COEFICIENTE DE SOLUBILIDADE DE UMA SUBSTÂNCIA (CS)

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1 Foca na Medicina Aula 3 Química Material do Aluno Professores: Carlos Palha SOLUÇÕES I Sinônimo de mistura homogênea, ou seja, monofásica. O componente que, em número de moléculas, predominar é denominado solvente e o (s) outro (s) é (são) denominado (s) soluto (s). A massa da solução corresponde à soma das massas de soluto (s) e de solvente. Um dos critérios para se definir uma solução é o tamanho das partículas envolvidas. Se o diâmetro das partículas dispersas no solvente for maior que 1m (10-4 cm) temos uma dispersão grosseira. Caso o diâmetro das partículas de soluto esteja compreendido entre 1 nm (10-7 cm) e 1m (10-4 cm) estamos diante de um sistema coloidal. Para ser considerada uma solução verdadeira o diâmetro das partículas do soluto deve ser menor que 1 nm. COEFICIENTE DE SOLUBILIDADE DE UMA SUBSTÂNCIA (CS) Quantidade máxima de substância capaz de ser dissolvido em uma quantidade padrão de solvente, a uma dada temperatura. Ou: Quantidade máxima de substância capaz de ser dissolvido em 100 gramas de água. Obs.: CS = f (T); Substância polar é solúvel, em geral, em solvente polar. Já substância apolar é melhor dissolvida em solvente apolar; Regras gerais de solubilidade em solução aquosa: Compostos de metais alcalinos e de amônio são solúveis; Acetatos, nitratos e cloratos são solúveis; Cloretos, brometos e iodetos são solúveis, exceto os de chumbo, prata e mercúrio; 1

2 Sulfatos são solúveis, exceto os de chumbo, prata, mercúrio e os de metais alcalinoterrosos. Carbonatos, óxidos, hidróxidos, fosfatos, silicatos e sulfitos são, em geral, insolúveis, exceto os de metais alcalinos e de amônio. CURVAS DE SOLUBILIDADE São gráficos que mostram como varia a solubilidade de uma substância em função da temperatura. Assim: Solubilidade (g/ 100g de água) Curva de Solubilidade Tem peratura 15 A curva representa soluções saturadas em diversas temperaturas. Os pontos abaixo da curva representam soluções insaturadas. Já os pontos acima da curva poderiam representar soluções supersaturadas. Obs.: Quando a solubilidade aumenta com o aumento da temperatura, dizemos que tratase de uma dissolução endotérmica; Caso a solubilidade diminua com o aumento da temperatura, dizemos que trata-se de uma dissolução exotérmica. 2

3 Observação: Solução Insaturada: A relação entre as massas de soluto e solvente está abaixo da proporção do coeficiente de solubilidade. Solução Saturada: A relação entre as massas de soluto e solvente está de acordo com a proporção do coeficiente de solubilidade. Solução Supersaturada: A relação entre as massas de soluto e solvente está acima da proporção do coeficiente de solubilidade. LEI DE HENRY A solubilidade de um gás em um líquido, em temperatura constante, é diretamente proporcional à pressão parcial do gás na atmosfera em contato com o líquido. Matematicamente, podemos expressar que a massa do gás dissolvido na solução relaciona-se com a pressão parcial de acordo com a seguinte expressão: m k p, onde k é uma constante de proporcionalidade. 3

4 p V n R T e n m MM Mas: p V k p R T MM V k MM R T. Segunda Lei de Henry: Sob pressão parcial constante a solubilidade de um gás em um líquido diminui com a temperatura e se anula no ponto de ebulição. UNIDADES DE CONCENTRAÇÃO PARTE 1 Para padronizar a escrita adotaremos índice slt para expressar grandezas relacionadas a soluto, índice slv para grandezas relacionadas a solvente e utilizaremos índice slç ao trabalharmos qualquer grandeza relacionada a solução. Ainda utilizaremos m quando estivermos fazendo referência a massa, n ao fazermos referência a número de mols e V quando tratarmos de volume. a) Concentração Comum: massa, em gramas, de soluto dissolvido em cada litro de solução. C m V slt slç ; Unidade: g/l. b) Concentração Molar ou Molaridade (M): Número de mols de soluto dissolvido em cada litro de solução. M n1 V m1 MM V 1 m1 MM V 1 C MM 1 ; Unidade: mol/l ou molar. 4

5 DESENVOLVENDO COMPETÊNCIAS 1. 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. Frasco-I T=? HO KCl 2 + Frasco-II o T=20C HO 2 +K Cl Sal depositado O diagrama a seguir representa a solubilidade do KCl em água, em gramas de soluto / 100 ml de H2O, em diferentes temperaturas. a) Determine a temperatura da solução do frasco I. b) Sabendo que a temperatura do frasco II é de 20º C, calcule a quantidade de sal (KCl) depositado no fundo do frasco. 2. Muitos compostos dos metais alcalinos, em particular os de sódio e potássio, são industrialmente importantes, como é o caso do hidróxido de sódio, cujo nome comum é soda cáustica. Soluções contendo NaOH podem ser preparadas utilizando-se a água como solvente, devido à sua solubilidade em meio aquoso. Considerando essas informações, 5

6 calcule a massa, em gramas, necessária para preparar 200 ml de solução de soda cáustica com concentração igual a 0,5 mol/ L. Dados: Na=23; O=16; H=1 3. As instruções da bula de um medicamento usado para reidratação estão resumidas no quadro, a seguir. Modo de usar: dissolva o conteúdo do envelope em 500 ml de água. Composição: cada envelope contém cloreto de potássio citrato de sódio diidratado cloreto de sódio glicose 75 mg 145 mg 175 mg 10 g a) Calcule a concentração de potássio, em mg/l, na solução preparada segundo as instruções da bula. b) Quais são as substâncias do medicamento que explicam a condução elétrica da solução do medicamento? Justifique sua resposta 4. No cultivo hidropônico de hortaliças, as plantas não são cultivadas diretamente no solo. Uma solução que contém os nutrientes necessários circula entre suas raízes. A tabela a seguir apresenta a composição recomendada de alguns nutrientes para o cultivo hidropônico de alface. Nutrientes mg/l K Mg S ? Foram utilizados sulfato de potássio e sulfato de magnésio para preparar uma solução nutriente de acordo com as concentrações apresentadas na tabela. concentração de enxofre em mg/l nesta solução. Determine a 5. A recristalização consiste em dissolver uma substância a uma dada temperatura, no menor volume de solvente possível e a seguir resfriar a solução, obtendo-se cristais da 6

7 substância. Duas amostras de ácido benzóico, de 25,0g cada, foram recristalizadas em água segundo esse procedimento, a seguir: a) Calcule a quantidade de água necessária para a dissolução de cada amostra. b) Qual das amostras permitiu obter maior quantidade de cristais da substância? Explique. Dados: curva de solubilidade do ácido benzóico em água (massa em gramas de ácido benzóico que se dissolve em 100g de água, em cada temperatura). 6. No descarte de embalagens de produtos químicos, é importante que elas contenham o mínimo possível de resíduos, evitando ou minimizando consequências indesejáveis. Sabendo que, depois de utilizadas, em cada embalagem de 1 litro de NaOH sólido restam 4 gramas do produto, considere os seguintes procedimentos: Embalagem I: uma única lavagem, com 1 L de água. Embalagem II: duas lavagens, com 0,5 L de água em cada vez. Dados: massas molares: Na = 23 g/mol, O = 16 g/mol e H = 1 g/mol. a) Qual a concentração de NaOH, em mol/l, na solução resultante da lavagem da embalagem I? b)considerando que, após cada lavagem, restam 0,005 L de solução no frasco, determine a concentração de NaOH, em mol/l, na solução resultante da segunda lavagem da embalagem II e responda: qual dos dois procedimentos de lavagem foi mais eficiente? 7. Há 2,5 bilhões de anos, a composição dos mares primitivos era bem diferente da que conhecemos hoje. Suas águas eram ácidas, ricas em sais minerais e quase não havia 7

8 oxigênio dissolvido. Neste ambiente, surgiram os primeiros microorganismos fotossintéticos. Com a proliferação destes microorganismos houve um significativo aumento da quantidade de oxigênio disponível, que rapidamente se combinou com os íons Fe 3+ dissolvidos, gerando os óxidos insolúveis que vieram a formar o que hoje são as principais jazidas de minério de ferro no mundo. Calcula-se que, naquela época, cada litros de água do mar continham 4,48 quilogramas de íons Fe 3+ dissolvidos. Quando a concentração de sais de ferro diminuiu nos mares, o oxigênio enriqueceu o mar e a atmosfera; a partir desse momento, novos animais, maiores e mais ativos, puderam aparecer. a) Calcule a molaridade de íons Fe +3 na água do mar primitivo. b) Calcule o volume de oxigênio, em litros, nas CNTP, necessário para reagir com os íons Fe 3+ contidos em litros de água do mar primitivo. 8. O sulfato de alumínio, Al2(SO4)3, é um bactericida usado na limpeza de piscinas. Suponha que a densidade aproximada de uma solução aquosa 1x10 3 % em massa desse sal, contida numa piscina totalmente cheia, com as dimensões de 25m de comprimento, 2m de profundidade e 12m de largura, seja 1gmL 1, a partir desses dados, encontre a concentração em quantidade de matéria do referido sal e expresse o resultado em 10 5 moll 1, com apenas um algarismo significativo, considerando as massas atômicas: Al=27,0; S=32,0 e O=16,0. 9. O gráfico abaixo representa a relação entre massa do soluto e volume de solução, para duas soluções distintas. A reta A representa esta relação para uma solução 0,5M cujo soluto é a substância X2YO4 e a reta B uma solução 1N cujo soluto é X2CO3. Nesses solutos, X e Y representam elementos a serem determinados. Qual o nome da substância X2YO4? 8

9 m(g) 71 A B 53 1 V(L) 10. A cana-de-açúcar, o engenho, o açúcar e a aguardente estão profundamente vinculados à história do Brasil. A produção de açúcar era feita, originariamente, pela evaporação da água contida na garapa, submetendo-a a aquecimento. A solubilidade do açúcar em água é de 660 g/litro de solução a 20 o C. A garapa contém, aproximadamente, 165 g de açúcar por litro e sua densidade é 1,08 g/cm 3. Considere a garapa como sendo solução de açúcar em água. a) Qual é a percentagem, em massa, de açúcar na garapa? b) A que fração deve ser reduzido um volume de garapa a fim de que, ao ser esfriado a 20 o C, haja condições para a formação dos primeiros cristais de açúcar? GABARITO 1. a) 80 o C; b) 80g a) C = 78,6 g/l b) Cloreto de potássio, Citrato de sódio de diidratado e Cloreto de sódio. Todos são iônicos sofrendo dissociação em meio aquoso e, portanto, permitindo a condutividade de corrente elétrica. 4. K2SO4 78 mg de K 32 mg de S 9

10 312 mg de K X X = 128 mg de S MgSO4 24 mg de Mg 32 mg de S 48 mg de Mg Y Y = 64 mg de S A concentração de enxofre na solução nutriente = X + Y = 192 mg/l 5. a) Amostra 1 500g de H2O e Amostra g de H2O (cálculo aproximado) ; b) Amostra 1: a 20 C o ácido benzóico é menos solúvel. 6. a. 0,1 mol/l; b. M2 = 0,002 mol/l O procedimento usado na embalagem II é mais eficiente porque teremos uma solução final com menor concentração de NaOH. 7. a) 0,080mol/L b) 1344L sulfato de sódio 10.,28% b) 1/4 (25% da solução inicial) 10