Solubilidade & Unidades de Concentração

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1 Solubilidade & Unidades de Concentração

2 Introdução Como se formam as soluções? Qual é o mecanismo de dissolução? Para responder essas questões devemos estudar as alterações estruturais que ocorrem durante o processo de dissolução

3 O mecanismo de dissolução Na + Cl - Na + Cl - Remoção Cl - Na + Cldas - Na + partículas Na + Cl - do soluto e sua dispersão Na + Cl - H 2 O Cl - Na + Cl - Na + II- Processo chamado de solvatação em geral e hidratação quando a água é o solvente.(dh<0) +δ Na + Na + Cl - Na + Cl - δ- Cl - Na + Cl - Na O + H H δ+ Na + Cl - Na + Cl - Cl - Na + Cl - Na + O H H δ+ +δ Cl - δ- As moléculas do solvente Na envolvem o retículo cristalino + Cl - δ- I- Desintegração do retículo cristalino H >0 O H H +δ δ+

4 A facilidade com que tudo isso acontece depende das intensidades relativas de 3 forças: Na + Cl - Na + Cl - Cl - Na + Cl - Na + Na + Cl - Na + Cl - Cl - Na + Cl - Na + 1-As forças soluto-soluto 2-As forças solvente-solvente Quando a dissolução se realiza, forças soluto-soluto e solvente-solvente são substituídas por forças soluto-solvente. Cl - 3-As forças soluto-solvente

5 Em geral, a alta solubilidade de um sólido em um líquido é favorecida pelas fracas forças soluto-soluto e pelas fortes forças soluto-solvente. Na + Cl - Na + Cl - Cl - Na + Cl - Na + Cl - Na + Cl - Na + Cl - Cl - Na + Cl - Na + < As forças soluto-soluto As forças soluto-solvente

6 Previsão de solubilidade Uma generalização antiga, mas muito útil: Semelhante dissolve semelhante. Solventes polares (água, água) tendem a dissolver solutos iônicos e polares, e solventes não-polares (óleos, tetracloreto de carbono) tendem dissolver solutos não-polares. + δ H δ O H δ + δ Soma dos vetores de polarização é zero, por isso dizemos que a molécula é apolar, Cl.. δ Cl : C : Cl δ.. Cl δ + δ

7 Coeficiente de solubilidade Substâncias diferentes, mesmo em quantidades iguais de um mesmo solvente e exposta a uma mesma temperatura, não dissolvem da mesma forma. A quantidade máxima de soluto que se consegue dissolver numa quantidade de solvente, a uma determinada temperatura, chama-se coeficiente de solubilidade. A máxima quantidade possível de soluto dissolvido numa dada quantidade de solvente, a uma determinada temperatura, é denominada coeficiente de solubilidade.

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9 Solução Insaturada Uma solução com quantidade de soluto inferior ao coeficiente de solubilidade é denominada solução não-saturada ou insaturada. Aspecto homogêneo ou seja sistema homogêneo.

10 Solução Saturada Uma solução com quantidade de soluto igual ou superior ao coeficiente de solubilidade é denominada solução saturada. Se: a quantidade de soluto a quantidade de soluto > coeficiente de solubilidade = coeficiente de solubilidade Solução saturada sem corpo de fundo Solução saturada com corpo de fundo

11 Solução Super Saturada Uma solução com quantidade de soluto maior do que a da solução saturada. A solução super saturada é instável e seu soluto tende eventualmente se cristalizar Exemplo: Coeficiente de solubilidade do KNO 3 a T=30 o C = 40g/100g de água T=100 o C Resfriamento T=30 o C Dissolução em alta temperatura Solução super saturada;

12 Curvas de Solubilidade

13 Curvas de Solubilidade

14 Exercícios de fixação O brometo de potássio, que nas condições ambientes é uma substância sólida, apresenta a seguinte: 1.Qual é o coeficiente de solubilidade do brometo de potássio a 30 o C em 100 ml de água? 70g de brometo de potássio /100g de água. 2. Que quantidade máxima de brometo de potássio pode ser dissolvida em 100g de água a 50oC? 80g de brometo de potássio /100g de água.

15 O brometo de potássio, que nas condições ambientes é uma substância sólida, apresenta a seguinte: 3. Imagine o seguinte experimento e responda: a) Após adicionar o brometo de sódio à água, agitar e esperar certo tempo, o sistema final pode ser classificado como homogêneo ou heterogêneo? O sistema será heterogêneo, pois a quantidade de soluto colocada de 92g de brometo de potássio é maior que o coeficiente de solubilidade de 70g de brometo de potássio em 100g de água. Teremos assim a presença de corpo de fundo. 2. Qual é a massa do brometo que não dissolveu? Quantidade de soluto (92g) coeficiente de solubilidade(70g) = 22g de brometo não dissolvido.

16 Calor de solução. Algumas substâncias dissolvem-se com desprendimento de calor ( H<0), outras com absorção de calor ( H>0). O aumento da entalpia em processo de dissolução é conhecido como calor de solução, ou entalpia de solução ( H sol ). Ex: Dissolução exotérmica do sulfato de lítio Li 2 SO 4 (s) 2 Li + (aq) + SO 4-2 (aq) Hsol= - 30kJ mol -1 Solubilidade aumenta com a temperatura Ex: Dissolução endotérmica do iodeto de potássio KI (s) K + (aq) + I - (aq) Hsol= 21 kj mol-1 Solubilidade diminui com a temperatura

17 O mecanismo de dissolução Na + Cl - Na + Cl - Remoção Cl - Na + Cldas - Na + partículas Na + Cl - do soluto e sua dispersão Na + Cl - H 2 O Cl - Na + Cl - Na + II- Processo chamado de solvatação em geral e hidratação quando a água é o solvente.(dh<0) +δ Na + Na + Cl - Na + Cl - δ- Cl - Na + Cl - Na O + H H δ+ Na + Cl - Na + Cl - Cl - Na + Cl - Na + O H H δ+ +δ Cl - δ- As moléculas do solvente Na envolvem o retículo cristalino + Cl - δ- I- Desintegração do retículo cristalino H >0 O H H +δ δ+

18 Solubilidade de Gases No caso dos gases dissolvidos na água, ocorre o contrário. Quanto maior a temperatura da água menor a quantidade de gás dissolvido.

19 Unidades de Concentração Solução é o nome usado para indicar uma mistura homogênea. Ex: soro caseiro, sucos, salmoura... O soluto e o Solvente: Muito freqüentemente, um componente de uma solução apresenta-se em uma quantidade muito maior do que a dos outros componentes. Este componente é chamado solvente e cada um dos outros componentes soluto.

20 Tipos de soluções A água tem capacidade de dissolver um grande número e substâncias e por isso é chamada de solvente universal. Quando o solvente é a água, dizemos que ela forma, com o soluto, uma solução aquosa, que é o tipo de solução mais comum no nosso dia-a-dia. Porém, a água não o único solvente que existe e nem todas as soluções são formadas por sólidos dissolvidos em um líquido.

21 Exemplos de outras soluções:

22 Exemplos de outras soluções:

23 Unidades de concentração A composição de uma solução é expressa pela concentração de um ou mais de seus componentes.

24 Concentração (C) Indica a massa de soluto (g) dissolvida em um volume (L). C= m / V, sendo m= massa do soluto, V= volume da solução Concentração de bário é de mg/l

25 Molaridade (M ou mol/l) Indica o número de mol de soluto (n) dissolvido em um volume (L). M= n / V, sendo m= massa do soluto, V= volume da solução Ex: Foram dissolvidos 5,85g de cloreto de sódio, NaCl, em um 1L de água. Qual a molaridade da solução resultante? Massa molecular do NaCl= 58,5 g/mol 1 mol de NaCl ,5 g de NaCl x ,85 g de NaCl x = 0,1 mol de NaCl M= n/v= 0,1 mol/ 1 L= x = 0,1 mol/ L de NaCl

26 Unidades de Fração Molar (X) Número de mol de um componente dividido pelo número total de mols de todos os componentes da solução. Para uma solução formada de dois componentes, 1 e 2, temos: Fração molar do componente 1= n1/ (n1+n2) Fração molar do componente 2= n2/ (n1+n2), sendo n= número de mols. Geralmente o símbolo X representa a composição expressa em unidades de fração molar. Xi= n1/( n1+ n2 +...ni), a soma de X1+ X2...+ Xn=1 As unidades de fração molar são úteis quando se quer enfatizar a relação de alguma propriedade da solução dependente da concentração e os números relativos de soluto e moléculas de soluto e solvente.

27 Percentagem (%) Percentagem volume/volume (%v/ v)= volume (ml)/ 100 ml de solução Ex: Para dois líquidos, podemos preparar uma solução 25% (v/v) com 25mL de soluto e adicionando o solvente até o volume total chegue a 100mL. Percentagem massa / volume (%p/ v)= massa (g)/ 100 ml de solução Ex: Seria preparada pesando 25g de soluto e adicionar solvente até que o volume total seja 100 ml. Percentagem massa / volume (%p/ p)= massa (g)/ 100 g de solução Ex: Seria preparada pesando 25g de soluto e adicionar solvente até que o peso total seja de 100 g.

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30 Exemplo:

31 Exemplo 1 : Uma solução tem volume de 0,250L e contém 26,8 g de cloreto de cálcio, CaCl 2. Qual é a concentração molar do CaCl 2? ( massa atômicas: Ca= 40 g/mol; Cl=35,5 g/mol) Primeiro encontra-se o número de mols de CaCl 2, para isso é necessário o cálculo da massa molecular CaCl 2 = x(35,5)= 111 g/mol 1 mol de CaCl g de CaCl 2 x ,8 g de CaCl 2 x = 0,24 mol CaCl 2 Basta substituir na fórmula de concentração molar: M= n/v= 0,24mol/ 0,250L= 0,96 mol/l

32 Exemplo 2: Quantos gramas de nitrato de sódio, NaNO 3, precisam ser usados para preparar 500 ml de uma solução de 0,1 mol/l? (Massa atômica: Na=23; N=14; O=16.) Primeiro calculamos o número de mols de NaNO 3, necessário usando: M= n= n= MxV= 0,1 mol x 0.5 L= 0,05 mol de NaNO 3 V L A massa molecular de NaNO 3 = x(16)= 85 g/mol 1 mol de NaNO g de NaNO 3 0,05 mol de NaNO x x = 4,25 g de NaNO 3

33 Um produtor rural recebeu o resultado da análise de solo que indicava uma adubação de 10 kg N/ha; 40 kg P/ha e 30 kg K/ha. Nos fertilizantes, o nitrogênio, o fósforo e o potássio estão expressos, respectivamente, nas formas (NH 4 ) 2 SO 4, P 2 O 5 e K 2 O. Qual é a quantidade de cada fertilizante que deve usar por ha? Dados de massa molares : (NH 4 ) 2 SO 4 = 132g/mol; P 2 O 5 = 142g /mol; K 2 O = 94g /mol. N=14 ; P= 31; K=39;

34 Diluição SOLUÇÂO Concentrada: apresenta uma concentração alta de soluto Diluída: apresenta uma concentração baixa de soluto Soluções diluídas. A palavra diluição é usada quando uma solução pode ser mais diluída pela adição de mais solvente.

35 Fórmula de diluição : V1xC1 = V2x C2 Onde C representa qualquer unidade de concentração e V1= volume inicial e V2 =volume final Solução 1 Solução 2 + água O número de mols, massa de soluto (m) é a mesma tanto na solução 1 e 2. C1= m/v1 C2= m/v2, isolando m teremos: m= C1 x V1 m= C2 x V2 Igualando as massas : m = m V1xC1 = V2x C2

36 Exemplo: 50 ml de uma solução aquosa de nitrato de potássio, KNO 3, 0,134 mol/l é diluído pela adição de uma quantidade suficiente para aumentar seu volume para 225 ml. Qual é a nova concentração? Organizando os dados do enunciado: V1= 50mL, C1= 0,134 mol/l e V2= 225mL L C2=? V1xC1 = V2x C2 50 L x 0,134 mol = 225 ml x C2 L C2= 50 ml x 0,134 mol = 0,029 mol/l 225 ml L