejams abaix s tips de cncentraçã: Lembre-se: A fim de facilitar a ntaçã, utilizarems índice para tud que se referir a slut (massa, quantidade de substância, etc.) e índice 2 para tud que se referir a slvente. Para a sluçã nã usarems índice algum. Cncentraçã em massa (C) u cmum: Tmems uma sluçã de V litrs, nde exista uma massa de m gramas de slut. Qual seria a massa de slut cntida em Litr dessa sluçã? V(L) de sluçã m (g) de slut (L) de sluçã C(g) de slut A cncentraçã ( C ) indica a massa de slut cntida em um litr de sluçã e é expressa em g/l. Onde: C = cncentraçã cmum m = massa d slut (g) V = vlume (L) A unidade da cncentraçã será cmpsta pr uma unidade de massa qualquer (mg, g,kg, t, etc) dividida pr uma unidade de vlume qualquer (cm 3, ml, dm 3, L, m 3, etc.). Segund, vlume que se leva em cnta nessa definiçã nã é vlume de slvente usad para fazer a sluçã, mas sim vlume da sluçã. Vejams agra a leitura d rótul identificadr de uma sluçã aqusa cntida em um frasc. N rótul d frasc vã as seguintes infrmações: NaOH (aq) indica que a substância disslvida (slut) é NaOH e que slvente é a água. C = 80g/L indica uma sluçã aqusa de NaOH de cncentraçã igual a 80g/L. Interpretaçã da infrmaçã: Existem 80g de slut em cada litr de sluçã. Exempl: Qual a cncentraçã ( C ) de uma sluçã de brmet de ptássi cntend,9g em,5l de sluçã? Resluçã: C =? m m =,9 g V =,5 L Prtant em,5l de sluçã de brmet de ptássi há 7,93g. Pr evapraçã e purificaçã, um litr de água d mar frnece 27g de clret de sódi, cmercializad cm sal de czinha. Que vlume de água d mar, em m 3, precisa ser empregad para que uma salina prduza tnelada de clret de sódi? Resluçã: 26

27 Nta: Atençã cm as relações de unidades: m 3 = 000L e m 3 = cm 3 Exercícis:. Em um balã vlumétric de 400mL sã clcads 8g de clret de amôni NH 4 Cl e água suficiente para atingir a marca d gargal. Determine a cncentraçã da sluçã em gramas pr litr? 2. Admitind que 240mL de suc de laranja cntenham 480mg de íns de ptássi, determine a massa de ptássi, em gramas, que há em 0 litrs desse suc? 3. O leite bvin cntém, em média, 33 g de prteínas pr litr. Qual a massa de prteínas em um cp cntend 200cm 3 de leite? 4. Em média, a cncentraçã de sais na água d mar é igual a 35g/L. Em uma salina, determine a quantidade máxima de sais que pderá ser btida em um tanque de dimensões 0m x 5m x m.. (Dad: m 3 = 000L)? 5. A secreçã média de lágrimas de um ser human é de ml pr dia. Admitind que as lágrimas tenham cncentraçã de sais igual a 6g/L, indique a massa de sais perdida na secreçã diária? Mlaridade u Cncentraçã Mlar (M) Mlaridade é a razã da quantidade de matéria (ml) pr vlume de sluçã (em Litrs), expressa na unidade ml/l. Onde: M = mlaridade; n = númer de mls d slut; V = vlume, em litrs, da sluçã. Sabend que a quantidade de mls (n) é a relaçã entre a massa d slut (m) (em gramas) e a massa mlar da substância (Ml, em g/ml), tems: N = m / MM Juntand as duas equações, tems a frma expandida: M = m / MM x V Densidade de uma sluçã: A densidade de uma sluçã é resultad da divisã da sua massa pel vlume da sluçã. m = massa d slut m 2 = massa d slvente 27

28 Esteja atent para nã cnfundir a cncentraçã cmum cm a densidade da sluçã. A cncentraçã cmum expressa a massa de slut presente num cert vlume de sluçã. Já a densidade de uma sluçã expressa a massa ttal (slut + slvente) de um cert vlume de sluçã. Obs.: A densidade nã é prpriamente, prtant, uma maneira de expressar a cncentraçã de uma sluçã, mas está relacinada a ela, pis, quand cariams a cncentraçã de slut, varia também a densidade. Exempl: Calcular a densidade absluta de uma sluçã que representa massa de 50g e vlume de 200cm 3. Resluçã: m = 50g V = 200cm 3 Exercícis:. A cncentraçã de ur na água d mar é igual a 2,0 x 0 - ml/l. Qual vlume de água d mar deve ser clhid para se bter,0g de ur? (Dad: massa atômica d ur = 200 u)? 2. Em média, cada litr de vinagre cntém 50g de ácid acétic (C 2 H 4 O 2 ). Determine a cncentraçã d ácid em ml/l? 3. Sabend que a água d mar apresenta, em média, íns sódi na cncentraçã de 0,46ml/L, determine a massa de NaCl existente em um cp cm 200mL de água d mar? 28

29 6. TÍTULO 6. DESENVOLVIMENTO DO TEMA 6.. Títul em Massa e Prcentagem em Massa Chamams de títul de uma sluçã a razã estabelecida entre a massa d slut (m ) e a massa dessa sluçã (m), ambas medidas na mesma unidade. Onde: m = massa de slut m 2 = massa de slvente m = massa da sluçã (slut + slvente). t (ta) = títul em massa da sluçã (númer pur, ist é, sem unidade). Assim, se títul de uma sluçã é 0,2, iss significa que τ% = 00. 0,2 = 20%. Iss quer dizer que a sluçã apresenta 20% em massa de slut e, evidentemente, 80% em massa de slvente. Imprtante: 0<τ< ; Ou 0% < τ% < 00% Uma relaçã bastante útil entre títul e a cncentraçã cmum é dada pr: C = 000. d. τ Onde: C = cncentraçã em g/l d = densidade em g/ml t (ta) = títul em massa da sluçã (númer pur, ist é, sem unidade). Obs.: Para cálcul de prcentagem: Prcentagem (%) = 00 x t Outra relaçã imprtante é dada abaix: Onde: C = cncentraçã em g/l M = Mlaridade em ml/l MM = Massa mlecular d slut em g/ml C = M x MM Exempl: Uma sluçã é preparada disslvend 50g de açúcar em 450g de água. Qual títul dessa sluçã e qual a prcentagem em massa d slut? Resluçã: O açúcar é slut: m = 50g. A água é slvente: m 2 = 450g. 29

30 6..2 Títul em Vlume Da mesma maneira que títul em massa crrespnde à fraçã da massa de uma amstra de sluçã que crrespnde a slut, títul em vlume (que simblizarems pr τ v ) é uma grandeza que s infrma a fraçã d vlume de uma sluçã que crrespnde a slut. O títul em vlume de uma sluçã expressa a relaçã entre vlume de slut presente numa amstra dessa sluçã e vlume ttal dessa amstra de sluçã. Exempl: Em 50L de ar sec e isent de pluente há 39L de gás nitrgêni. Qual é títul em vlume d nitrgêni n ar? Resluçã: Empregand a definiçã de títul em vlume, tems: Quand títul em vlume τ v é express em prcentagem, tem-se a prcentagem em vlume d slut na sluçã. Atençã: O álcl hidratad apresenta duas especificações: O ºINPM crrespnde a uma prcentagem em massa e ºGL crrespnde a uma prcentagem em vlume. Apesar de apresentarem valres numérics diferentes, ambs se referem à mesma sluçã. Pr iss deve-se ter cuidad cm as unidades a serem trabalhada, mantend tdas em massa u em vlume. Exempl: A nva legislaçã de transit prevê um limite máxim de 6 decigramas de álcl, C 2 H 5 OH, pr litr de sangue d mtrista (0,6g/L). Cnsiderand que a prcentagem média de álcl ingerida que fica n sangue é de 5% em massa, identifique, para um adult cm pes médi de 70kg cuj vlume de sangue é de 5 litrs, númer máxim de latas de cerveja (vlume = 350mL) ingerida sem que limite estabelecid seja ultrapassad. Dads cmplementares: a cerveja tem 5% de álcl em vlume, e a densidade d álcl é 0,80g/mL. Resluçã: 25mL é vlume crrespndente a 20g de etanl. Assim, máxim permitid é lata de cerveja. 30

31 Partes pr milhã (ppm): Para um slut em cncentraçã muit pequena, títul u a prcentagem sã númers muit pequens. É cmum, nessas situações, us da unidade partes pr milhã, representada pr ppm, que pde se referir a títul em massa u a titul em vlume. A unidade ppm é útil para expressar a cncentraçã de sluções cm baixa cncentraçã. Para cncentrações ainda menres, s químics empregam as unidades ppb (partes pr bilhã) e ppt (partes pr trilhã). É útil lembrar que um milhã é 0 6, um bilhã é 0 9 e um trilhã é 0 2. Exercícis:. Um tip de salmura cntém 0% em massa de NaCl. Qual a massa de sal haverá em,5kg dessa salmura? 2. sr glicsad é uma sluçã aqusa de glicse a 5% em massa. Que vlume de sr (d=,0g/ml) deve ser administrad a um paciente de um hspital para que rganism dele receba 00g de glicse? 3. O vinagre cntém, em média, 5% em massa de ácid acétic. Qual a massa desse ácid há em uma clher das de spa cntend 0 ml de vinagre? (d=,0g/ml). 4. Uma bisnaga de xilcaína a 2%, de massa ttal 250g, apresenta quants gramas de slvente? 5. Tem-se um frasc de sr glicsad a 5% (sluçã aqusa em massa de glicse). Para preparar Kg desse sr, quants gramas de glicse devem ser disslvids em água? 3

32 7. DILUIÇÃO DE SOLUÇÕES 7. INTRODUÇÃO Diluir uma sluçã cnsiste em adicinar a ela uma prçã d slvente pur. Essa peraçã é denminada diluiçã da sluçã. Evidentemente a massa de slut (m ) será a mesma na sluçã inicial e na final; n entant, a cncentraçã C irá diminuir para C, pis vlume aumentu de V para V. 7.2 DESENVOLVIMENTO DO TEMA 7.2. Fraçã Mlar Para uma sluçã, sã cnsideradas duas frações mlares: a fraçã mlar d slut e a fraçã mlar d slvente. Fraçã mlar d slut (X ) é a razã estabelecida entre númer de mls d slut e númer de mls ttal da sluçã. Fraçã mlar d slvente (X 2 ) é a razã estabelecida entre númer de mls d slvente e númer ttal de mls da sluçã. Assim: Onde: n = númer de mls d slut (= m/m) n 2 = númer de mls d slvente (= m/m) X = fraçã mlar d slut X 2 = fraçã mlar d slvente Pde-se prvar que para qualquer sluçã, a sma das frações mlares d slut e d slvente é sempre igual a. X + X 2 = Equivalente grama (E): Numa reaçã química há mvimentaçã de cargas elétricas: há, pr exempl, numa reaçã de xi-reduçã, transferência de elétrns; numa reaçã de dupla trca, mvimentaçã de íns e, numa reaçã ácid-base de Lwry-BrÖnsted, transferência de prótns. As cargas mvimentadas numa reaçã química pdem ser elétrns, íns u prótns. 32

33 Equivalente-grama de uma substância é a sua massa, em gramas, que, numa reaçã química, mvimenta ml de cargas elementares. Equivalente-grama de um element químic é a massa desse element que se cmbina cm 8 gramas de xigêni. Equivalente-grama de um ácid é a massa d ácid que libera ml de H + durante a sua inizaçã. Equivalente-grama de uma base é a massa da base que cntém ml de OH -. Uma cnseqüência imprtante das definições de equivalentes-grama de ácids e bases é que um equivalentegrama de um ácid sempre reagirá cm um equivalente-grama de uma base, pis primeir cntém ml de H + e segund cntém ml de OH -. Equivalente-grama de um xidante (u redutr) é a massa da substância que é capaz de ganhar (u perder) um ml de elétrns Nrmalidade u Cncentraçã Nrmal Nrmalidade (N) de uma sluçã é a relaçã entre númer de equivalentes-gramas d slut (e ) e vlume da sluçã (V), em litrs. N = e /V O númer de equivalentes-grama (e) de uma substância é calculad dividind-se a massa (m) da substância pel equivalente (E). E = m /E Substituind na fórmula acima, vem: Unidade: N u Nrmal. N = m / E. V Relações entre a nrmalidade e utras expressões de cncentraçã de sluções: Pdems estabelecer uma relaçã entre a cncentraçã cmum (C) e a nrmalidade (N): C = N. E Bem cm entre a nrmalidade (N) e a mlaridade (M): M = N. E Pr fim, pdems ainda juntar as várias relações entre cncentraçã cmum (C), a mlaridade (M), a nrmalidade (N) e títul em massa (τ), vistas anterirmente, e chegarems a: C =. M = N. E = 000. d. τ Mistura de sluções cujs sluts reagem entre si: Os cass mais cmuns crrem quand juntams sluçã de um ácid e sluçã de uma base, u sluçã de um xidante e sluçã de um redutr, u sluções de dis sais que reagem entre si. Nesses cass pdem crrer duas hipóteses: Se númer de equivalentes-grama de um ds reagentes é igual a d utr, eles reagirã integralmente; Se númer de equivalentes-grama de um ds reagentes fr mair que utr, haverá reaçã, após que terems um excess d primeir reagente igual à diferença entre seu númer de equivalentegrama e númer de equivalentes-grama d segund reagente Diluiçã das Sluções Diluir uma sluçã cnsiste em adicinar a ela uma prçã d slvente pur. Essa peraçã é denminada diluiçã da sluçã. 33

34 Evidentemente a massa de slut (m ) será a mesma na sluçã inicial e na final; n entant, a cncentraçã C irá diminuir para C, pis vlume aumentu de V para V. Pdems entã calcular: Para a sluçã inicial: C = m /V m = C. V Para a sluçã final: C = m /V m = C. V Uma vez que m é cnstante, tems: C. V = V. C O vlume e a cncentraçã de uma sluçã sã inversamente prprcinais. Demnstrações idênticas pdem ser feitas para a mlaridade e a nrmalidade. V. = V. e V. N = V. N A peraçã inversa a diluir chama-se cncentrar a sluçã; ela cnsiste num aqueciment cuidads da sluçã, de md que apenas slvente venha a evaprar (evidentemente supnd que slut nã seja vlátil). Nesse cas, cntinuam valend as fórmulas matemáticas acima apresentadas. Exercícis:. Qual vlume de água, em ml, que deve ser adicinad a 80mL se sluçã 0,M de uréia, para que a sluçã resultante seja 0,08M? 2. Pipetam-se 0mL de uma sluçã aqusa de NaOH de cncentraçã 0,ml/L. Em seguida fi adicinada água, até que vlume final de 500mL fsse atingid. Qual a cncentraçã da sluçã resultante? 3. Submetend-se 3L se sluçã M de clret de cálci à evapraçã, até um vlume final de 400mL, qual será sua cncentraçã final? 4. Se adicinarms 80mL de água a 20mL de uma sluçã 0,20M de Hidróxid de ptássi, irems bter uma sluçã, cm qual cncentraçã mlar? 34

35 8. ANÁLISE VOLUMÉTRICA 8. DESENVOLVIMENTO DO TEMA Análise Vlumétrica é aquela que permite determinar a cncentraçã de uma sluçã, este prcess se baseia na medida ds vlumes das sluções reagentes. A Análise Vlumétrica tem seu princípi na relaçã entre a sluçã padrã e a prblema, é pssível dsar uma sluçã através de utra cm cncentraçã cnhecida, nde a sluçã padrã é aquela de cncentraçã cnhecida e sluçã prblema é a que pssui cncentraçã descnhecida, e a qual precisams descbrir. Em seguida, determina-se cm mair rigr pssível vlume da sluçã padrã, qual deve ser exatamente necessári para reagir cm vlume cnhecid da sluçã prblema. Entã: Sluçã prblema: V = Vlume esclhid (e prtant, cnhecid) para reagir cm a sluçã padrã. N = Cncentraçã descnhecida. Sluçã padrã: V 2 = Vlume gast na reaçã cm vlume esclhid da sluçã prblema. N 2 = Cncentraçã cnhecida. Cm se trata de uma reaçã cmpleta, vale princípi da equivalência, u seja: e = e 2 cm e = V. N V. N = V 2. N 2 Cm vcê vê, determina-se a cncentraçã nrmal (N ) da sluçã prblema e, a seguir, a partir dessa cncentraçã, pde-se calcular qualquer utr tip de cncentraçã. Cm prceder na prática: Em labratóri, para se determinar vlume da sluçã prblema e vlume gast da sluçã padrã, utilizam-se frascs especiais. º. Pass: Clcams a sluçã prblema num balã vlumétric aferid (balã cm traç n gargal), qual indica vlume para uma determinada temperatura. Os balões mais cmuns sã de 250, 500 e 000mL. Uma vez clcada a sluçã prblema n balã, adicinams água destilada até que vlume atinja traç 2º. Pass: Retirams d balã um vlume bem definid (V ) da sluçã prblema. Esta peraçã é efetuada pr mei de uma pipeta. Enchems a pipeta cm a sluçã prblema pr mei de sucçã (u cm auxíli de uma pêra), até que a sluçã ultrapasse traç de referência. Tapams a extremidade superir cm ded indicadr e, levantand levemente ded, permitims a entrada lenta de ar, até que a parte inferir da superfície curva d líquid (menisc inferir) cincida cm traç de referência. Finalmente, escams a sluçã da pipeta em um frasc cletr (erlenmeyer): 3º. Pass: Clcams a sluçã padrã numa bureta graduada (cm 3 u ml) cm trneira na parte inferir (sempre teste funcinament da trneira antes de iniciar experiment): 35

36 Operaçã final: Cm a mã esquerda abrims a trneira, deixand a sluçã padrã gtejar n erlenmeyer que cntém a sluçã prblema e, cm a mã direita, ficams agitand erlenmeyer. Cm auxíli de indicadres, pdems visualizar mment que está cmpletada a reaçã entre as sluções, fechams a trneira e lems na bureta vlume (V 2 ) gast na sluçã padrã. Exempl: Calcule a nrmalidade da sluçã prblema, cnfrme s dads: Sluçã prblema V = 25mL (este é vlume medid pela pipeta) N =? 36

37 Sluçã padrã V 2 = 30mL (vlume gast na reaçã e lid na bureta) N 2 = 0,N (previamente estabelecid) Resluçã: e = e 2 cm e = V. N V. N = V 2. N N = 30. 0, N = (30. 0,) / 25 N = 0,2 N A exatidã d prcess está na dependência da interrupçã d cntat entre as sluções, n exat mment em que a reaçã termina. Para iss, usams substâncias chamadas indicadres. Os indicadres sã classificads em dis grups: a) Aut-indicadres b) Indicadres de cntat Imagine que uma das sluções seja frmada pr uma substância clrida. Pis bem, à medida que ela vai reagind cm a utra sluçã, essa cr vai se alterand. Entã, quand a cr se alterar ttalmente, ist significa que a reaçã terminu. Cert? Prtant, uma substância, nestas cndições, é aut-indicadr, pis ela cnstitui uma sluçã e, cncmitantemente, funcina cm indicadr n términ da reaçã. Um exempl típic de aut-indicadr é permanganat de ptássi (KMnO 4 ) em sluçã, reagind cm uma sluçã redutra. Ist prque KMnO 4 em sluçã apresenta cr vileta característica e, uma vez reduzind, a clraçã vileta desaparece, ficand a sluçã inclr. Os indicadres de cntat sã s mais empregads. Usam-se em pequena quantidade e geralmente sã adicinads na sluçã prblema. Tais indicadres sã substâncias que, clcadas na sluçã prblema, apresentam uma clraçã e quand a reaçã termina, essa clraçã acha-se alterada. Esta mudança de cr é cnhecida pr viragem. A viragem é causada pr: a) Influência d ph n mei. b) Frmaçã de um cmpst clrid resultante da reaçã entre indicadr e um ds reagentes. 37