Classificação das soluções quanto à solubilidade de solubilidade
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- Ivan Borba Estrela
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1 25 abr Classificação das soluções quanto à solubilidade e curvas de solubilidade 01. Resumo 02. Exercícios para aula 03. Exercícios para casa 04. Questão contexto 05. Gabarito
2 RESUMO Três são as formas que uma solução pode ser classificada em termos de solubilidade: saturada, insaturada ou supersaturada. Outros exemplos de solubilidade Açúcar (SC2H22O11): 33g/100g de H2O ou 330g/L A ideia de saturação tem relação com estar próximo do limite cabível de soluto. Lembre-se que os componentes de uma solução são nomeados como solute (partícula dispersa) e solvent (meio dispersante). SKCl: 7,4g/100g de H2O Curvas de Solubilidade Leia atentamente a unidade de solubilidade do sal NaCl para melhorar sua compreensão: 36g/100g de água (36g de NaCl em cada 100g - ~ 100ml - de água é o que a água suporta desse sal e cada sal tem um limite próprio). Qualquer quantidade de sal abaixo desse limite irá se dissolver; continuará 100% dissolvido quando a quantidade for exatamente igual ao valor da solubilidade (dizemos que a solução está saturada) e, se em condições especiais, o solvente suportar mais do que o seu valor de solubilidade para aquele sal, dizemos que a solução está supersaturada. Veja a tabela abaixo para melhor compreensão: O valor de solubilidade dos sais em água varia com o aumeto/redução da temperature. Então, em geral, dissolve-se mais em temperaturas maiores, mesmo havendo sais que se comportam de maneira inversa. Veja como varia a solubidade dos sais Pb(NO3)2, KCl, NaCl, no gráfico abaixo. 94 Repare que se a quantidade adicionada for inferior ao limite possível naquele solvente (conceito de solubilidade), a solução é classificada como insaturada (não saturou-se ainda a solução com o sal); se a quantidade dissolvida for exatamente igual ao valor de solubilidade, a solução está saturada (mesmo que tenha sido adicionado mais do que o limite e apenas o limite dissolveu) e, como supracitado, as soluções supersaturadas conseguem dissolvem mais sal do que o seu valor de solubilidade. Perceba que a solubilidade do sal de chumbo reduz até 20oC e, depois, aumenta sensivelmente com a T. O sal de sódio sofre ligeiro aumento com a grande variação de temperatura, menor em relação ao KCl. Portanto, se você precisar dissolver mais sal em alguma solução, já tem uma saída, tente encontrar como varia sua solubilidade com a T, se aumentar, aqueça a solução! Repare agora no segundo gráfico, com mais sais. Veja que o sal Ce2(SO4)3 se comporta de maneira peculiar, ele diminui com o aumento da temperatura. Perceba, ainda, que quanto mais acentuada a curva, mais sensível será a solubilidade com variações de temperatura. Ou seja, uma pequena variação provoca grande diferença na quantidade passível de ser dissolvida. Então, se você adicionar muito sale m água, já sabe que ele não se dissolverá todo, que haverá um limite, um valor de SNaCL = 36g/100g de H2O
3 Como observar se a solução está saturada, insatura ou supersaturada pelo gráfico? Saiba quanto de sal foi dissolvido; veja a temperatura da dissolução; observe no gráfico se esta quantidade está abaixo, na curva (sobre) ou acima dela. Se estiver abaixo, a solução está insaturada, se nela, saturada, e se acima dela, supersaturada. Simples dessa forma. Exemplos: 1) 10g de KClO3 em 100g de água a 50ºC: Nessa temperatura, a solubilidade desse sal (vide gráfico acima) está próxima de 20, o que significa que está quantidade adicionada torna a solução insaturada. 2) 80g de NaNO3 em 100g de H2O a 10ºC: Solução saturada porque a 10oC a solubilidade do NaNO3 é 80g/100g de H2O. 3)100g de NaNO3 em 100g de H2O a 10ºC: Solução supersaturada porque a quantidade dissolvida é maior que o valor de solubilidade. 95 EXERCÍCIOS PARA AULA! 1. A curva de solubilidade de um sal hipotético é: Se a 20 C misturarmos 20 g desse sal com 100 g de água, quando for atingido o equilíbrio, podemos afirmar que: a) 5 g do sal estarão em solução. b) 15 g do sal será corpo de fundo (precipitado). c) o sal não será solubilizado. d) todo o sal estará em solução. e) 5 g do sal será corpo de fundo (precipitado).
4 2. Dados: solubilidade do BaSO = 1,0 x 10-5 mol.l -1 solubilidade do CaSO = 5,0 x 10-3 mol.l -1 solubilidade do MgCO = 1,0 x 10-3 mol.l -1 solubilidade do Mg(OH) = 5,0 x 10-4 mol.l -1 solubilidade do NaC = 6,5mol.L -1 Foram realizados 4 experimentos independentes, sendo misturados volumes iguais de soluções aquosas dos compostos indicados nas concentrações especificadas a seguir. Experimento 1: BaCl2(aq): 1,0x10-3 mol.l -1 e Na2SO4(aq): 1,0x10-3 mol.l -1 Experimento 2: CaCl2(aq): 6,0x10-3 mol.l -1 e Na2SO4(aq): 1,0x10-2 mol.l -1 Experimento 3: MgCl2(aq): 1,0x10-2 mol.l -1 e Na2CO3(aq): 1,0x10-3 mol.l -1 Experimento 4: MgCl2(aq) 8,0x10-4 mol.l -1 e NaOH(aq) 1,0x10-4 mol.l -1 Houve formação de precipitado 3. a) somente nos experimentos 1 e 3. b) somente nos experimentos 2 e 4. c) somente nos experimentos 1 e 4. d) somente nos experimentos 1, 2 e 3. e) em todos os experimentos A figura abaixo mostra a solubilidade do gás ozônio em água em função da temperatura. Esses dados são válidos para uma pressão parcial de 3.000Pa do gás em contato com a água. A solubilização em água, nesse caso, pode ser representada pela equação: 96 ozônio(g) + H2O(l) ozônio(aq) a) Esboce, na figura apresentada abaixo, um possível gráfico de solubilidade do ozônio, considerando, agora, uma pressão parcial igual a 5.000Pa. Justifique. b) Considerando que o comportamento da dissolução, apresentado na figura abaixo, seja válido para outros valores de temperatura, determine a que temperatura a solubilidade do gás ozônio em água seria nula. Mostre como obteve o resultado
5 4. A solubilidade do oxalato de cálcio a 20 C é de 33,0g por 100 g de água. Qual a massa, em gramas, de CaC2O4 depositada no fundo do recipiente quando 100g de CaC2O4(s) são adicionados em 200g de água a 20 C? 5. Industrialmente, o clorato de sódio é produzido pela eletrólise da salmoura* aquecida, em uma cuba eletrolítica, de tal maneira que o cloro formado no anodo se misture e reaja com o hidróxido de sódio formado no catodo. A solução resultante contém cloreto de sódio e clorato de sódio. 2NaCl(aq) + 2H2O(l) Cl2(g) + 2NaOH(aq) + H2(g) 3Cl2(g) + 6NaOH(aq) 5NaCl(aq) + NaClO3(aq) + 3H2O(l) * salmoura = solução aquosa saturada de cloreto de sódio Ao final de uma eletrólise de salmoura, retiraram-se da cuba eletrolítica, a 90 C, 310g de solução aquosa saturada tanto de cloreto de sódio quanto de clorato de sódio. Essa amostra foi resfriada a 25 C, ocorrendo a separação de material sólido. 6. a) Quais as massas de cloreto de sódio e de clorato de sódio presentes nos 310 g da amostra retirada a 90 C? Explique. b) No sólido formado pelo resfriamento da amostra a 25 C, qual o grau de pureza (% em massa) do composto presente em maior quantidade? c) A dissolução, em água, do clorato de sódio libera ou absorve calor? Explique. A curva do gráfico a seguir mostra a solubilidade de um certo soluto em água. 97 Responda às perguntas a seguir, justificando sua resposta. a) Qual ou quais dos pontos do gráfico representam uma solução saturada homogênea? b) Indique em que pontos do gráfico existem soluções saturadas heterogêneas. c) Através do conceito de solução insaturada, aponte no gráfico o(s) ponto(s) onde esta situação ocorre. d) Que procedimentos podem ser utilizados para precipitar (cristalizar) parte do soluto da solução D, sem alterar as quantidades do solvente e do soluto da referida solução?
6 EXERCÍCIOS PARA CASA! 1. A lactose, principal açúcar do leite da maioria dos mamíferos, pode ser obtida a partir do leite de vaca por uma seqüência de processos. A fase final envolve a purificação por recristalização em água. Suponha que, para esta purificação, 100kg de lactose foram tratados com 100L de água, a 80 C, agitados e filtrados a esta temperatura. O filtrado foi resfriado a 10 C. Solubilidade da lactose, em kg/100l de H2O: a 80 C: 95; a 10 C: 15. A massa máxima de lactose, em kg, que deve cristalizar com este procedimento é, aproximadamente, a) 5 b) 15 c) 80 d) 85 e) Considere o seguinte gráfico referente ao coeficiente de solubilidade de KNO3 em água em função da temperatura: 98 Coeficiente de solubilidade de KNO3 em água em função da temperature Ao adicionar, num recipiente, 40 g de nitrato de potássio em 50 g de água à temperatura de 40 ºC, pode-se afirmar: a) Apenas parte do sólido se dissolverá, permanecendo aproximadamente 20 g no fundo do recipiente. b) Apenas parte do sólido se dissolverá, permanecendo aproximadamente 10 g no fundo do recipiente. c) Tem-se uma solução insaturada. d) O resfriamento dessa solução não variará a quantidade de sólido dissolvido. e) O aquecimento dessa solução, num sistema aberto, não modificará a quantidade de nitrato de potássio dissolvido.
7 3. Os frascos a seguir contêm soluções saturadas de cloreto de potássio (KCl) em duas temperaturas diferentes. Na elaboração das soluções foram adicionados, em cada frasco, 400 ml de água e 200 g de KCl. O diagrama representa a solubilidade do KCl em água, em gramas de soluto/100ml de H2O, em diferentes temperaturas. 4. a) Determine a temperatura da solução do frasco I. b) Sabendo que a temperatura do frasco II é de 20 C, calcule a quantidade de sal (KCl) depositado no fundo do frasco. Seis soluções aquosas de nitrato de sódio, NaNO3, numeradas de I a VI, foram preparadas, em diferentes temperaturas, dissolvendo-se diferentes massas de NaNO3 em 100g de água. Em alguns casos, o NaNO3 não se dissolveu completamente. Este gráfico representa a curva de solubilidade de NaNO3, em função da temperatura, e seis pontos, que correspondem aos sistemas preparados: 99 Indique os sistemas onde há precipitado e os que formam soluções insaturadas.
8 5. Uma solução saturada de NH4Cl foi preparada a 80 C utilizando-se 200 g de água. Posteriormente, esta solução sofre um resfriamento sob agitação até atingir 40 C. Determine a massa de sal depositada neste processo. A solubilidade do NH4Cl varia com a temperatura, conforme mostrado no gráfico abaixo. 6. A tabela a seguir mostra a solubilidade de vários sais, a temperatura ambiente, em g/100ml: 100 Se 25mL de uma solução saturada de um destes sais foram completamente evaporados, e o resíduo sólido pesou 13g, o sal é: a) AgNO3 b) Al2(SO4)3 c) NaCl d) KNO3 e) KBr
9 QUESTÃO CONTEXTO! Imagine uma situação onde você deverá descartar uma solução aquosa de KNO3 contendo 20g de corpo de fundo deste sal. Porém, o recipiente destinado ao descarte não poderá receber qualquer sólido sob o risco de afetar o meio ambiente no ato de descartar. Sabendo que a solução inicial está a 20oC, analise o gráfico acima e traga uma solução para o problema. 101
10 GABARITO 01. Exercícios para aula! 1. e 2. a 3. a) 02. Exercícios para casa! 1. c 2. a 3. a) 80 C. b) 80 gramas. 4. I e III há formação de precipitado / V e VI - insaturadas 5. A massa de sal depositada neste processo é 40 g. 6. d A curva para a pressão de 5.000Pa está acima daquela para a pressão de 3.000Pa, pois um aumento da pressão faz aumentar a solubilidade do gás na água. b) Tomando-se um segmento linear da curva, teremos: y1 = a x1 + b e y2 = a x2 + b. Tomando-se, por exemplo, os pares (5;22 e 15;16), teremos: a = (y2 y1) / (x2 x1) a = (22-16) / (5 15) = a = - 0,60 b = y 1 a x1 b = 22 (-0,60 x 5) = 25,0 Assim, a solubilidade será zero para t = 41,7 C (-0,60 x t + 25,0) 4. A massa, em gramas, de CaC2O4 depositada no fundo do recipiente é de 34 g. 5. a) Pelo gráfico em 100 g de água a 90 C, temos: NaClO3: 170 g NaCl: 40 g m(total) = 100 g g + 40 g = 310 g. 03. Questão contexto Aumenta-se a temperature para 40oC. O sal que está como corpo de fundo se dissolverá e não haverá mais sólidos não dissolvidos em solução. 102 b) Pelo gráfico em 100g de água a 25 C, temos: Na- ClO3: 102g NaCl: 38 g Logo, cristalizam: 170g - 102g = 68 g de NaClO3 40 g - 38 g = 2g de NaCl. Massa total cristalizada = 68g + 2g = 70 g. 70 g 100 % 68 g p p = 97,1 % de pureza de NaClO3. 6. a) A solução D, pois nesta solução a quantidade de soluto dissolvida é igual a sua solubilidade. b) Nos pontos A e C, pois nestas soluções a quantidade de soluto está acima da solubilidade. c) As soluções insaturadas possuem uma quantidade de soluto inferior à solubilidade na temperatura analisada. O ponto B corresponde a esta situação. d) Verifica-se pelo gráfico que o soluto tem dissolução endotérmica (com absorção de energia), pois sua solubilidade aumenta com a elevação da temperatura. Reduzindo a temperatura podemos cristalizar parte do soluto da solução D.
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