Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri Bacharelado em Ciência e Tecnologia Diamantina - MG Solução: é uma mistura homogênea de soluto e solvente. Solvente: Componente cujo estado físico é preservado. Soluto: Dissolvido no solvente. Prof a. Dr a. Flaviana Tavares Vieira Observação: Se todos os componentes estiverem no mesmo estado físico,o solvente é aquele presente em maior quantidade. Exemplos de Soluções -Como soluções líquidas são as mais comuns, daremos atenção a elas. -Principal objetivo: examinar as propriedades físicas das soluções, comparando-as com as propriedades de seus componentes. O Processo de Dissolução -Uma solução é formada quando uma substância se dispersa uniformemente em outra. -As forças intermoleculares agem entre partículas de soluto e em moléculas de solventes. -Forças íon-dipolo predominam em soluções de substâncias iônicas em água. 1
Preparando uma Solução de NaCl em Água -Quando o NaCl é adicionado à água, as moléculas de água se orientam na superfície dos cristais de NaCl. -A extremidade positiva do dipolo da água é orientada no sentido dos íons Cl- e a extremidade negativa do dipolo da água é orientada no sentida dos íons Na+. A substância iônica NaCl se dissolve rapidamente em água porque as interações atrativas entre os íons e as moléculas polares de H2O superam a energia de rede de NaCl(s) -As interações entre moléculas de soluto e de solvente são solvente são conhecidas como SOLVATAÇÃO. -As atrações íons-dipolo entre os íons e as moléculas de água são suficientemente fortes para puxar os íons de suas posições no cristal -Quando é a água, as interações são conhecidas como HIDRATAÇÃO. Solubilidade, em gramas, de algumas substâncias por 100g de água em diferentes temperaturas Curvas de Solubilidade em função da temperatura para algumas substâncias em água 2
Mudanças de energia e formação de solução Há 3 fases de energia na formação de uma solução: a separação das moléculas do soluto ( H 1 ), a separação das moléculas do solvente ( H 2 ) e a formação das interações soluto-solvente ( H 3 ). Definimos a variação de entalpia no processo de dissolução como H dissol = H 1 + H 2 + H 3 O H sol pode tanto ser positivo como negativo, dependendo das forças intermoleculares. Mudanças de energia e formação de solução A quebra de forças intermoleculares é sempre endotérmica. A formação de forças intermoleculares atrativas é sempre exotérmica. Mudanças de energia e formação de solução Para determinar se o H dissol é positivo ou negativo, consider-se os comprimentos de todas as interações soluto-soluto e soluto-solvente: H 1 e H 2 são ambos positivos. H 3 é sempre negativo. É possível termos tanto H 3 > ( H 1 + H 2 ) quanto H 3 < ( H 1 + H 2 ). Mudanças de energia e formação de solução Ex.: O NaOH adicionado à água tem H dissol = -44,48 kj/mol. O NH 4 NO 3 adicionado à água tem H dissol = + 26,4 kj/mol. Regra : os solventes polares dissolvem solutos polares. Os solventes apolares dissolvem solutos apolares. Por quê? -Se o H dissol é demasiadamente endotérmico, não haverá a formação de uma solução. -NaCl em gasolina: as forças íon-dipolo são fracas, uma vez que a gasolina é apolar. Conseqüentemente, as forças íondipolo não são compensadas pela separação de íons. 3
Mudanças de energia e formação de solução Formação de Solução, Espontaneidade e Desordem Água em octano: a água tem ligações de H fortes. Não há forças atrativas entre a água e o octano para compensar as ligações de H. Um processo espontâneo ocorre sem intervenção externa. Quando a energia do sistema diminui (por exemplo, deixar um livro cair e permitir que ele caia para uma energia potencial mais baixa), o processo é espontâneo. Alguns processos espontâneos não envolvem a variação do sistema para um estado de energia mais baixa (por exemplo, uma reação endotérmica). Formação de Solução, Espontâneidade e Desordem Se o processo leva a um maior estado de desordem, então o processo é espontâneo. Exemplo: um mistura de CCl 4 e C 6 H 14 é menos ordenada do que os dois líquidos separados. Conseqüentemente, eles se misturam espontaneamente, apesar do H dissol ser muito próximo de zero. Há soluções que se formam a partir de processos físicos e outras por processos químicos. Formação de Solução, Espontaneidade e Desordem Formação de Solução e Reações Químicas Exemplo: uma mistura de CCl 4 e C 6 H 14 é menos ordenada. Considere: Ni(s) + 2HCl(aq) NiCl 2 (aq) + H 2 (g) Observe que a forma química da substância sendo dissolvida se alterou (Ni NiCl 2 ). Quando toda a água é removida da solução, não se encontra o Ni, apenas NiCl 2 6H 2 O(s). Conseqüentemente, a dissolução do Ni em HCl é um processo químico. Formação de Solução e Reações Químicas Exemplo: NaCl(s) + H 2 O (l) Na + (aq) + Cl - (aq). Quando a água é removida da solução, encontra-se NaCl. Conseqüentemente, a dissolução do NaCl é um processo físico. 4
Soluções Saturadas e Solubilidade Dissolva: soluto + solvente solução. Cristalização: solução soluto + solvente. Saturação: a cristalização e a dissolução estão em equilíbrio. Solubilidade: é a quantidade de soluto necessária para formar uma solução saturada. Supersaturada: é uma solução formada quando dissolve-se mais soluto do que em uma solução saturada. Fatores que afetam a solubilidade Interações soluto-solvente Os líquidos polares tendem a se disssolver em solventes polares. Líquidos miscíveis: misturam-se em quaisquer proporções. Líquidos imiscíveis: não se misturam. As forças intermoleculares são importantes: água e etanol são miscíveis porque as ligações de hidrogênio quebradas em ambos os líquidos puros são reestabelecidas na mistura. O número de átomos de carbono em uma cadeia afeta a solubilidade: quanto mais átomos de C, menos solúvel em água. Fatores que afetam a solubilidade Interações soluto-solvente O número de grupos -OH dentro de uma molécula aumenta a solubilidade em água. Fatores que Fatores afetam que afetam a solubilidde a solubilidade Interação soluto-solvente Generalização: semelhante dissolve semelhante. Quanto mais ligações polares na molécula, mais facilmente ela se dissolve em um solvente polar. Quanto menos polar for a molécula, mais dificilmente ela se dissolve em um solvente polar e melhor ela se dissolve em um solvente apolar. Interações soluto-solvente Interações soluto-solvente As redes sólidas não se dissolvem porque as forças intermoleculares fortes no sólido não são reestabelecidas em nenhuma solução. Efeitos da pressão A solubilidade de um gás em um líquido é uma função da pressão do gás. 5
Efeitos da Pressão Efeitos da Pressão Quanto maior a pressão, mais próximas as moléculas de gás estarão do solvente e maior a chance da molécula de gás atingir a superfície e entrar na solução. Conseqüentemente, quanto maior for a pressão, maior a solubilidade. Quanto menor a pressão, menor a quantidade de moléculas de gás próximas ao solvente e menor a solubilidade. Se S g é a solubilidade de um gás, k é uma constante e P g é a pressão parcial de um gás, então, a Lei de Henry nos fornece: Sg kp g Efeitos da Pressão As bebidas carbonadas são engarrafadas com uma pressão parcial de CO 2 > 1 atm. Ao abrirmos a garrafa, a pressão parcial de CO 2 diminui e a solubilidade do CO 2 também diminui. Conseqüentemente, bolhas de CO 2 escapam da solução. Efeitos de Temperatura A experiência nos mostra que o açúcar se dissolve melhor em água quente do que em água fria. Geralmente, à medida que a temperatura aumenta, a solubilidade dos sólidos aumenta. Algumas vezes, a solubilidade diminui quando a temperatura aumenta Exemplo: [Ce 2 (SO 4 ) 3 ]. Efeitos de Temperatura A experiência nos mostra que as bebidas carbonadas ficam insípidas ao serem aquecidas. Conseqüentemente, os gases se tornam menos solúveis à medida que a temperatura aumenta. A poluição térmica: se os lagos se aquecem muito, o CO 2 e o O 2 tornam-se menos solúveis e ficam indisponíveis para as plantas ou animais. 6
Formas de Expressar a Concentração Porcentagem de massa, ppm e ppb Todos os métodos envolvem medir a quantidade de soluto em função da quantidade de solvente (ou da solução). Geralmente, as quantidades ou medidas são massas, quantidade de matéria ou litros. Qualitativamente, as soluções são dilutas ou concentradas. Definições: Porcentagem de massa, ppm e ppb Partes por milhão (ppm) podem ser expressas como 1 mg de soluto por quilograma de solução. Se a densidade da solução é 1g ml -1, então 1 ppm = 1 mg de soluto por litro de solução. Partes por bilhão (ppb) são 1 g de soluto por quilograma de solução. Fração em quantidade de matéria, concentração em quantidade de matéria e molalidade Lembre-se que a massa pode ser convertida em quantidade de matéria usando a massa molar. Fração em quantidade de matéria, concentração em quantidade de matéria e molalidade A conversão entre concentração em quantidade de matéria (c) e molalidade (m) necessita da densidade. 7
Porcentagem em Massa Molalidade Parte por Milhão Diluições das Soluções -Frequentemente temos que preparar uma nova solução, menos concentrada, a partir de uma solução estoque. -Para diluir uma solução, basta adicionar mais solvente. -O volume da solução aumenta, mas a quantidade, em mol, permanece a mesma. Titulação Objetivo: Sabendo a concentração de uma solução padrão (ex. NaOH), pode-se determinar a concentração de uma solução com concentração desconhecida (ex. HCl) e portanto a quantidade de matéria (ex. HCl). Na equação de neutralização: 1HCl(aq) + 1NaOH(aq) NaCl(aq) + H2O(l) A quantidade de matéria de HCl é igual a de NaOH (1:1), portanto: Titulação BROWN, T.L.; Jr, H.E.L. Química a Ciência Central, 9ª ed.. Ed. Prentice Hall. São Paulo, 2005. 972p. CHANG, R. Química. 5ª ed. Ed. McGraw-Hill. Portugal, 1994. 1.117p. 48 8
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