Ð Ð Ð. Estudo das soluções. ÐÐDissolução exotérmica O soluto se dissolve liberando. Coeficiente de solubilidade (C S. Gráfico de solubilidade

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1 Autoria: Alexandre liveira Edição de texto Érick eodósio Estudo das soluções Coeficiente de solubilidade ( ) coeficiente de solubilidade indica a quantidade áxia de ua substância que, e deterinadas condições de teperatura e pressão, pode dissolver-se e ua quantidade fixa de solvente A capacidade de ua substância de se dissolver e outra é chaada de solubilidade E geral, o solvente utilizado é a água, e a quantidade fixa é de 00 g de H Exeplo : (NH 4 N 3 ) 9 g NH 4 N 3 /00 g H (0 ºC) (NH 4 N 3 ) 4 g NH 4 N 3 /00 g H (30 ºC) (NH 4 N 3 ) 97 g NH 4 N 3 /00 g H (40 ºC) Exeplo : (Ce (S 4 ) 9,84 g Ce (S 4 /00 g H (0 ºC) (Ce (S 4 ) 7,4 g Ce (S 4 /00 g H (30 ºC) (Ce (S 4 ) 5,3 g Ce (S 4 /00 g H (40 ºC) Gráfico de solubilidade gráfico de solubilidade ostra a variação do coeficiente de solubilidade ( ) de ua ou ais substâncias e função da teperatura Gráfico de solubilidade de alguas substâncias Graas de soluto para saturar 00 g de H NaN 3 KN 3 NH 4 Cl NaCl Ce (S eperatura (ºC) E geral, a solubilidade dos sólidos auenta co a teperatura (curvas ascendentes), as existe alguas substâncias cuja solubilidade diinui co o auento da teperatura (curvas descendentes Dissolução endotérica soluto se dissolve absorvendo calor do solvente auento da teperatura favorece a dissolução do soluto A solubilidade geralente auenta co a elevação da teperatura (curvas ascendentes A solução se resfria e ua dissolução endotérica Dissolução exotérica soluto se dissolve liberando calor para o solvente Solubilidade g de Na S 4 /00 g de H auento da teperatura desfavorece a dissolução do soluto A solubilidade geralente diinui co o auento da teperatura (curvas descendentes A solução se aquece e ua dissolução exotérica Quando a curva de solubilidade apresenta pontos de inflexão, significa que o soluto fora hidratos definidos, e esses pontos de inflexão corresponde à teperatura de dissociação de sais hidratados Exeplos: Solubilidade g de CaCl 4 /00 g de H Curva de solubilidade do sulfato de sódio Na S 4 0 H Na S 4 0 H ,4 ºC 3,4 ºC Na S H Na S 4 anidro eperatura ºC Curva de solubilidade do cloreto de cálcio CaCl H CaCl H 30 ºC 30 ºC CaCl 4 H CaCl H CaCl 4 H CaCl 4 H + H 45 ºC 45 ºC eperatura ºC CaCl H + H Classificação das soluções quanto ao coeficiente de solubilidade ( ) As soluções, alé de sere classificadas quanto à fase de agregação (sólida, líquida ou gasosa), quanto à natureza das partículas dispersas (iônica ou olecular) e quanto à proporção entre soluto e solvente (diluída ou concentrada), pode ser classificadas quanto ao coeficiente de solubilidade e: Quíica 4

2 Soluções insaturadas (não saturadas) São aquelas e que a quantidade de soluto dissolvida ( ) não atinge o coeficiente de solubilidade ( ), ou seja, < Exeplo: (KN 3 ) 45,8 g de KN 3 /00 g H (30 ºC) Dissolva 40 g de KN 3 e 00 g de H a 30 ºC Soluções saturadas São aquelas e que a quantidade de soluto dissolvida ( ) é igual ao coeficiente de solubilidade ( ), ou seja, Exeplo: dissolva 45,8 g de KN 3 e 00 g de H a 30 ºC 00 g de H 40 g de KN 3(s) Agitação 45,8 g de KN 3(s) não saturada 40 g de KN 3 00 g de H 30 ºC 30 ºC saturada 00 g de H Agitação 45,8 g de KN 3 00 g de H 30 ºC 30 ºC E soluções saturadas co precipitado (corpo de chão), ocorre u equilíbrio dinâico entre o corpo de chão e a solução saturada, ou seja, a velocidade co que o sólido se dissolve é igual à velocidade co que o sólido se precipita no fundo do recipiente Exeplo: dissolva 50 g de KN 3 e 00 g de água a 30 ºC (Não esqueça que o (KN 3 ) 45,8 g KN 3 e 00 g H a 30 ºC 00 g de H 30 ºC Solvente Soluto (corpo de chão) D velocidade de dissolução 50 g de KN 3(s) 4, g de KN 3(s) saturada Agitação 45,8 g de KN 3 00 g de H Existe u equilíbrio dinâico entre o corpo de chão e a assa dissolvida Soluções supersaturadas São aquelas e que a quantidade de soluto dissolvida ( ) é superior ao coeficiente de solubilidade ( ), ou seja, > É ua solução instável, podendo, por qualquer perturbação do sistea, se tornar ua solução saturada co precipitado Há duas foras de se preparar ua solução supersaturada: P D 30 ºC D P P velocidade de precipitação Preparação de ua solução supersaturada usando ua substância de dissolução endotérica: Pode-se, por exeplo, pegar ua solução saturada de KN 3 a 30 ºC e resfriá-la sob condições especiais a 0 ºC, obtendo ua solução supersaturada de KN 3 (KN 3 ) 45,8 g KN 3 /00 g H (30 ºC) (KN 3 ) 3, g KN 3 /00 g H (0 ºC) bserve, atentaente, o esquea a seguir saturada a 30 ºC 45,8 g de KN 3 00 g de H Preparação de ua solução supersaturada usando ua substância de dissolução exotérica: Deve-se preparar ua solução saturada e depois aquecê-la e condições especiais, pois, assi, será obtida ua solução supersaturada Dissolução exotérica: (x) 50 g de x/00 g de H (0 ºC) (x) 40 g de x/00 g de H (30 ºC) bserve o esquea a seguir saturada a 0 ºC 50 g de x 00 g de H Resfriaento Aqueciento 45,8 g de KN 3 00 g de H (condições especiais) 30 ºC 0 ºC A solução supersaturada é instável supersaturada 45,8 g de KN 3 00 g de H 0 ºC (sistea instável) supersaturada 45,8 g de KN 3 00 g de H Ligeira agitação 3, g de KN 3 00 g de H 0 ºC (sistea estável) 4, g de KN 3(s) precipitado Cristal de KN 3 3, g de KN 3 00 g de H 0 ºC 0 ºC 4, g de KN 3(s) precipitado supersaturada 50 g de x 00 g de H (condições especiais) 0 ºC 30 ºC Classificação das soluções quanto ao coeficiente de solubilidade e u gráfico de solubilidade Dado o gráfico de solubilidade de ua substância hipotética: Quíica 4

3 Solubilidade (g/00 g H ) C 3 B Substância x A (ºC) Ponto A Representa ua solução não saturada (insaturada), pois, nesse ponto, existe 40 g de x 00 g de água na teperatura 3, portanto a assa de soluto dissolvido é enor que o de x nessa teperatura, correspondente a 00 g de x/00 g H ( < Ponto B Representa ua solução saturada, pois, nesse ponto, existe 0 g de x 00 g de H na teperatura, portanto a assa de soluto dissolvido é igual ao de x nessa teperatura, referente a 0 g de x/00 g H ( Ponto C Representa ua solução supersaturada, pois nesse ponto existe 50 g de x 00 g de H na teperatura, portanto a assa de soluto dissolvido é aior que de x nessa teperatura, equivalente a 0 g de x/00 g H ( > Conclusões: Qualquer ponto e ua região acia da curva de solubilidade indica que a solução é supersaturada Qualquer ponto coincidente co a curva de solubilidade indica que a solução é saturada Qualquer ponto e ua região abaixo da curva de solubilidade indica que a solução é insaturada U solvente pode estar saturado de u soluto e ainda conseguir dissolver outro soluto Exeplo: a água saturada de sal de cozinha ainda é capaz de dissolver certa quantidade de açúcar Ne sepre se observa a correspondência entre solução diluída e solução insaturada bserve o exeplo a seguir Ua solução co g de CaS e litro de água é considerada diluída, as já está saturada, pois o coeficiente 4 de solubilidade do CaS 4 é uito baixo (CaS 4 ) g CaS 4 / L H Ne sepre se observa a correspondência entre solução concentrada e solução saturada bserve o exeplo: Ua solução de AgN co 00 g de AgN e litro 3 3 de água é considerada concentrada, as ainda é ua solução insaturada, pois o do AgN 3 é uito alto (AgN 3 ) 0 g AgN 3 / L H Regra de solubilidade Ua substância polar tende a se dissolver e u solvente polar, enquanto ua substância apolar tende a se dissolver e u solvente apolar Seelhante dissolve seelhante Solubilidade de gases e líquidos Quando o gás não reage co o líquido, e geral, a sua solubilidade é pequena no líquido A solubilidade dos gases nos líquidos auenta co: a diinuição da teperatura (baixas teperaturas); o auento da pressão (altas pressões Quando o gás não reage co o líquido, a influência da pressão sobre a solubilidade é estabelecida pela Lei de Henry: A ua deterinada teperatura, a solubilidade dos gases nos líquidos é diretaente proporcional à pressão do gás S K P Sendo K constante de proporcionalidade que depende da natureza do gás, do líquido e tabé da teperatura A solubilidade dos gases nos líquidos é aior quando ocorre reação entre o gás e o líquido Exeplo: é possível dissolver 450 L de cloreto de hidrogênio (HCl) e litro de água, e condições abientes, devido à reação: HCl (g) + H (l ) H 3 + (aq) + Cl (aq) Concentração das soluções I A concentração de ua solução é qualquer expressão da proporção entre as quantidades de soluto e de solvente, ou então, entre as quantidades de soluto e de solução Concentração Quantidade de soluto Quantidade de solvente (ou de solução) Quantidade ols, assa ou volue Convenção: Índice soluto Exeplo: assa do soluto Índice solvente Exeplo: assa do solvente Se índice solução Exeplo: assa da solução ( + c³ L x 000 L L d³ L 000 ³ 000 L E qualquer parte da solução, a concentração é a esa Concentração e assa/volue ou concentração cou (C) A concentração e assa/volue, ou concentração cou, é a razão estabelecida entre a assa do soluto ( ) e o volue da solução ( C Quíica 4 3

4 Geralente, o soluto é edido e graas (g), e o solvente, e litros (L); logo, adota-se a unidade: g/l A unidade g/c³ tabé é utilizada, poré co pouca frequência Concentração assa/assa ou título e assa () A concentração assa/assa, ou título e assa, é a razão estabelecida entre a assa do soluto ( ) e a assa da solução (), abas na esa unidade (geralente e graas Coo +, te-se: + 0 < < título e assa couente é expresso e porcentage de soluto; assi, te-se o título percentual e assa (% % 00 título e assa não possui unidade % assa/assa (%/): indica a assa de soluto ( ) e graas, contida e 00 g de solução Exeplo: 40% / indica 40 g de soluto e 00 g de solução Concentração volue/volue ou título e volue ( ) A concentração volue/volue, ou título e volue, é a razão estabelecida entre o volue do soluto ( ) e o volue da solução (), abos na esa unidade: De u odo geral, o volue da solução () não é necessariaente a soa do volue do soluto ( ) co o volue do solvente ( título e volue couente é expresso e porcentage de soluto Assi, te-se o título percentual e volue ( %) % 00 título e volue não possui unidade e só é usado para expriir concentrações e que os coponentes das soluções são todos gasosos ou todos líquidos v 0< v < % volue/volue (%/): indica o volue de soluto ( ), e L, contido e 00 L de solução Exeplo: 0% / indica 0 L de soluto e 00 L de solução Álcool a 9% (significa 9 volues de álcool para cada 00 volues da solução grau Gay-Lussac (ºGL) indica a % / para soluções alcoólicas Exeplo: 0, ºGL (significa 0, volues de álcool para cada 00 volues da solução % assa/volue (%/): indica a assa do soluto ( ), e graas, contida e 00 L de solução Exeplo: 0,80% / indica 0,80 g de soluto e 00 L de solução Concentração e partes por ilhão ou pp Soluções uito diluídas, ou seja, soluções que possue concentração uito pequena, costua ter essa concentração expressa e partes por ilhão (pp Concentração e assa/assa expressa e pp Exeplo: pp quer dizer que, para cada parte e assa do soluto, existe u ilhão de partes e assa de solução Concentração e pp eg 3 ( ) 0 g 0 partes 3 ekg ( ) 0 g ou Concentração e pp ( eg ) g 0 partes et ( ) 0 g pp 0 ou pp % 0 4 Exeplo: 0,00005 % 0,005% pp 50 pp Concentração e volue/volue expresso e pp Exeplo: pp quer dizer que, para cada parte e volue do soluto, te-se u ilhão de partes de solução Concentração e pp el ( ) 3 ( e ) ou Concentração e pp e L ( µ ) ( el) µl icrolitros 0 L Concentração e assa/volue expressa e pp s quíicos costua expressar a concentração de sólidos e líquidos utilizando pp Concentração e pp 3 0 L 0 partes 3 0 L 0 L 0 parte L pp 0 ou pp % Quíica 4

5 3 ( eg) 0 g 0 partes 3 ( el) LH kgh 0 g Exeplo: A água contendo 0,05 pp de Pb + é iprópria para o consuo (0,05 g de Pb + por litro de água), pois é igual a 0,05 g de Pb + por kg de água Densidade de ua solução (d) A densidade de ua solução é a razão estabelecida entre a assa da solução () e o volue dessa solução (): d Coo +, te-se: d + Unidades: g/l g/c 3 etc g/l ou g/c³ x g/l ou g/d³ volue, ao ser relacionado co a densidade, deve estar na esa unidade de volue da densidade Exeplo: 00 c³ e d, g/c³ Coo a densidade da água é igual a g/l, L de água g de água; L de água é igual a kg de água ale ressaltar que essas relações são válidas soente para a água, devido à sua densidade ser igual a g/l Saiba ais A concentração da água oxigenada A água oxigenada vendida nas farácias e drogarias é ua solução aquosa de peróxido de hidrogênio (H (aq) A água oxigenada é utilizada para diversos fins, entre eles, o uso coo antisséptico, pois o contato do peróxido de hidrogênio co o sangue provoca a sua decoposição e H (l) e (g) e, por isso, ipede a proliferação de bactérias anaeróbias coo a causadora do tétano utro uso cou para a água oxigenada é seu eprego para clarear cabelos A água oxigenada geralente apresenta a sua concentração e volues, coo água oxigenada a 0 volues, a 0 volues, a 30 volues etc Qual o significado dessa unidade de concentração nos frascos de água oxigenada? Essa unidade de concentração representa o núero de litros de oxigênio nas CNP, que se obté para a decoposição do peróxido de hidrogênio (H ) contido e,0 L de solução bserve os exeplos: H ( H aq) () + l ( g) ol 05, ol, L ( CNP) Água oxigenada 0 volues: L de H (aq) nas CNP libera 0,0 L de (g) Água oxigenada 0 volues: L de H (aq) nas CNP libera 0,0 L de (g) Concentração e ol/l A concentração e ol/l, tabé chaada de concentração e quantidade de atéria ou concentração e quantidade de substância, é a razão estabelecida entre a quantidade de atéria do soluto (n ) e o volue da solução (), e litros E que: A Sociedade Brasileira de Quíica (SBQ) não recoenda o uso das expressões olaridade ne concentração olar núero de ols do soluto (n ) é a razão entre a assa n M n do soluto ( ) e a assa olar desse soluto (Mol Unidade: ol/l escrito após o valor nuérico da concentração A SBQ não recoenda o uso das unidades olar ne M para indicar a unidade de ol/l Concentração e ol/l de íons E certos casos, é necessário relacionar a concentração e ol/l de íons da substância à concentração e ol/l de íons dos seus íons e solução bserve: Exeplo : Calcule a concentração e ol/l dos íons Ca + (aq) e Cl (aq) e ua solução 0, ol/l de CaCl (aq) H CaCl (aq) Ca + + (aq) Cl (aq) Dissociação 0, ol/l 0, ol/l 0, ol/l (a 00%) Exeplo : Calcule a concentração e ol/l de íons dos íons H + (aq) e S 4(aq) e ua solução 0, ol/l de H S 4(aq) H H S 4(aq) H + + (aq) S 4(aq) Ionização 0, ol/l 0,4 ol/l 0, ol/l (a 00%) cálculo da concentração e ol/l de íons dos íons deve ser feito a partir da equação de dissociação ou de ionização do soluto seguindo a proporção estequioétrica Nos exeplos anteriores, considerou-se que as substâncias sofrera dissociação ou ionização total Fração e quantidade de atéria (X) abé conhecida coo concentração e quantidade de atéria por quantidade de atéria Fração e quantidade de atéria do soluto (X ) É a razão estabelecida entre a quantidade de atéria do soluto (n ) e a quantidade de atéria da solução (n X n n coo n n n X n, + n + n Quíica 4 5

6 Fração e quantidade de atéria do solvente (X ) É a razão estabelecida entre a quantidade de atéria do solvente (n ) e a quantidade de atéria da solução (n C d C d ítulo e assa Densidade de (g/l) Concentração cou (g/l) X X + X 0 < X < n n coo n n n X n, + n + n A fração e quantidade de atéria não possui unidade Lebre-se: n M en M E que: M assa olar do soluto M assa olar do solvente Concentração olal (W) abé conhecida coo concentração e quantidade de atéria por assa ou olalidade, concentração olal é a razão estabelecida entre a quantidade de atéria do soluto (n ) e a assa, e quilograas, do solvente ( E que: Relações entre as principais unidades de concentração das soluções Relação entre a concentração cou (C) e o título e assa () C I () () II Dividindo (I) por (II), te-se: C n M n W ( kg) Unidade: ol/kg ou olal E ua solução aquosa diluída, L de solução conté aproxiadaente L de água, ou seja, kg de água Dessa fora, a quantidade de atéria de soluto por litro de solução (concentração e ol/l) é aproxiadaente igual à quantidade de atéria do soluto por quilograa de água (olalidade) ( W C C d Coo geralente a densidade é dada e g/l, te-se: C 000 d ítulo e assa Densidade de (g/l) Concentração cou (g/l) Relação entre a concentração cou (C) e a concentração e ol/l ( ) C I () M () II Dividindo (I) por (II), te-se: C C M C M M C M Massa olar do soluto Concentração e ol/l Concentração cou Igualando as relações (I) e (II), te-se: C 000 d (I) C M (II) C M 000 d ou C M d g/l ou g/c³ g/l ou g/d³ gráfico a seguir ostra curvas de solubilidade para substâncias nas condições indicadas e pressão de at Solubilidade e g do sal/00 g de água NaN 3 Atividades Curva de solubilidade NaC KN eperatura (ºC) Quíica 4

7 A interpretação dos dados desse gráfico perite afirar corretaente que Ciências da Natureza e suas ecnologias a) copostos iônicos são insolúveis e água, na teperatura de 0 ºC b) o cloreto de sódio é pouco solúvel e água à edida que a teperatura auenta c) sais diferentes pode apresentar a esa solubilidade e ua dada teperatura d) a solubilidade de u sal depende, principalente, da espécie catiônica presente no coposto e) a solubilidade do cloreto de sódio é enor do que a dos outros sais para qualquer teperatura (ENEM) arazenaento de certas vitainas no organiso apresenta grande dependência de sua solubilidade Por exeplo, vitainas hidrossolúveis deve ser incluídas na dieta diária, enquanto vitainas lipossolúveis são arazenadas e quantidades suficientes para evitar doenças causadas pela sua carência A seguir são apresentadas as estruturas quíicas de cinco vitainas necessárias ao organiso I III I II Dentre as vitainas apresentadas na figura, aquela que necessita de aior supleentação diária é a a) I b) II c) III d) I e) 3 coportaento do gás oxigênio co a variação de teperatura descrita no gráfico, be coo o coportaento físico geral dos gases, perite afirar corretaente que a) as forças atrativas se sobrepõe às forças de repulsão entre as oléculas do gás oxigênio co o auento da teperatura b) as colisões entre as oléculas de u gás auenta de frequência co o auento de teperatura, à pressão constante, diinuindo a velocidade édia das oléculas e reduzindo sua solubilidade e água c) a solubilidade de u gás e u líquido depende da energia cinética das oléculas do gás e da pressão exercida sobre o sistea que coporta o soluto gasoso e o solvente líquido d) dois reservatórios de água antidos sob as esas condições de lipeza e pressão de at, localizados na Bahia, a 35 ºC, e no Paraná, a 0 ºC, terão a esa concentração de (g) dissolvido na água e) as concentrações de (g) dissolvido e aostras de água do ar Báltico e do ar erelho independe de suas concentrações salinas, que são 30 g/l e 40 g/l, respectivaente g de /litro de H Solubilidade do gás oxigênio (a at de pressão) eperatura (ºC) LISBA, Julio Cezar Foschini (rg Ser protagonista: Quíica São Paulo: Edições SM, 00 p 39 Quíica 4 7

8 4 (ENEM) A utilização de processos de biorreediação de resíduos gerados pela cobustão incopleta de copostos orgânicos te se tornado crescente, visando iniizar a poluição abiental Para a ocorrência de resíduos de naftaleno, alguas legislações liita sua concentração e até 30 g/kg para solo agrícola e 0,4 g/l para água subterrânea A quantificação desse resíduo foi realizada e diferentes abientes, utilizando-se aostras de 500 g de solo e 00 L de água, confore apresentado no quadro Abiente Resíduo de naftaleno (g) Solo I,0 0 Solo II,0 0 Água I 7,0 0 Água II 8,0 0 Água III 9,0 0 abiente que necessita de biorreediação é o(a) a) solo I b) solo II c) água I d) água II e) água III 5 (ENEM) U dos grandes probleas nas grandes cidades é a poluição atosférica por aterial particulado s autoóveis, ônibus e cainhões são os principais responsáveis pela poluição aos supor que ua atosfera poluída apresente 0 g/l de aterial particulado e que 0% da assa é hidrocarboneto absorvido Ua pessoa respira, e édia 9 3 de ar por dia e reté nos pulões 30% das partículas inaladas A assa de hidrocarboneto absorvida pelos pulões de ua pessoa e u dia é a) 0 g b, g c),08 0 g d) 0 3 g e) 0,8 0 3 g Dados: Mg 4,3; P 3; a),70 g b) 4,95 g c),00 g d),43 g e) 8,5 g 8 (ENEM) E toxicologia, u teste clássico é a deterinação da dose letal ediana, DL (50), que envolve a realização de ensaios nos quais cobaias são expostas a diferentes doses da substância a ser testada por u período de tepo A dose que atar etade da população testada é a DL 50 teste foi criado e 97 por J W revan e, atualente, apesar de uito utilizado, sofre alguas críticas Ua delas é a de que o teste é considerado u parâetro toxicológico fraco, já que não leva e consideração os efeitos toxicológicos crônicos, tais coo alterações de fertilidade s grupos defensores dos direitos dos aniais quere banir a deterinação da DL 50 de utilizar aniais coo cobaias Principalente porque, e alguns desses testes, os aniais orre de fora lenta e dolorosa Estão apresentadas a seguir as doses letais edianas de alguas substâncias Substância DL 50 Sacarose itaina C Aspirina Cafeína Nicotina 9,7 g/kg,9 g/kg 00 g/kg 9 g/kg 50 g/kg A substância ais tóxica, de acordo co o teste da DL 50, é a a) sacarose b) vitaina C c) aspirina d) cafeína e) nicotina A dose adequada de paracetaol para ua criança co febre é de g kg Sabendo que o paracetaol de uso pediátrico te concentração de 00 g L e que 0 gotas perfaze L, quantas gotas u pediatra receitaria para ua criança que pesa 30 kg? a) 50 gotas b gotas c0 gotas d) 0 gotas e) 8 gotas 7 fosfato de agnésio Mg 3 (P 4 ) (s) é encontrado na fora de u pó branco, denso, inodoro e insípido É utilizado coo agente polidor e crees dentais, coo antiácido, coo estabilizador para plásticos, coo aditivo e alientos e supleentos dietéticos Considerando a substância fosfato de agnésio, a assa necessária para preparar ua solução co concentração e quantidade de atéria igual a 0,5 ol L para u volue de solução de 50 L deve ser de 8 Quíica 4