Soluções UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO UFRJ INSTITUTO DE QUÍMICA IQG127. Prof. Antonio Guerra

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO UFRJ INSTITUTO DE QUÍMICA IQG127 Prof. Antonio Guerra Soluções Departamento de Química Geral e Inorgânica - DQI

2 Soluções Definição: Mistura Homogênea de duas ou mais substâncias. Soluto x Solvente Tipos: Solução saturada máximo soluto/quantidade solvente. Solução insaturada abaixo do ponto de saturação. Solução supersaturada acima do ponto de saturação. Precipitação Cristalização Solução Saturada FONTE: Brown, T.L., LeMay, H.E. e Bursten, B.E., Química Ciência Central, Trad. Matos, R. M.,9ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, p. 2

3 Soluções Tipos: FONTE: Brown, T.L., LeMay, H.E. e Bursten, B.E., Química Ciência Central, Trad. Matos, R. M.,9ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, p. 3

4 Processo de Dissolução Dispersão uniforme de uma substância em outra! Misturas Gasosas seguem a Lei dos Gases Misturas Líquidas Fase Condensada Misturas Sólidas Forças Intermoleculares Íon-Dipolo íon + moléculas polares neutras (NaCl + H 2 O) Dispersão moléculas apolares neutras (C 6 H 14 + CCl 4 ) Dipolo-Dipolo moléculas polares neutras (H 3 COH + H 2 O) Ligação de Hidrogênio moléculas polares neutras (H F; H O; H N). 4

5 Processo de Dissolução Tipos de Interação: Interação solvente-solvente Interação soluto-soluto Interação solvente-soluto 5

6 Energia Energia Processo de Dissolução Partículas do solvente separadas + Partículas do soluto separadas Partículas do solvente separadas + Partículas do soluto separadas DH 2 DH 2 Solvente + Partículas do soluto separadas Solvente + Partículas do soluto separadas DH 3 DH 3 DH 1 DH 1 Solvente + Soluto Processo Endotérmico Solução DH Sol DH Sol Processo Exotérmico Solução Solvente + Soluto FONTE: Brown, T.L., LeMay, H.E. e Bursten, B.E., Química Ciência Central, Trad. Matos, R. M.,9ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, p. DH Sol = DH 1 + DH 2 + DH 3 6

7 Processo de Dissolução Energias do Processo: A quebra das interações é sempre endotérmica. DH 1 >0 e DH 2 >0 A formação de novas interações é sempre exotérmica. DH 3 <0 DH Sol pode ser positivo ou negativo DH 3 > (DH 1 + DH 2 ) Processo Exotérmico MgSO 4 (s) + H 2 O(l) Mg 2+ (aq) + SO 4 2 (aq) DH dissolução = 91,2 kj/mol DH 3 < (DH 1 + DH 2 ) Processo Endotérmico NH 4 NO 3 (s) + H 2 O(l) NH 4+ (aq) + NO 3 (aq) DH dissolução = +26,4 kj/mol DH Sol = DH 1 + DH 2 + DH 3 7

8 Espontaneidade e Desordem Fatores Termodinâmicos: Variação de Entalpia (DH) mede a energia do sistema Variação de Entropia (DS) mede a desordem do sistema Processos exotérmicos tendem a ser espontâneos Processos endotérmicos dependem da entropia FONTE: Brown, T.L., LeMay, H.E. e Bursten, B.E., Química Ciência Central, Trad. Matos, R. M.,9ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, p. 8

9 A Água como Solvente Dissolvendo substâncias iônicas: Interação íon-dipolo Solvatação hidratação Alta constante dielétrica (D = 78,54) FONTE: Brown, T.L., LeMay, H.E. e Bursten, B.E., Química Ciência Central, Trad. Matos, R. M.,9ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, p. 9

10 A Água como Solvente Dissolvendo substâncias covalentes: Interação dipolo-dipolo Ligação de hidrogênio Água Metanol Ligações de Hidrogênio Metanol Água 10

11 Unidades de Concentração Concentração Simples (g/l) C = massa de soluto volume de solução Porcentagem em Massa (%m/m) %m/m = massa de soluto massa de solução x

12 Unidades de Concentração Concentração Molar Molaridade (mol/l) M = moles de soluto litros de solução Concentração Molal Molalidade (mol/kg) m = moles de soluto massa de solução (kg) 12

13 Unidades de Concentração Expressando Concentração FONTE: Brown, T.L., LeMay, H.E. e Bursten, B.E., Química Ciência Central, Trad. Matos, R. M.,9ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, p. 13

14 Solubilidade e Temperatura Solubilidade dos Sólidos: Regra geral a solubilidade aumenta com a temperatura Não há correlação entre DH Sol e Solubilidade x Temperatura FONTE: Brown, T.L., LeMay, H.E. e Bursten, B.E., Química Ciência Central, Trad. Matos, R. M.,9ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, p. 14

15 Solubilidade e Temperatura Cristalização Fracionada Separação de uma mistura homogênea em função da diferença de solubilidade entre seus componentes 90 g KNO g NaCl 1. Dissolver a mistura em 100 ml de água a 60 0 C 2. Resfriar a solução a 0 0 C 3. Todo NaCl permanecerá em solução (s = 34,2g/100g) g de KNO 3 puro precipitará (s = 12,1 g/100g). 90 g 12,1 g = 77,9 g FONTE: Chang, R. Química Geral, Trad. Rebelo, M.J.F., et.all., 4ed. São Paulo: McGrawn-Hill, p. 15

16 Solubilidade e Temperatura Solubilidade dos Gases: Regra geral a solubilidade diminui com a temperatura FONTE: Brown, T.L., LeMay, H.E. e Bursten, B.E., Química Ciência Central, Trad. Matos, R. M.,9ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, p. 16

17 Solubilidade e Pressão Solubilidade dos Gases Lei de Henry Não há efeito considerável sobre sólidos e líquidos Altera o equilíbrio Gás dissolvido Gás Livre Solubilidade do gás (mol/l) S kp g g Pressão Parcial do gás (atm) Constante (mol/l.atm) FONTE: Brown, T.L., LeMay, H.E. e Bursten, B.E., Química Ciência Central, Trad. Matos, R. M.,9ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, p. 17

18 Propriedades Coligativas Conceito: Algumas propriedades físicas das soluções diferem das dos solventes puros. Dependem apenas do número de partículas do soluto em solução. Independe da natureza das partículas. Pressão de Vapor: Pressão de equilíbrio Líquido Vapor FONTE: Brown, T.L., LeMay, H.E. e Bursten, B.E., Química Ciência Central, Trad. Matos, R. M.,9ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, p. 18

19 Propriedades Coligativas Abaixamento da Pressão de Vapor Lei de Raoult FONTE: Brown, T.L., LeMay, H.E. e Bursten, B.E., Química Ciência Central, Trad. Matos, R. M.,9ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, p. Pressão de vapor do solvente puro P A Pressão parcial do solvente na solução Χ A P A Fração molar do solvente 19

20 Propriedades Coligativas Soluções Ideais Obedece à Lei de Raoult! Solução Ideal 0 P A = X A P A 0 P B = X B P B P T = P A + P B Força A-B Força A-A = = DH Sol = 0 Força B-B FONTE: Atkins, P. e Jones, L., Princípios de Química. Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente. Trad. Ignez Caracelli, et. al. Porto Alegre: Bookman, p. 20

21 Propriedades Coligativas Soluções Não-Ideais P T > Lei Raoult Processo Endotérmico P T < Lei Raoult Processo Exotérmico DH Sol > 0 DH Sol < 0 Força A-B Força A-A < & Força B-B Força A-B Força A-A > & Força B-B FONTE: Chang, R. Química Geral, Trad. Rebelo, M.J.F., et.all., 4ed. São Paulo: McGrawn-Hill, p. 21

22 Propriedades Coligativas Destilação Maior concentração do componente mais volátil da mistura no vapor. PE < C a 1 atm Impurezas não-voláteis PE 1 PE 2 > 25 0 C Líquidos miscíveis PE 1 PE 2 < 25 0 C Destilação Simples FONTE: Destilação Fracionada 22

23 Propriedades Coligativas Abaixamento da Pressão de Vapor Um soluto não-volátil abaixa a pressão de vapor. FONTE: Brown, T.L., LeMay, H.E. e Bursten, B.E., Química Ciência Central, Trad. Matos, R. M.,9ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, p. 23

24 Propriedades Coligativas Elevação do Ponto de Ebulição Menor pressão de vapor, mais energia para alcançar 1 atm! Aumento do Ponto de Ebulição Molalidade ΔT e T e T 0 e ΔT e K m e Constante molar Abaixamento do Ponto de Congelamento Menor pressão de vapor, menor o ponto triplo! Abaixamento do Ponto de Congelamento Molalidade ΔT C T 0 C T C ΔT C K C m Constante molar 24

25 Propriedades Coligativas Osmose Deslocamento de solvente - Concentração Concentração Membranas semipermeáveis passagem seletiva! Membrana Semipermeável Pressão Osmótica ( ) Moléculas de Soluto Moléculas de Solvente FONTE: Chang, R. Química Geral, Trad. Rebelo, M.J.F., et.all., 4ed. São Paulo: McGrawn-Hill, p. 25

26 Propriedades Coligativas Pressão Osmótica ( ) Pressão necessária para previnir a osmose. Obedece uma lei similar à lei do gás ideal (PV=nRT) Solução Isotônica A = B onde ([A] = [B]) Solução Hipotônica A < B onde ([A] < [B]) Solução Hipetônica A > B onde ([A] > [B]) πv nrt Derivação da Lei dos Gases Pressão osmótica π n V RT Temperatura (K) π MRT Molaridade (mol/l) C te gases (0,0821 L.atm/K.mol)) 26

27 Propriedades Coligativas Pressão Osmótica ( ) Exercícios Crenação Hemólise FONTE: Brown, T.L., LeMay, H.E. e Bursten, B.E., Química Ciência Central, Trad. Matos, R. M.,9ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, p. Determine a concentração de uma solução de glicose (C 6 H 12 O 6 ) que será isotônica com o sangue. ( sangue = 7,7 atm a 25 0 C) (Resposta: 0,31 mol/l) 27

28 Propriedades Coligativas Soluções Contendo Não-Eletrólitos As propriedades coligativas dependem apenas do número de partículas em solução e não da natureza do soluto! Abaixamento da Pressão de Vapor: P 1 = X 1 P 1 0 Elevação do Ponto de ebulição: DT b = K b m Abaixamento do Ponto de Congelamento: DT f = K f m Pressão Osmótica: = MRT 28

29 Propriedades Coligativas Soluções Contendo Eletrólitos As propriedades coligativas dependem apenas do número de partículas em solução e não da natureza do soluto! Abaixamento da Pressão de Vapor: P 1 = X 1 P 1 0 Elevação do Ponto de ebulição: DT b = ik b m Abaixamento do Ponto de Congelamento: DT f = ik f m Pressão Osmótica: = imrt Não-eletrólito i = 1 Fator de van t Hoff (i): NaCl i = 2 MgCl 2 i = 3 i = número de partículas dissociadas/fórmula unitária 29

30 Propriedades Coligativas Grau de Dissociação de Eletrólitos Altas concentrações i menores. Formação de pares iônicos: Cátions e ânions unidos por forças eletrostáticas! *Nâo-eletrólito FONTE: Chang, R. Química Geral, Trad. Rebelo, M.J.F., et.all., 4ed. São Paulo: McGrawn-Hill, p. A pressão osmótica de uma solução 0,010 M de KI a 25 0 C é 0,465 atm. Determine o fator de van t Hoff dessa solução. (R = 0,0821 L.atm/K.mol) (Resposta: 0,31 mol/l) = imrt 30

31 Colóides Tamanho das Partículas Thomas Graham ( ) Solução partículas < 1 nm (10 9 m) Suspensão partículas > 1 μm (10 6 m) Colóides 1 nm < partículas < 1 μm FONTE: Brown, T.L., LeMay, H.E. e Bursten, B.E., Química Ciência Central, Trad. Matos, R. M.,9ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, p. 31

32 Colóides Características: Movimento Browniano Robert Brown ( ) Movimento aleatório das partículas dispersas, causado pela colisão das moléculas do solvente! Efeito Tyndall Espalhamento de luz pelas partículas coloidais! Hidrofílicos (ligações C O, O H, N H ou carregados) Apresentam afinidade pela água! Hidrofóbicos Não apresentam afinidade pela água! FONTE: Brown, T.L., LeMay, H.E. e Bursten, B.E., Química Ciência Central, Trad. Matos, R. M.,9ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, p. 32

33 Colóides Estabilização de um Colóide Hidrofóbico: Adsorção de íons aderir à superfície! Os íons interagem com a água. A repulsão entre íons de mesma carga evita a agregação das partículas. FONTE: Brown, T.L., LeMay, H.E. e Bursten, B.E., Química Ciência Central, Trad. Matos, R. M.,9ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, p. 33

34 Colóides Estabilização de um Colóide Hidrofóbico: Presença de grupos hidrofílicos na superfície. FONTE: Brown, T.L., LeMay, H.E. e Bursten, B.E., Química Ciência Central, Trad. Matos, R. M.,9ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, p. 34

35 Colóides Ação de Limpeza Sabões de detergentes são agentes emulsificantes! Tensoativos ou surfactantes. Diminui a tensão superficial da água. Detergente Água Água Água Gordura Miscela FONTE: Chang, R. Química Geral, Trad. Rebelo, M.J.F., et.all., 4ed. São Paulo: McGrawn-Hill, p. 35

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