Figura 1 Substâncias químicas Fonte: Manual da química

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1 SUBSTÂNCIAS PURAS E MISTURAS PROPRIEDADES Figura 1 Substâncias químicas Fonte: Manual da química CONTEÚDOS Temperatura de fusão e ebulição Solubilidade Tipos de soluções Mistura homogênea e heterogênea AMPLIANDO SEUS CONHECIMENTOS Nos materiais, nos alimentos, nas roupas, nos combustíveis que usamos todos os dias, as substâncias químicas não se encontram na forma pura. Nem mesmo a água que bebemos, é pura! A água potável, própria para consumo, apresenta alguns sais minerais dissolvidos, não podemos beber a água pura. Na medicina e na indústria, por exemplo, o uso de água pura é muito comum e, em muitos casos, imprescindível... mas, no dia a dia, dificilmente usamos substâncias na forma pura. As substâncias puras apresentam propriedades definidas, como por exemplo, a temperatura de fusão e temperatura de ebulição.

2 Diagramas de mudança de estado físico Para as substâncias puras, o que determina o estado físico ou a mudança de um estado para o outro é a sua temperatura de fusão e a de ebulição. O gráfico a seguir representa a curva de aquecimento da água: Figura 2 Curva de aquecimento da água Fonte Química na abordagem do cotidiano As curvas ou diagramas de aquecimento das substâncias apresentam sempre esse aspecto crescente. Se iniciarmos o aquecimento de uma substância no estado sólido, até a evaporação completa da substância no estado líquido, é possível observar-se dois patamares que representam as mudanças de estados físicos dessa substância. É possível determinar o estado físico das substâncias em qualquer temperatura, a partir dos valores da temperatura ou ponto de fusão e de ebulição. Por exemplo, podemos encontrar a água nos três estados físicos, mas por que a água encontra-se no estado líquido nas condições ambiente? Primeira coisa que se deve pensar: qual é a temperatura ambiente? Isso pode variar um pouco de cada região e local, mas é, mais ou menos, 25 C.

3 Considerando que a água se transforma completamente do estado sólido para o líquido a 0 C (temperatura de fusão) e evapora à 100 C (temperatura de ebulição é 100 C), a 25 C a água encontra-se no estado líquido. Figura 3 Estados físicos da água Fonte Fundação Bradesco Neste intervalo, entre a temperatura de fusão e de ebulição, entre 0 C e 100 C a água, predominantemente, será encontrada no estado líquido. Figura 4 Estados físicos da água Fonte Fundação Bradesco Aplicando o mesmo raciocínio, temos que em qualquer temperatura menor que 0 C, o estado físico da água é sólido e, em qualquer temperatura acima de 100 C, a água será encontrada no estado gasoso. Segue uma regra aplicável para qualquer situação, desde que se tenha conhecimento dos valores da temperatura de fusão (TF) e temperatura de ebulição (TE).

4 Figura 5 Determinação do estado físico Fonte: Fundação Bradesco Dica: os valores de TF e TE das substâncias puras são tabeladas, não é preciso memorizar. Ebulição Fornecendo-se calor a um líquido, é possível observar o seu aquecimento e um aumento da vaporização na superfície. Continuando o aquecimento, inicia-se a formação de vapores do líquido. O vapor que se forma dentro do líquido estão aprisionados em bolhas, que sobem para a superfície e saem, provocando nele um movimento grande e um barulho característico, da bolha estourando. Isso acontece quando a pressão externa se torna igual à pressão do vapor que sai do líquido. Ebulição é um fenômeno em que a evaporação ocorre não só na superfície do líquido, mas também dentro dele. Quando a pressão atmosférica é igual a 1atm, a água entra em ebulição a 100 C. Dizemos que a temperatura de ebulição da água é 100 C a 1 atmosfera de pressão. Soluções Outra propriedade das substâncias que varia com a temperatura é a solubilidade. Quando uma substância se dissolve em outra, forma-se uma mistura homogênea ou uma solução.

5 A solubilidade, por definição, é a propriedade da substância de se dissolver em outra, e é expressa pela massa máxima de soluto em determinada massa de solvente, a uma determinada temperatura. Quando se prepara uma solução com a dissolução dessa quantidade máxima, dizemos que a solução é saturada. Por exemplo, a solubilidade do cloreto de sódio é 36 g/100 g de água, a 20 C. Ao misturar 36 g de cloreto de sódio em 100 g de água, a 20 C, todo o sal irá se dissolver e a solução que se forma, chama-se solução saturada. Figura 6 Dissolução do cloreto de sódio Fonte: Blog Química Geral Ao preparar uma solução com menos de 36 g de cloreto de sódio, em 100 g de água, a solução que se forma é denominada solução insaturada. Na solução insaturada, ainda é possível dissolver mais soluto, até atingir a solubilidade da substância. O que você acha que vai acontecer se forem adicionados 50 g de cloreto de sódio, em 100 g de água, a 20 C? Essa massa é maior que a solubilidade, isso quer dizer que 36 g de sal irão se dissolver e o restante dos 14 g não se dissolverão. A mistura final que se forma, chamamos de solução saturada com corpo de fundo ou corpo de chão.

6 Figura 7 Solubilidade e saturação Fonte: Mundo educação Atenção: Nesse caso não é um precipitado que se formou. Precipitado é um produto insolúvel de uma reação química. A dissolução de uma substância em outra para a formação de uma mistura, não é uma reação química. O corpo de chão é parte do soluto que não se dissolveu, mantendo-se na mistura. Veja outro exemplo, a solubilidade do nitrato de potássio, de fórmula KNO 3, é 31,6 g de sal em 100 g de água, a 20 C. Figura 8 Classificação das soluções Fonte: Objetivo

7 A solubilidade da maioria das substâncias aumenta com o aumento da temperatura. Conhecer a solubilidade das substâncias, em diferentes solventes, é importante na preparação de soluções, principalmente, na indústria. As reações químicas são controladas atentando-se às misturas de substâncias, à temperatura e à pressão. ATIVIDADES 1. Leia a tabela abaixo. Substância TF (1 atm) TE (1atm) A C - 45 C B - 35 C 30 C C 10 C 120 C D - 60 C 15 C E 70 C 320 C Qual o estado físico de cada substância: a) nas condições ambiente (25 C, 1 atm)? Substância Estado físico A B C D E b) em um dia frio cuja temperatura é de 5 C? Substância Estado físico A B C D E

8 c) em um dia quente cuja temperatura é de 35 C? Substância Estado físico A B C D E 2. (Mackenzie) As fases de agregação para as substâncias a seguir, quando expostas a uma temperatura de 30 C, são, respectivamente: Materiais Ponto de fusão ( C) (1 atm) Ponto de ebulição ( C) (1 atm) Mercúrio - 38,87 356,9 Amônia - 77,7-33,4 Benzeno 5,5 80,1 Naftaleno 80,0 217,0 a) sólido, líquido, gasoso e líquido. b) líquido, sólido, líquido e gasoso. c) líquido, gasoso, líquido e sólido. d) gasoso, líquido, gasoso e sólido. e) sólido, gasoso, líquido e gasoso. 3. (Vunesp) O naftaleno, comercialmente conhecido como naftalina, empregado para evitar baratas em roupas, funde em temperaturas superiores a 80 C. Sabe-se que bolinhas de naftalina, à temperatura ambiente, têm suas massas constantemente diminuídas, terminando por desaparecer sem deixar resíduo. Essa observação pode ser explicada pelo fenômeno da a) fusão. b) sublimação. c) solidificação. d) liquefação. e) ebulição.

9 4. Observe os gráficos que apresentam as mudanças de estado físico da substância chumbo quando submetida a aquecimento (I) e resfriamento (II) I. Indique durante o aquecimento: a) A temperatura de fusão (TE). b) A temperatura de ebulição (TF). c) O estado físico aos 5 minutos. d) O estado físico aos 15 minutos. e) O estado físico aos 30 minutos. f) O estado físico aos 40 minutos. g) O estado físico aos 55 minutos. II. Indique durante o resfriamento: a) A temperatura de liquefação. b) A temperatura de solidificação. c) O estado físico aos 20 minutos. d) O estado físico aos 30 minutos. e) O estado físico aos 45 minutos.

10 5. Uma solução é uma mistura homogênea de um soluto em um(a) a) coloide. b) gás inerte. c) solvente. d) sólido. e) líquido. 6. A habilidade de um composto de se dissolver em outro é chamada de a) vaporização. b) osmose. c) condensação. d) tensão superficial. e) solubilidade. 7. a 20 C, a solubilidade da glicose (açúcar) é 47 g/100 g de água. Com essa informação e considerando essa temperatura, responda: a) O que significa afirmar que a solubilidade da glicose é 47 g/100 g de água, a 20 C? b) Em um recipiente com 500 g de água, qual é a quantidade máxima de glicose possível de ser solubilizada? c) Qual é a massa de água, em litros, necessária para dissolver 94 g de glicose?

11 d) Se forem adicionados 60 g de glicose em 100 g de água, o que irá acontecer? e) Que tipo de solução se formou na situação do item anterior? f) Ao se adicionar 300 g de glicose em 300 ml de água, todo açúcar vai se dissolver? g) Para esse soluto, em que situação formará uma solução insaturada? LEITURA COMPLEMENTAR O texto a seguir foi extraído do site de Reiko Isuyama & Associados e aborda, de forma descontraída, a solubilidade de gases em líquidos.

12 Reação do Lago Nyos Imagine um lago de refrigerantes com 200 metros de profundidade só para você! Parece uma ideia fantástica, não é? Agora, imagine a explosão de espuma e gás que um terremoto causaria nesse lago. Por mais maluca que pareça a ideia, foi um acidente parecido com esse que matou mais de pessoas, em agosto de 1986, na África. Essas pessoas foram asfixiadas por uma nuvem de gás que saiu do Lago Nyos, na República dos Camarões. A nuvem que saiu do lago era de gás carbônico, o mesmo gás que borbulha nos refrigerantes e na cerveja. O gás carbônico não é tóxico, mas quando a concentração no ar passa de 10%, nós morremos asfixiados, porque falta oxigênio. Como o Lago Nyos está na cratera de um vulcão, o gás carbônico que sai da lava vulcânica se dissolve na água do lago. As camadas mais profundas são de águas frias e têm muito gás dissolvido; nas camadas superiores, onde a temperatura é mais alta, têm menos gás dissolvido. Lembre-se que a solubilidade de um gás diminui com o aumento da temperatura. Dissolvendo gases em líquidos A solubilidade de um gás na água varia. Alguns dissolvem-se mais que outros. Mas a solubilidade de qualquer gás diminui quando aumenta a temperatura. E a pressão? Você sabe como a pressão influi na solubilidade de um gás? Tente explicar por que o refrigerante perde o gás se largarmos a garrafa aberta. O segredo está no chiado que você escuta ao abrir a garrafa. Aquele barulho indica que a pressão do gás dentro da garrafa é alta. Com a alta pressão, o gás fica dissolvido no líquido. Quando abrimos a garrafa, a pressão diminui e por isso o gás escapa. Mas vamos voltar ao Lago Nyos. Quando algo perturba o equilíbrio, a água fria que estava embaixo vai para cima. Aí, é como se abrisse uma garrafa de champanhe. BUM! Lembre-se que a água mais fria tinha mais gás dissolvido, porque estava a uma temperatura mais baixa e a pressão era mais alta. (Essa da pressão mais alta é para você pensar. Por quê? Vou dar só uma dica: a água estava lá embaixo).

13 Depois que o borbulhamento do Lago Nyos terminou, o seu nível estava um metro mais baixo. E as suas águas ficaram tingidas de vermelho, por causa do hidróxido de ferro que estava no fundo do lago. Mas, um mês depois, o lago estava tranquilo de novo e as aldeias vizinhas totalmente desertas. A concentração do dióxido de carbono no lago continuou subindo, aumentando os riscos de outra erupção, que poderia ser pior, porque a represa estava em processo de erosão e, se arrebentasse, a inundação poderia atingir a Nigéria. Infelizmente, os cientistas não conseguem prever quando a champanhe, quer dizer, o Lago Nyos irá estourar de novo. Então, foi criado um método para retirar uma parte do gás que se acumula no fundo. Uma bomba de água simula uma erupção no fundo do lago e parte do gás acumulado sobe por um tubo. Assim, previne-se outra erupção repentina. Aposto que agora você não está mais achando um lago de refrigerante particular tão fantástico, não é? E agora, que tal procurar a República de Camarões e a Nigéria num mapa? Jorge Andrey W. Gut, Eng. Química da USP INDICAÇÕES Acesse os links a seguir para saber mais a respeito de solubilidade e soluções. Bons estudos! Água: substância interessante Solubilidade e saturação Princípios de solubilidade Solubilidade

14 REFERÊNCIAS MUNDO EDUCAÇÃO. Solubilidade e saturação. Disponível em: < Acesso em: 18 jan h35. OBJETIVO. Soluções. Disponível em: < Acesso em: 18 jan h20. PERUZZO Francisco Miragaia; CANTO Eduardo Leite do. Química na abordagem o cotidiano. Volume único, 3ª edição, São Paulo: Moderna, REIKO ISUYAMA & ASSOCADOS. Reação do lago Nyos. Disponível em: < Acesso em: 28 jan h25min. QUÍMICA GERAL. Dissolução do cloreto de sódio. Disponível em: < Acesso em: 18 jan h35min. USBERCO João; SALVADOR Edgar. Conecte química. Volume único, 1ª edição, São Paulo: Saraiva, GABARITO 1. Estado físico de cada substância nas três situações: a) nas condições ambiente (25 C, 1 atm)? Substância Estado físico A Gasoso B Líquido C Líquido D Gasoso E Sólido

15 b) em um dia frio cuja temperatura é de 5 C? Substância Estado físico A Gasoso B Líquido C Sólido D Líquido E Gasoso c) em um dia quente cuja temperatura é de 35 C? Substância Estado físico A Gasoso B Gasoso C Líquido D Gasoso E Sólido 2. Alternativa C. 3. Alternativa D. 4. I. Durante o aquecimento: a) 328 C b) 1620 C c) Sólido d) Sólido e líquido e) Líquido f) Líquido e gasoso g) Gasoso II. Durante o resfriamento: a) 1620 C b) 328 C c) Gasoso e líquido d) Líquido e) Líquido e sólido 5. Alternativa C.

16 6. Alternativa E. 7. a) Isso quer dizer que, a 20 C, é possível dissolver 47 g de glicose em 100 g de água. b) 235 g. Sabe-se que 47 g de glicose são solúveis em 100 g de água, 500 g é o quíntuplo de 100 g, assim é possível dissolver 5X a massa de glicose, logo, 5 x 47 = 235 g. Ou ainda: c) 200 g. Seguindo o mesmo raciocínio do item anterior, temos que 94 g é o dobro de 47 g, assim é necessário o dobro da massa de água, que é 200 g. d) Como a solubilidade da glicose é 47 g/100 g de água, nesse caso, 47 g serão dissolvidos na água e 13 g não se dissolverão. e) Solução saturada com corpo de fundo. f) 141 g solubilizarão e 159 g ficarão no fundo do recipiente na forma de corpo de chão ou corpo de fundo. g) Formará uma solução insaturada quando dissolver uma massa de glicose menor que sua solubilidade em água, a 20 C, ou seja, quando forem dissolvidos menos de 47 g a cada 100 g de água.