Concentração de Soluções Aquosas

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1 Disciplina: Química Prof.: Ivo Turma: TR 16/09/2016 Tema da aula: Concentração das Soluções 1. Conceito Concentração de Soluções Aquosas Imagine um copo de limonada. Podemos definir essa limonada como uma mistura de suco de limão em água. Podemos ainda chamar de uma solução aquosa de limão. Se dividirmos o conteúdo do copo de limonada em dois outros copos, com volumes diferentes, a proporção de suco de limão em água mudará? Como veremos, os químicos têm uma linguagem própria para definir essa proporção: a concentração de soluções. 2. Misturas Vamos primeiro relembrar alguns conceitos importantes. Os sistemas encontrados no nosso dia a dia são, na maioria dos casos, misturas de dois ou mais componentes. Vamos ver alguns casos específicos. Se misturarmos água e uma colher de açúcar e agitarmos, o sólido se dissolve em pequenas partículas que se distribuem uniformemente por todo o líquido. Essa mistura é classificada como homogênea, pois não há a separação de fases, ou simplesmente solução. Se adicionarmos óleo a um copo de água, os líquidos não se misturam. Teremos o aparecimento de duas fases distintas e a mistura é classificada como mistura heterogênea.

2 Vamos supor agora que misturamos água quente com gelatina e agitamos a mistura. Aparentemente, a olho nu verificamos que essa mistura é um sistema homogêneo. Mas como veremos a seguir essa mistura é classificada como dispersão coloidal. Para finalizar, se misturarmos água e um sal insolúvel em água, como o PbI 2, e agitarmos vigorosamente, observamos, que durante um tempo, que as partículas do sólido se dispersam durante todo o líquido. A olho nu, aparentemente, esse sistema constitui um sistema homogêneo. Porém depois de um certo tempo observa-se a sedimentação do sal, separando as fases, constituindo então um sistema heterogêneo. O momento antes da sedimentação é chamado de suspensão.

3 Esses dois últimos exemplos são chamados de dispersões. Uma fase se distribui na outra na forma de pequenas partículas. O que difere cada uma é o tamanho da partícula da substância que é dispersa. Vamos ver como isso acontece. Sistema Tamanho das Partículas Classificação Água e Açúcar Inferior a 10-9 m Solução Água e Gelatina Entre 10-9 m e 10-6 m Dispersão Coloidal Água e PbI 2 Superior a 10-6 m Suspensão Solução: As partículas que se dissolvem no solvente são átomos, moléculas ou íons com tamanho menores que 10-9 m. As soluções não são turvas, são homogêneas e não espalham a luz quando iluminadas por um feixe de luz. Alguns exemplos de soluções: gás oxigêneo e gás nitrogênio (solução gasosa), água e açúcar, água e sal de cozinha. Nas soluções a substância que se dissolve é denominada soluto, enquanto a substância que dissolve é chamada de solvente. Se uma solução é formada pelo solvente água, a solução é chamada de solução aquosa. Suspensão: As partículas da fase dispersa são grupos de íons ou de moléculas ou de átomos com tamanho superior a 10-6 m. As suspensões não deixam parte da luz atravessá-las, e por isso são turvas. Quando a ação da gravidade provoca a sedimentação fica claro a presença de duas fases. Portanto é um sistema heterogêneo. Dispersão Coloidal: As partículas da fase dispersa são aglomerados de íons, moléculas ou átomos com um tamanho de 10-9 a 10-6 m. Portanto há um descontinuidade no sistema na região manométrica. As partículas são pequenas o suficiente para dar ao coloide uma aparência homogênea a olho nu, porém são grandes o suficiente para espalhar a luz. Esse fenômeno de espalhamento da luz é chamado de efeito Tyndall. Alguns exemplos de sistemas coloidais: líquido-gás: aerossol líquido neblina, nuvem, jato de aerossol sólido-gás: aerossol sólido fumaça, material particulado presente no ar gás-líquido: espuma creme de barbear, chantilly líquido-líquido: emulsão leite, molhos, maionese sólido-líquido: sol e gel tinta, pudim, gel para escovar os dentes gás-sólido: espuma sólida esponja, poliestireno expandido, pedra-pomes líquido-sólido: emulsão sólida queijo, manteiga, geleia sólido-sólido: sol sólido plástico com pigmento, porcelana, pedras preciosas 3. Concentração A concentração de uma solução deve ser expressa em unidades quantitativas. São usadas as chamadas unidades de concentração que são medidas quantitativas de soluto que se dissolve. A quantidade relativa de uma substância é conhecida como concentração e é expressa em diferentes unidades. Concentração Comum (C) Também chamada concentração em g/l (grama por litro), relaciona a massa do soluto em gramas com o volume da solução em litros.

4 C = m/v C = concentração comum (g/l) m = massa do soluto (g) V = volume da solução (L) Exemplo: Queremos dissolver 20 g de sal de cozinha em 2 litros de água massa do soluto = 20 g volume da solução = 2 L C = 20g / 2L = 10 g/l Concentração em quantidade de matéria (Cn) Cientificamente, é mais usual utilizar este tipo de concentração, que relaciona a quantidade de soluto (mol) com o volume da solução (geralmente em litros) gerando uma concentração em mol/l. C n = n/v C n = concentração (mol/l) n = quantidade em mols do soluto V = volume da solução Exemplo = Queremos dissolver 58 g de sal de cozinha em 1 litro de água. Vamos supor que o sal de cozinha é composto inteiramente de NaCl massa molar do NaCl = 58g/mol numero de mols do soluto = 58 / 58 = 1 mol de NaCl C = 1 / 1 = 1 mol/l Título e porcentagem Outra maneira de se expressar concentração é utilizando as massas de soluto e massa da solução ou volume do soluto e volume da solução. Se expressamos o valor com um número chamamos de título em massa ou título em volume. Se expressamos em porcentagem chamamos de porcentagem em massa ou porcentagem em volume. Exemplo: 10 g de sal em 90 g de água. massa do soluto = 10 g massa da solução = 10 g + 90 g = 100 g. massa do soluto/massa da solução = 10/100 = 0,10 (título em massa) = 10% em massa. Exemplo: 25 ml de álcool em 75 ml de água volume do soluto = 25 ml volume da solução = ml = 100 ml volume do soluto/volume da solução = 25/100 = 0,25 (título em volume) = 25 % em volume. Partes por milhão (ppm) Uma porcentagem de 1% significa uma parte em cem. Para um soluto com uma concentração muito pequena, a porcentagem será muito pequena. Para isso é usada a unidade partes por milhão, representada por ppm, que pode expressar em massa ou volume. Exemplo: 0,05 g de chumbo em 10 6 g de água (um milhão de gramas de água) massa do soluto: 0,05 g massa da solução: aproximadamente g massa de soluto/massa de solução: 0,05/ = 0,000005% Para facilitar a expressão dizemos que a concentração de chumbo é de 0,05 ppm (0,05 g de chumbo por 1 milhão de gramas de água).

5 Disciplina: Química Prof.: Ivo Turma: TR 16/09/2016 Tema da aula: Concentração 1. (Enem-MEC) O efeito Tyndall é um efeito óptico de turbidez provocado pelas partículas de uma dispersão coloidal. Foi observado pela primeira vez por Michael Faraday em 1857 e, posteriormente, investigado pelo físico inglês John Tyndall. Este efeito é o que torna possível, por exemplo, observar as partículas de poeiras suspensas no ar por meio de uma réstia de luz, observar gotículas de água que formam a neblina por meio do farol do carro ou, ainda, observar o feixe luminoso de uma lanterna por meio de um recipiente contendo gelatina. Ao passar por um meio contendo partículas dispersas, um feixe de luz sofre o efeito Tyndall devido a) à absorção do feixe de luz por este meio. b) à interferência do feixe de luz neste meio. c) à transmissão do feixe de luz neste meio. d) à polarização do feixe de luz por este meio. e) ao espalhamento do feixe de luz neste meio. 2. (Enem-MEC) Os acidentes de trânsito, no Brasil, em sua maior parte são causados por erro do motorista. Em boa parte deles, o motivo é o fato de dirigir após o consumo de bebida alcoólica. A ingestão de uma lata de cerveja provoca uma concentração de aproximadamente 0,3 g/l de álcool no sangue. A tabela abaixo mostra os efeitos sobre o corpo humano provocados por bebidas alcoólicas em função de níveis de concentração de álcool no sangue: c) pré-diabetes. d) diabetes melito. e) hiperglicemia. 4. (Unicamp-SP) Quando uma pessoa ingere bebida alcoólica, cerca de 90% do álcool ingerido é absorvido no trato digestivo, na primeira hora. Esse álcool passa para a corrente sanguínea e é metabolizado no fígado. Sua eliminação, no entanto, leva muito mais tempo e é isso que torna ilegal uma pessoa dirigir nessa condição. O gráfico abaixo mostra a concentração média de álcool no sangue em função do tempo, após um consumo rápido de 1, 2, 3 e 4 doses de destilado. a) De acordo com o gráfico, se uma pessoa ingere 4 doses de destilado, após quanto tempo a velocidade de metabolização do álcool será maior que a velocidade da absorção para a corrente sanguínea? Explique. b) Um teste do bafômetro realizado duas horas após a ingestão de destilado acusou a presença de 0,019 miligramas de álcool por litro de ar expirado por um condutor. Considerando essas informações, e as contidas no gráfico, determine quantas doses de destilado o condutor havia ingerido. Justifique. Dado: A proporção entre as concentrações de álcool (sangue: ar expirado) é de 2300:1. Uma pessoa que tenha tomado três latas de cerveja provavelmente apresenta A) queda de atenção, de sensibilidade e das reações motoras. B) aparente normalidade, mas com alterações clínicas. C) confusão mental e falta de coordenação motora. D) disfunção digestiva e desequilíbrio ao andar. E) estupor e risco de parada respiratória. 3. (Enem-MEC) Um laboratório realiza exames em que é possível observar a taxa de glicose de uma pessoa. Os resultados são analisados de acordo com o quadro a seguir. Hipoglicemia Normal Pré-diabetes Diabetes Melito Hiperglicemia Glicose menor ou igual a 70 mg/dl Glicose entre 70 a 100 mg/dl Glicose entre 100 a 125 mg/dl Glicose entre 125 a 250 mg/dl Glicose maior que 250 mg/dl Um paciente fez um exame de glicose nesse laboratório e comprovou que estava com hiperglicemia. Sua taxa de glicose era de 300 mg/dl. Seu médico prescreveu um tratamento em duas etapas. Na primeira etapa ele conseguiu reduzir sua taxa em 30% e na segunda etapa em 10%. Ao calcular sua taxa de glicose após as duas reduções, o paciente verificou que estava na categoria de a) hipoglicemia. b) normal. 5. (Unicamp-SP) A maioria dos homens que mantêm o cabelo escurecido artificialmente utiliza uma loção conhecida como tintura progressiva. Os familiares, no entanto, têm reclamado do cheiro de ovo podre nas toalhas, porque essa tintura progressiva contém enxofre em sua formulação. Esse cosmético faz uso do acetato de chumbo como ingrediente ativo. O íon chumbo, Pb 2+, ao se combinar com o íon sulfeto, S 2-, liberado pelas proteínas do cabelo ou pelo enxofre elementar (S 8 ) presente na tintura, irá formar o sulfeto de chumbo, que escurece o cabelo. A legislação brasileira permite uma concentração máxima de chumbo igual a 0,6 gramas por 100 ml de solução. a) Escreva a equação química da reação de formação da substância que promove o escurecimento dos cabelos, como foi descrito no texto. b) Calcule a massa, em gramas (duas casas decimais), de Pb(C 2 H 3 O 2 ) 2.3H 2 O, utilizada na preparação de 100 ml da tintura progressiva usada, sabendo-se que o Pb 2+ está na concentração máxima permitida pela legislação. Dados de massas molares em g mol -1 : Pb=207, C 2 H 3 O 2 = 59 e H 2 O = (Enem-MEC) Ao colocar um pouco de açúcar na água e mexer até a obtenção de uma só fase, prepara-se uma solução. O mesmo acontece ao se adicionar um pouquinho de sal à água e misturar bem. Uma substância capaz de dissolver o soluto é denominada solvente; por exemplo, a água é um solvente para

6 o açúcar, para o sal e para várias outras substâncias. A figura a seguir ilustra essa citação. Suponha que uma pessoa, para adoçar seu cafezinho, tenha utilizado 3,42 g de sacarose (massa molar igual a 342 g/mol) para uma xícara de 50 ml do líquido. Qual é a concentração final, em mol/l, de sacarose nesse cafezinho? a) 0,02 b) 0,2 c) 2 d) 200 e) (Fuvest-SP) A concentração de íons fluoreto em uma água de uso doméstico é de 5, mol/l. Se uma pessoa tomar 3,0 L dessa água por dia, ao fim de um dia, calcule a massa de fluoreto, em miligramas, que essa pessoa ingeriu: (massa molar do fluoreto: 19,0 g/mol.) 8. (Enem-MEC) Determinada estação trata cerca de litros de água por segundo. Para evitar riscos de fluorose, a concentração máxima de fluoretos nessa água não deve exceder cerca de 1,5 miligrama por litro de água. A quantidade máxima dessa espécie química que pode ser utilizada com segurança, no volume de água tratada em uma hora, nessa estação, é: a) 1,5 kg. b) 4,5 kg. c) 96 kg. d) 124 kg. e) 162 kg. 9. (Unicamp-SP) Entre os vários íons presentes em 200 mililitros de água de coco, há aproximadamente 320 mg de potássio, 40 mg de cálcio e 40 mg de sódio. Assim, ao beber água de coco, uma pessoa ingere quantidades diferentes desses íons, que, em termos de massa, obedecem à sequência: potássio > sódio = cálcio. No entanto, se as quantidades ingeridas fossem expressas em mol, a sequência seria: Dados: de massas molares em g/mol: cálcio = 40, potássio = 39 e sódio = 23. a) potássio > cálcio = sódio. b) cálcio = sódio > potássio. c) potássio > sódio > cálcio. d) cálcio > potássio = sódio. 10. (Unicamp-SP) A maturação e o amaciamento da carne bovina podem ser conseguidos pela adição de uma solução de cloreto de cálcio di-hidratado na concentração de 0,18 mol por litro. Obtém-se um melhor resultado injetando-se 50 mililitros dessa solução em 1 quilograma de carne. Concentrações mais elevadas de cloreto de cálcio interferem no sabor e na textura da carne, comprometendo sua qualidade. a) Considerando o enunciado acima, que massa de cloreto de cálcio di-hidratado seria necessária para se obter o melhor resultado da maturação de 1 kg de carne bovina? b) Sabendo-se que o íon cálcio é quem ativa o sistema enzimático responsável pelo amaciamento da carne, caso o cloreto de cálcio di-hidratado fosse substituído por cloreto de cálcio anidro, na mesma concentração (mol/l), o resultado obtido no processo seria o mesmo? Responda sim ou não e justifique sua resposta levando em conta apenas o aspecto estequiométrico dessa substituição. de etanol foram destilados, sendo obtidos 100 kg de álcool hidratado 96% em massa de etanol. A partir desses dados, e correto concluir que a destilac a o em questa o gerou um resi duo com uma concentrac a o de etanol em massa a) de 0%. b) de 8,0%. c) entre 8,4% e 8,6%. d) entre 9,0% e 9,2%. e) entre 13% e 14%. 12. (Unicamp-SP) O aquarismo é uma atividade que envolve a criação de espécies aquáticas em ambiente confinado. O bom funcionamento do aquário depende do controle de uma série de parâmetros, como temperatura, matéria orgânica dissolvida, oxigênio dissolvido, ph, entre outros. Para testar seus conhecimentos químicos, responda à seguinte questão: Para peixes de água fria, a concentração ideal de gás oxigênio dissolvido na água é de 5 ppm. Considerando-se esse valor e um aquário contendo 250 kg de água, quantos mols de gás oxigênio estão dissolvidos nessa água? Dados: 1 ppm significa que há 1 grama de gás oxigênio dissolvido em quilogramas de água; massa molar do gás oxigênio = 32 g mol (Unicamp-SP) Apesar dos problemas que traz, o automóvel é um grande facilitador de comunicação. Já em meados do século XX, a participação do automóvel na sociedade humana estava muito bem estabelecida. Até recentemente, para aumentar a octanagem da gasolina (e por interesses de grupos econômicos), nela era adicionado um composto de chumbo. Quando a sociedade percebeu os males que o chumbo liberado na atmosfera trazia, ocorreram pressões sociais que levaram, pouco a pouco, ao abandono desse aditivo. O gráfico abaixo mostra uma comparação entre a concentração média de chumbo, por indivíduo, encontrada no sangue de uma população, em determinado lugar, e a quantidade total de chumbo adicionado na gasolina, entre os anos de 1976 e a) Sabendo-se que o composto de chumbo usado era o tetraetilchumbo, e que esse entrava na corrente sanguínea sem se alterar, qual era a concentração média (em mol L 1 ) desse composto no sangue de um indivíduo, em meados de 1979? b) "O fato de a curva referente à gasolina quase se sobrepor à do sangue significa que todo o chumbo emitido pela queima da gasolina foi absorvido pelos seres humanos". Você concorda com esta afirmação? Responda sim ou não e justifique com base apenas no gráfico. 11. (Enem-MEC) O álcool hidratado utilizado como combustível veicular e obtido por meio da destilação fracionada de soluções aquosas geradas a partir da fermentação de biomassa. Durante a destilação, o teor de etanol da mistura e aumentado, até o limite de 96% em massa. Considere que, em uma usina de produção de etanol, 800 kg de uma mistura etanol/água com concentração 20% em massa