Aulas de 01 a 06
UNIDADES DE CONCENTRAÇÃO DAS SOLUÇÕES Concentração Comum (C) ou Concentração massa/volume: é a razão estabelecida entre a massa do soluto (m 1 ) e o volume da solução (V); Geralmente: soluto (g) e solvente em (L), logo: C=g/L C = m 1 / V Unidade: g/l Obs.: Transformação de Unidades de Volume: (ml ou cm 3 ) 1000 = L ; L 1000 = m 3 Título em Massa (T) ou concentração massa/massa: é a razão estabelecida entre a massa do soluto (m 1 ) e a massa da solução (m), ambas na mesma unidade (geralmente em gramas); τ = m 1 /m ; onde m = m 1 + m 2, temos: τ = m 1 /m 1 + m 2 Obs.: 0 < τ < 1 Obs.: Título percentual (P%) = τ x 100 Obs.: O título é uma grandeza adimensional ( não possui unidade ) Obs.: Para soluções onde a concentração é muito pequena, ou seja, para soluções muito diluídas, a concentração costuma ser expressa em partes por milhão ou ppm: Concentração em ppm = m 1 (g) /10 6 Título em Volume (Tv) ou concentração volume/volume: é a razão estabelecida entre volume do soluto (V 1 ) e o volume da solução (V), ambos na mesma unidade; τ v = V 1 /V Obs.: 0 < Tv < 1 Obs.: Título percentual (τv%): Pv% = τv x 100 Obs: GL indica a porcentagem de álcool na mistura; INPM indica a porcentagem em massa de álcool na mistura
Obs.: Para soluções onde a concentração é muito pequena, ou seja, para soluções muito diluídas, a concentração costuma ser expressa em partes por milhão ou ppm: Concentração em ppm = V 1 (ml) / V(m 3 ) Densidade absoluta (d): é a razão estabelecida entre a massa da solução (m) e o volume (V) dessa solução; Unidade: g/ml = g/cm 3 ; g/l = g/m 3 d = m/v, onde m = m 1 + m 2 Obs.: para se passar de g/ml para g/l (multiplica-se a densidade por 1000) e para se passar de g/l para g/ml (divide-se a densidade por 1000) Obs.: volume e densidade devem estar nas mesmas unidades; Obs.: Como a densidade da água é igual a 1g/mL temos: 1 ml de água = 1g de água; 1L de água é igual a 1Kg de água...cuidado essas relações só são válidas para a água devido a sua densidade ser igual a 1g/mL. Fração molar ou concentração em quantidade de matéria/quantidade de matéria: Fração Molar do Soluto (x 1 ): é a razão estabelecida entre o número de mols do soluto (n 1 ) e o número de mols de moléculas da solução (n). X 1 = n 1 /n, onde n = n 1 + n 2 Fração Molar do Solvente (x 2 ): é a razão estabelecida entre o número de mols do solvente (n 2 ) e o número de mols de moléculas da solução (n). X 2 = n 2 /n, onde n = n 1 + n 2 Obs.: X 1 + X 2 = 1 Concentração Molar ou Molaridade (L) ou Concentração em quantidade de matéria/volume ou concentração mol/l: é a razão estabelecida entre o número de mols do soluto (n 1 ) e o volume da solução (V), em litros;
M = n 1 /V (L) ou L = m 1 /M 1. V (L) Obs.: Número de mols do soluto (n 1 ) é a razão entre a massa do soluto (m 1 ) e a massa molar desse soluto (M 1 ). Unidade: mol/l ou mol.l -1 ou M ou molar escritas após o valor numérico da concentração; Obs.: Cuidado com os vários tipos de "m" usados até aqui!!! Revisando: m 1 = massa do soluto m 2 = massa do solvente m = massa da solução M 1 = massa molar do soluto L = molaridade Obs.: tudo que possui o índice "1" refere-se ao soluto, tudo que possui o índice "2" refere-se ao solvente e tudo que não possui índice refere-se a solução, assim temos: n 1 = número de mols do soluto n 2 = número de mols do solvente n = número de mols da solução C = concentração comum da solução Concentração Molal ou concentração quantidade de matéria/massa (W): é a razão estabelecida entre o número de mols do soluto e a massa, em quilogramas do solvente; W = n 1 / m 2(Kg) ou W = m 1 / M 1. m 2(Kg) ou W = 1000.m 1 /M 1. m 2(g) Unidade: mol/kg ou molal Obs.: Numa solução aquosa diluída, 1L de solução contém aproximadamente 1L de água, ou seja, 1Kg de água. Dessa forma o número de mols de soluto por litro de solução (molaridade) é aproximadamente igual ao número de mols do soluto por quilograma de água (molalidade).
Relações entre as unidades de concentração a) Relação entre concentração e título Dividindo a concentração pelo título, temos: Simplificando a massa, tem-se: A densidade de uma solução é igual a massa da solução dividida pelo volume. Numa solução, no entanto, a massa da solução é igual a soma da massa de soluto e do solvente, assim, pode-se escrever: Logo: Para obtermos a concentração em g/l, devemos multiplicar a expressão obtida por 1000 (mil) porque a densidade é expressa em g/ml. Com isso, a relação entre a concentração e o título fica: C = 1000. d. T b) Concentração e molaridade e Dividindo a concentração pela molaridade temos: Simplificando a massa e o volume, tem-se:
Diluição de Soluções Diluir uma solução, significa diminuir a sua concentração. O procedimento mais simples, geralmente aplicado, para diluir uma solução, é a adição de solvente à solução. Na diluição de soluções a massa de soluto, inicial e final, é a mesma, somente o volume final é maior que o inicial, a concentração final da solução será menor que a concentração inicial. Como a massa de soluto permanece inalterada durante a diluição, pode-se escrever: C1.V1 = C2.V2 Aplicando um raciocínio semelhante para a molaridade, obtém-se a expressão: M1.V1 = M2.V2 Através das expressões obtidas para a diluição de soluções, pode-se observar qua a concentração de uma solução é inversamente proporcional ao volume. Mistura de soluções Na mistura de soluções e massa total do soluto e o volume da solução final, é igual à soma das massas dos solutos e dos volumes das soluções que foram misturadas. Solução 1 Solução 2 Solução 3 m1 = massa de soluto M1 = molaridade C1 = concentração m2 = massa de soluto M2 = molaridade C2 = concentração mr = m1 + m2 Mr =? Cr =? Para a mistura de soluções tem-se: Como mr = m1 + m2 e Vr = V1 + V2, pode escrever-se que. Mistura de soluções de solutos diferentes, que não reagem entre si Quando são misturadas duas ou mais soluções sem que haja reação entre elas, os solutos das mesmas sofrem apenas diluição. Mistura de Soluções de solutos diferentes com reação entre eles A mistura de soluções de substâncias que reagem entre si deve ser analisada como reação química. O cálculo das concentrações das substâncias que não reagiram e as substâncias que se formaram é feito de forma semelhante aos cálculos estequiométricos. Titulação A titulação é uma prática realizada em química analítica para determinar a concentração de uma solução a partir da reação química com uma outra solução de concentração exatamente conhecida.
Exercícios 1.(ITA 2000) A figura abaixo mostra a curva de solubilidade do brometo de potássio (KBr) em água: Solubilidade (gkbr/100g 110 100 90 80 70 60 0 20 40 60 80 100 Temperatura (ºC) Baseado nas informações apresentadas nesta figura é ERRADO afirmar que (A) a dissolução do KBr em água é um processo endotérmico. (B) a 30ºC, a concentração de uma solução aquosa saturada em KBr é de aproximadamente 6 mol/kg (molal). (C) misturas correspondentes a pontos situados na região I da figura são bifásicas. (D) misturas correspondentes a pontos situados na região II da figura são monofásicas. (E) misturas correspondentes a pontos situados sobre a curva são saturadas em KBr. 2. (ITA - 1990) Assinale a opção que contém a afirmação ERRADA a respeito da velocidade de transformações físico-químicas. (A) As velocidades de desintegrações radioativas espontâneas, independem da temperatura. (B) O aumento de temperatura torna mais rápido tanto as reações químicas exotérmicas como as endotérmicas. (C) Reações entre íons com cargas opostas podem ser rápidas. (D) Um é um bom catalisador para a reação num sentido oposto. (E) Se a solubilidade de um sólido num líquido decresce com a temperatura, a dissolução do sólido no líquido é tanto mais rápida quanto mais baixa for a temperatura. 3.(ITA - 1994) A quantidade, em mol, de Fe 2 (SO 4 ) 3.9H 2 O utilizado é (A) 0,10 (B) 0,15 (C) 0,30 (D) 0,60 (E) 0,90 4. (ITA - 1994) A massa, em gramas, do Fe 2 (SO 4 ) 3.9H 2 O utilizado é: (A) 60 (B) 63
(C) 84 (D) 120 (E) 169 5. (ITA - 1994) A concentração, em mol /L, de íons sulfato em solução será: (A) 0,10 (B) 0,15 (C) 0,30 (D) 0,60 (E) 0,90 6. (ITA - 1995) Em um copo de 500 ml são misturados 100 ml de ácido clorídrico 1,00 molar em 100 ml de hidróxido de sódio 0,50 molar. A solução resultante no copo é: (A) 1,0.10-7 molar em OH -. (B) 1,0.10-7 molar em H +. (C) 0,05 molar em H +. (D) 0,25 molar em H +. (E) 0,50 molar em H +. 7. (ITA - 1995) O volume, em litros, de uma solução 0,30 molar de sulfato de alumínio que contém 3,0 mols de cátion alumínio é: (A) 2,5 (B) 3,3 (C) 5,0 (D) 9,0 (E) 10 8. (ITA 2000) Num recipiente, mantido a 25ºC, misturam-se 50 ml de uma solução 5,0 milimol/l de HCl, 50 ml de água destilada e 50 ml de uma solução 5,0 milimol/l de NaOH. A concentração de íons H, em mol/l, na solução resultante é (A) 1,3 x 10-11 (B) 1,0 x 10-7. (C) 0,8 x 10-3. (D) 1,0 x 10-3. (E) 3,3 x 10-3. 9. O diagrama representa curvas de solubilidade de alguns sais em água.
Com relação ao diagrama anterior, é CORRETO afirmar: a) O NaCl é insolúvel em água. b) O KClO 3 é mais solúvel do que o NaCl à temperatura ambiente. c) A substância mais solúvel em água, a uma temperatura de 10 C, é CaCl 2. d) O KCl e o NaCl apresentam sempre a mesma solubilidade. e) A 25 C, a solubilidade do CaCl 2 e a do NaNO 2 são praticamente iguais 10. (Fuvest) Uma mistura constituída de 45g de cloreto de sódio e 100mL de água, contida em um balão e inicialmente a 20 C, foi submetida à destilação simples, sob pressão de 700 mm Hg, até que fossem recolhidos 50 ml de destilado. O esquema a seguir representa o conteúdo do balão de destilação, antes do aquecimento: a) De forma análoga à mostrada acima, represente a fase de vapor, durante a ebulição. b) Qual a massa de cloreto de sódio que está dissolvida, a 20 C, após terem sido recolhidos 50mL de destilado? Justifique.
c) A temperatura de ebulição durante a destilação era igual, maior ou menor que 97,4 C? Justifique. Dados: Curva de solubilidade do cloreto de sódio em água: Ponto de ebulição da água pura a 700mmHg: 97,4 C 11. (Ita) Para preparar 80L de uma solução aquosa 12% (massa/massa) de KOH (massa específica da solução=1,10g/cm 3 ) foram adicionadas x litros de uma solução aquosa 44% (massa/massa) de KOH (massa específica da solução=1,50g/cm 3 ) e y litros de água deionizada (massa específica=1,00g/cm 3 ). Os valores de x e de y são respectivamente: a) 12L e 68L. b) 16L e 64L. c) 30L e 50L. d) 36L e 44L. e) 44L e 36L. 12. (Ufc) Sulfitos (compostos contendo íons SO 3 2- ) são normalmente utilizados como conservantes de vinhos. Contudo, o limite de tolerância de pessoas alérgicas a essas substâncias é de 10 ppm (partes por milhão) de SO 3 2-. Para certificar-se da real concentração de SO 3 2- em vinhos, pode-se utilizar o método de doseamento fundamentado na reação química descrita pela equação abaixo: SO 3 2- (aq) + H 2 O 2 (aq) SO 4 2- (aq) + H 2 O. Analise os dados descritos na questão e assinale a alternativa correta. a) Íons SO 3 2- são oxidados, originando íons SO 4 2-, atuando, portanto, como agentes oxidantes. b) A reação não envolve processos de transferência de elétrons, e se diz que é de substituição eletrofílica. c) No processo de doseamento de SO 3 2-, H 2 O 2 é reduzido a H 2 O e atua como agente redutor. d) Uma amostra que contém 0,001g de SO 3 2- em 1kg de vinho satisfaz o limite de tolerância estabelecido. e) Uma amostra que contém 10 mols de SO 3 2- por 1kg de vinho é equivalente à concentração 10ppm em SO 3 2-. 13. (Ufc) Os alvejantes são comumente constituídos de agentes oxidantes, que retiram elétrons dos materiais coloridos, transformando-os em outras substâncias incolores, normalmente solúveis em água. Por exemplo, na limpeza de uma peça de roupa branca manchada de iodo (cor púrpura), pode-se aplicar uma solução aquosa de tiossulfato de
sódio (Na 2 S 2 O 3 ), que originará produtos incolores e solúveis em água, conforme indicado a seguir. I 2 (s) + 2Na 2 S 2 O 3 (aq) 2NaI(aq) + Na 2 S 4 O 6 (aq) O valor aproximado do volume mínimo, em ml, de uma solução 1,0 M de Na 2 S 2 O 3, necessário para reagir completamente com 2,54 g de I 2, será: a) 40 b) 10 c) 20 d) 0,01 e) 0,04 14. (Ufc) O soro caseiro é preparado pela completa dissolução de porções de açúcar (C 12 H 22 O 11 ), e de sal de cozinha (NaCl), em água fervida. Esta solução é bastante eficaz no combate à desidratação crônica, em crianças com elevado grau de desnutrição. Estabelecendo-se que a massa das porções de açúcar e sal são 0,171g e 0,585g, respectivamente, dissolvidos em 500mL de água, e considerando-se que estas massas são desprezíveis com relação ao volume total da solução, as concentrações de C 12 H 22 O 11 e NaCl em mol.l -1 nesta solução são, respectivamente: a) 1,0 10-4 e 2,0 10-3 b) 0,001 e 0,02 c) 0,005 e 0,10 d) 1,0 10-5 e 2,0 10-4 e) 3,42 e 11,7 15. (Ita) Um litro de uma solução aquosa contém 0,30mol de íons Na +, 0,28mol de íons Cl -, 0,10mol de íons SO 4 2- e x mols de íons Fe 3+. A concentração de íons Fe 3+ (em mol/l) presentes nesta solução é a) 0,03 b) 0,06 c) 0,08 d) 0,18 e) 0,26 16. Para neutralizar uma alíquota de 25 ml de uma solução de H 2 SO 4 foram consumido 30 ml de solução 0,1 molar de NaOH. A massa de H 2 SO 4 contida em 250 ml de solução é: Dados : Massa atômicas : H=1; S=32; O=16; Na=23 (u) a) 0,49 g b) 0,98 g
c) 1,47 g d) 1,96 g e) 2,94 g 17. (Ita) Considere as três soluções aquosas contidas nos frascos seguintes: - Frasco 1: 500 ml de HCl 1,0 molar. - Frasco 2: 500 ml de CH 3 COOH 1,0 molar. - Frasco 3: 500 ml de NH 4 OH 1,0 molar. Para a temperatura de 25 C sob pressão de 1atm, são feitas as seguintes afirmações: I. A concentração de íons H + no frasco 1 é aproximadamente 1,0mol/litro. II. A concentração de íons H + no frasco 2 é aproximadamente 1,0mol/litro. III. A concentração de íons OH - no frasco 3 é aproximadamente 1,0mol/litro. IV. A mistura de 100ml do conteúdo do frasco 1 com igual volume do conteúdo do frasco 2 produz 200ml de uma solução aquosa cuja concentração de íons H + é aproximadamente 2,0 mol/litro. V. A mistura de 100ml do conteúdo do frasco 1 com igual volume de conteúdo do frasco 3 produz 200ml de uma solução aquosa cujo ph é menor do que sete. Das afirmações anteriores estão ERRADAS apenas: a) I e V. b) I, II e III. c) II, III e IV. d) III, IV, V. e) IV e V. 18. (Ita) Considere as seguintes soluções: I. 10g de NaCl em 100g de água. II. 10g de NaCl em 100ml de água. III. 20g de NaCl em 180g de água. IV. 10 mols de NaCl em 90 mols de água. Destas soluções, tem concentração 10% em massa de cloreto de sódio: a) Apenas I b) Apenas III c) Apenas IV d) Apenas I e II e) Apenas III e IV. 19. (Ita) Para preparar 80L de uma solução aquosa 12% (massa/massa) de KOH (massa específica da solução=1,10g/cm 3 ) foram adicionadas x litros de uma solução aquosa 44% (massa/massa) de KOH (massa específica da solução=1,50g/cm 3 ) e y litros de água deionizada (massa específica=1,00g/cm 3 ). Os valores de x e de y são respectivamente:
a) 12L e 68L. b) 16L e 64L. c) 30L e 50L. d) 36L e 44L. e) 44L e 36L. 20. (Unicamp) Um dos grandes problemas das navegações do século XVI referia-se à limitação de água potável que era possível transportar numa embarcação. Imagine uma situação de emergência em que restaram apenas 300 litros (L) de água potável (considere-a completamente isenta de eletrólitos). A água do mar não é apropriada para o consumo devido à grande concentração de NaCl(25g/L), porém o soro fisiológico (10g NaCl/L) é. Se os navegantes tivessem conhecimento da composição do soro fisiológico, poderiam usar água potável para diluir água do mar de modo a obter o soro e assim teriam um volume maior de líquido para beber. a) Que volume total de soro seria obtido com a diluição se todos os 300 litros de água potável fossem usados para este fim? b) Considerando-se a presença de 50 pessoas na embarcação e admitindo-se uma distribuição eqüitativa do soro, quantos gramas de NaCl teriam sido ingeridos por cada pessoa? c) Uma maneira que os navegadores usavam para obter água potável adicional era recolher água de chuva. Considerando-se que a água da chuva é originária, em grande parte, da água do mar, como se explica que ela possa ser usada como água potável?