Soluções

Question 1

No estudo dos materiais do cotidiano percebe-se que eles se apresentam na forma de substâncias e/ou misturas.
Essas misturas podem ser classificadas quanto o aspecto visual.
Apresentando 1 aspecto visual chamamos de homogêneas, mais de 1 aspecto de heterogêneas.
Essa classificação foi trabalhada na aula de classificação dos materiais (substâncias e misturas).

Answer 1

As misturas homogêneas (1 aspecto visual) podem também ser chamadas de soluções.
Ex.: Solução de soro fisiológico.
As misturas heterogêneas (mais de um aspecto visual) são também conhecidas como dispersões.
Ex.: Gelatina, Sangue, água barrenta

Question 2

Nas soluções há o material a ser dissolvido e o material que realiza a dissolução, para cada um desses materiais damos um nome diferenciado.
A substância a ser dissolvida damos o nome de soluto.
A substância que realiza a dissolução (aonde o soluto será dissolvido) damos o nome de solvente.
Para as dispersões a nomenclatura é diferenciada: nas dispersões utilizamos os termos disperso e dispersante ou dispergente.

Answer 2

Para as soluções, podemos classificar o soluto e o solvente a partir do estado de agregação.

Mesmo estado de agregação:
Soluto estará em menor quantidade e Solvente em maior quantidade.

Estados de agregação diferentes:
Soluto é o material a ser dissolvido e Solvente o material que irá dissolver o soluto.

Question 3

Nas dispersões o Disperso é o material disseminado no Dispersante.
Uma dificuldade no estudo de soluções é diferenciar uma Solução “verdadeira” de um Colóide.

Uma técnica utilizada para realizar essa diferenciação é conhecida como Efeito Tyndall.
Essa técnica se baseia no espalhamento da luz.

Answer 3

Classificação das Soluções:

Uma das formas de classificação das soluções baseia-se na quantidade dos materiais misturados.

Soluto será o material em menor quantidade.

Solvente será o material em maior quantidade

Question 4

Classificação das Soluções:
As soluções podem ser classificadas quanto a quantidade de material dissolvido.

Nessa classificação as soluções são chamadas de:
Saturada;
Insaturada e
Supersaturada

Answer 4

Essa classificação se baseia na quantidade de material dissolvido.
Nesse caso temos que saber qual a quantidade máxima de soluto que pode ser dissolvido.
Essa quantidade máxima é conhecida como Coeficiente de solubilidade.
C.S. é a quantidade necessária de uma substância para saturar uma quantidade de solvente, em determinadas condições de temperatura e pressão

Question 5

Nesse caso temos:

Solução saturada: Solução onde, a quantidade de soluto dissolvido é igual ao coeficiente de solubilidade.

Solução insaturada: Solução onde, a quantidade de soluto dissolvido não atingiu o coeficiente de solubilidade.

Solução supersaturada: Solução onde, a quantidade de soluto dissolvido ultrapassou o coeficiente de solubilidade.

Answer 5

O coeficiente de solubilidade varia com a temperatura.

A dissolução do material pode ser endotérmica ou exotérmica.
Endotérmica: no gráfico sobe
Exotérmica: no gráfico desce

Question 6

Para se preparar uma solução supersaturada é necessário variar a temperatura.
Situação 1
T = 20 ºC Sistema heterogêneo
—-> AQUECE
Situação 2
T = 50 ºC Sistema homogêneo
—-> RESFRIA

Answer 6

Situação 3
T = 20 ºC Sistema homogêneo
—-> ADICIONA O CRISTAL
Situação 4
T = 20 ºC Sistema heterogêneo

Question 7

Concentração de Soluções
Sabemos que uma certa quantidade de soluto pode ser dissolvido em certa quantidade de solvente.

Medir a quantidade de material dissolvido é de extrema relevância para o estudo das soluções.

Essa quantidade dissolvida pode ser expressa de diversas formas, isto é, em diversos tipos de medidas de concentração.
Ex.: Teor de álcool no vinho: ≈ 14%

Answer 7

Em geral, usamos o termo Concentração para medirmos a relação entre Soluto e Solvente numa solução.

Para o que vamos estudar, foi adotado a seguinte convenção:

Índice 1, para quantidades relativas ao soluto;

Índice 2, para quantidades relativas ao solvente e

Sem índice, para quantidades relativas a solução

Question 8

Existem várias formas de se medir a concentração, a que vamos estudar são as seguintes:
Concentração comum (C);

τFração em massa, Título ();

Fração em mol (X);

Concentração molar, molaridade (Cm) e

PPM (partes por milhão)

Answer 8

Concentração comum (C):

Indica a quantidade, em gramas, de soluto existente em 1 litro de solução.
m1 indica a massa do soluto. (gramas)
V indica o volume da solução. (Litro)
M¹ massa de soluto
C = —- ——-> C = ————————— ( unidade g/litro)
V. Volume da solução

Question 9

Exemplo:

Foi pesado 20 g de NaOH e adicionado a um balão volumétrico de 500 mL. Completou-se o volume do balão até a marca. Qual a concentração, em g/L, dessa solução?

m1 = 20 g
V = 500 mL ou 0,5 L

Answer 9

M¹ 20
C = —- C = —— = 40 g/L
V. 0,5

Question 10

Fração em massa, Título (Ŧ):
É a relação entre a massa do soluto e a massa da solução. Não há unidade de medida para o título.

Answer 10

M soluto
Ŧ = —————
M solução

M solução = M soluto + M solvente

Temos = M soluto
Ŧ = ————————————
M soluto + M solvente

Question 11

Relação entre a Concentração comum e o Título:
M soluto. | t.m solução
Ŧ = ————— | C = ——————-
M solução. | V solução

   M¹               | C = ----               |      C = t.d
   V.                |

Answer 11

Com d em g/L
Com g em g/cm³, temos:
C = 1.000.d. ŧ = 10.p.d

Sendo :
D = densidade da solução = massa da solução (g)
volume da solução (Cm ³)
T = título
P = porcentagem em massa ( p = 100 . ŧ)

Question 12

Fração em mol (X):
É a relação entre o número de mols do soluto e o número de mols da solução.
A fração molar não possui unidade de medida.

xª = N a. N a. N b
——————— —> X a = ———— ; ———-
N a + N b + … N total. N total

Answer 12

Concentração molar (Cm):
Indica a quantidade, em mols, de soluto existente em 1 litro de solução.
n indica a quantidade de matéria do soluto. (mol¯¹)
V indica o volume da solução. (Litro)
N soluto. m¹ m¹
M = ——————- —–> n = —— = M = ——-
V solução (L) MM. M M ¹. V

Question 13

Relação entre Concentração comum, Título e Concentração molar:
m¹
C = ——- m¹ = C.V (l) (L)
V (l)
m¹
M = ————– m¹ = M .V (l) mol (ll)
V (l) mol

Answer 13

Igualando (I) e (II)
C.V (I) = M . V (l) . Mol
C = M . mol

Question 14

PPM (partes por milhão):

Medida usada para soluções extremamente diluídas.

Answer 14

Relaciona a quantidade de soluto disperso em 1.000.000 de quantidade da solução.

Question 15

Processos como mistura e diluição de soluções são processos comuns no cotidiano.
São exemplos de diluições que realizamos diariamente:
Adicionar água ao suco de frutas concentrado;
Colocar um pouco de água quente no café “forte” para torná-lo mais “fraco”;
Diluir certas bebidas com água tônica;
Diluir o detergente líquido com água;
Adicionar solvente à tinta para torná-la mais fluida etc.

Answer 15

Normalmente as soluções aquosas de produtos químicos são vendidas em concentrações elevadas.
Porém, em laboratórios, indústrias ou até em casa essas soluções são diluídas antes de serem empregadas.
Esse procedimento evita o peso e o custo do transporte, além de permitir que o próprio consumidor controle a concentração.

Question 16

Mas afinal, o que é diluição?
Diluição é a ação de diminuir a concentração de certa solução pela adição de mais solvente a mistura. Nesse processo, o volume e a concentração de uma solução são inversamente proporcionais.

Answer 16

É possível estimar qual será a concentração final de um processo de diluição?
Percebe-se que a massa de soluto inicial é igual a massa do soluto final, pois foi adicionado apenas solvente puro.

Question 17

Utilizando a fórmula de concentração comum podemos deduzir uma expressão que indique a concentração final de uma diluição.
M1. M1
Ci = —– = adição de solvente = cf ——–
V1. V2

Answer 17

Multiplicando cruzado as duas equações, temos:
M1 = Ci x V1 = (1)
M2 = Cf x V2 = (2)
Como a massa do soluto antes e depois da adição de solvente são iguais (M antes = M depois) podemos igualar as equações (1) e (2)

Question 18

Igualando as duas equações iremos obter a seguinte expressão:
Ci x V₁ = Cf x V₂
Sendo assim, podemos estimar qual a concentração final de uma solução quando realizarmos a diluição de soluções.
Para outras medidas de concentração, podemos chegar a mesma conclusão, por exemplo:
C(m)i x V₁ = C(m)f x V₂

Answer 18

Além da diluição de soluções, o processo de mistura de soluções também é muito abordado em laboratórios e até mesmo no dia-a-dia.
A mistura de café com leite em nossas refeições;
Mistura de tintas de cores diferentes para obter outra tonalidades.
Essas misturas podem ocorrer com o mesmo soluto ou com solutos diferentes.
No caso de solutos diferentes, pode ainda ocorrer reações químicas entre as soluções.

Question 19

Em qualquer caso, porém, estaremos supondo que o solvente é sempre o mesmo.
Essa consideração será importante pois, só dentro dessa hipótese e que o volume final será igual à soma dos volumes iniciais.

Vamos começar com o caso onde a mistura é realizada com soluções que contém o mesmo soluto.
Veja a representação a seguir:

Answer 19

Misturando a solução 1 com a solução 2 teremos uma solução 3 que terá uma concentração entre 1 e 2.
Em outras palavras, a concentração final é a média ponderada das
concentrações iniciais.
Veja como podemos chegar a essa conclusão:
m3 = m1 + m2

Question 20

Como vimos anteriormente, m = C x V, então substituindo essa ideia, temos:
C3 x V3 = (C1 x V1) + (C2 x V2)
Isolando a concentração final (C3), teremos:
C3 = C1xV1 +(C2xV2) V3
Logo, a concentração final de uma mistura de solutos idênticos será a média ponderada de suas concentrações.

Answer 20

No caso de soluções de solutos diferentes que reagem entre si, temos o exemplo da reação entre ácido e base.
Havendo reação química, e não simples mistura, esses problemas devem ser resolvidos com o auxílio do cálculo estequiométrico.
Quando os dois solutos entram em reação, podem ocorrer duas situações:
Os dois solutos estão em quantidades exatas para reagir;
Caso contrário, sobrará um excesso do primeiro ou do segundo.

Question 21

Como trata-se de uma reação entre ácido e base (reação de neutralização), é necessário compreender como ela ocorre.

Nesse tipo de reação, a quantidade de íon hidrônio (H⁺) proveniente do ácido será igual a quantidade de íon hidroxila (OH⁻) proveniente da base.
Quando ocorrer esse caso a reação será uma neutralização total, e a união dos dois íons formará água (H⁺ + OH⁻ → H2O).
Ácido + Base → Sal + Água
HCl + NaOH → NaCl + H2O (HOH)

Answer 21

Essa mistura de soluções de solutos diferentes onde ocorre uma reação química é conhecida como Titulação ou volumetria.

Na titulação o que se faz é medir o volume de uma solução conhecida que reage o a amostra em análise.

Em seguida, a partir do volume medido, determinam-se as quantidades desconhecidas, por meio de cálculos.

Question 22

A metodologia para esse procedimento é o seguinte:
1º Passo:
Encontrar todos os dados relacionados ao ácido e a base.
2º Passo:
Encontrar o número de mols a partir da relação:
N1
Cm = —–
V

Answer 22

3º Passo
Regra de três entre os coeficientes e o valor encontrado no 2º passo.

Question 23

No estudo das soluções, a presença de soluto altera o comportamento do solvente.
Quando estudamos substâncias e misturas vimos que, as substâncias possuem propriedades físicas constantes.
Quando alguma impureza (soluto) contamina a substância, altera o valor dessas propriedades físicas.
Os estudos coligativos estão relacionados exatamente com essas mudanças.

Answer 23

Propriedades (Efeitos) coligativos estudam as variações das propriedades físicas pela presença de um soluto em um solvente puro.
Vale ressaltar que, as propriedades coligativas dependem apenas do número de partículas dissolvidas e não de sua natureza.
As propriedades coligativas são as seguintes:
Tonoscopia;
Ebulioscopia;
Crioscopia e
Osmoscopia

Question 24

Tonoscopia:
Estuda a variação ocorrida na pressão de vapor pela presença de um soluto não volátil em um solvente.
É sabido que qualquer líquido evapora, mesmo antes de atingir a sua temperatura de ebulição.
Isso ocorre pois, em qualquer temperatura, as moléculas estão sempre em movimento.

Answer 24

Algumas moléculas, porém, possuem velocidades maiores do que as outras e, por isso, conseguem “escapar” passando para a atmosfera.
Imagine que iremos realizar o mesmo fato, só que agora em um recipiente fechado.

Question 25

Assim como no caso do líquido em recipiente aberto, as partículas do líquido “escapam” para a fase vapor. Na fase gasosa, as partículas se movimentam em alta velocidade, chocam-se entre si e contra as paredes do recipiente. Essa colisão com a parede do recipiente causa uma certa pressão. Essa pressão é conhecida como Pressão de vapor ou Pressão máxima de vapor, que corresponde a pressão causada pelo vapor proveniente do líquido.

Answer 25

Se realizarmos a mesma experiência, só que, ao invés de usarmos solvente puro, usarmos uma solução, o que irá acontecer? Iremos perceber que a quantidade de líquido que passou para a fase vapor diminui. Isto é, o soluto não volátil dificultou a passagem do solvente da fase líquida para a fase gasosa.

Question 26

Porque esse fenômeno acontece? Isso ocorre devido as interações entre as moléculas do solvente e as partículas do soluto. Concluímos então que a pressão máxima de vapor da solução é menor do que a pressão máxima de vapor do líquido puro. Construindo o gráfico da pressão máxima de vapor da solução e do solvente puro em função da temperatura, temos:

Answer 26

A partir do gráfico, podemos extrair os seguintes valores e definições: P0 → Pressão máxima de vapor do líquido puro, à temperatura t. P → Pressão máxima de vapor da solução, à mesma temperatura. P0 – P = ΔP → Abaixamento absoluto da pressão máxima de vapor da solução. 𝑃0−𝑃 ∆𝑃 -------- = ----- 𝑃0. = 𝑃0 → Abaixamento relativo da pressão máxima de vapor da solução.

Question 27

No caso da tonoscopia, o cientista francês François Marie Raoult verificou que, 1 mol de qualquer soluto em 1 Kg de solvente possui o mesmo efeito. A definição correta seria: “A pressão máxima de vapor de uma solução diluída, de soluto não volátil e não iônico, é igual ao produto da pressão máxima de vapor do solvente puro pela fração molar do solvente na solução.” Matematicamente sendo representada: P = P0 · X

Answer 27

Onde: P0 → Pressão máxima de vapor do líquido puro, à temperatura t. P → Pressão máxima de vapor da solução, à mesma temperatura. X2 → Fração molar do solvente na solução. Realizando os cálculos relativos a pressão de vapor da solução: 𝑃0−𝑃 ∆𝑃 ----- ------ (Abaixamento relativo) 𝑃0 = 𝑃0 P = P0 · X2 (Lei de Raoult)

Question 28

Realizando a substituição: 𝑃0−(𝑃0∙𝑋2) ∆𝑃 ---------------- = -------- 𝑃0. 𝑃0 Colocando P0 em evidência, teremos: 𝑃0(1−𝑋2) ∆𝑃 ∆𝑃 ------------- = ------ = 1−𝑋2= 𝑋1 -----> --- = X1 𝑃0. 𝑃0. 𝑃0

Answer 28

Temos como consequência: “Numa solução diluída de um soluto não volátil e não iônico, o abaixamento relativo da pressão máxima de vapor é igual à fração molar do soluto."

Question 29

Utilizando a ideia de fração molar, temos: 𝑛1 X1 = -------- 𝑛1+𝑛2 Como trata-se de uma solução diluída, n1 + n2 ≈ n2, portanto= 𝑛1 X1 = ----- 𝑛2 𝑀2∙𝑚1 X1 = -------- 𝑚2∙𝑀1

Answer 29

∆𝑃 ∆𝑃 𝑀2∙𝑚1 ---- = X1 ---- = ----------- 𝑃0. 𝑃0. 𝑚2∙𝑀1 Como o primeiro membro é constante, temos: ∆𝑃 (1000𝑚1) ----- = Kt 𝑥 ------------- 𝑃0. (𝑚2∙𝑀1)

Question 30

A aula está voltada para o estudo da propriedade coligativa conhecida como ebulioscopia ou ebuliometria. Ebulioscopia é o estudo da elevação da temperatura ebulição de um líquido, ocasionada pela dissolução de um soluto não-volátil. Logo, para entendermos essa propriedade é necessário termos o conceito de ebulição bem estruturado. Quando uma substância passa do estado líquido para o estado gasoso, o fenômeno é denominado vaporização.

Answer 30

Essa vaporização pode ocorrer de duas maneiras: Por evaporação, que é uma vaporização lenta e ocorre somente na superfície do líquido. Por ebulição, que é uma vaporização rápida, com a formação de bolhas em todo o interior do líquido.

Question 31

Para que a ebulição aconteça, é necessário que a pressão do vapor (po) existente no interior de cada bolha seja igual ou superior a pressão externa. A pressão externa sobre a bolha é dada pela soma da pressão atmosférica com a pressão da camada líquida acima da bolha. A pressão da camada líquida pode ser considerada desprezível, logo: Um líquido entra em ebulição quando a pressão máxima de seus vapores (po) torna-se igual à pressão externa.

Answer 31

Vejamos o exemplo da água. Ao nível do mar, onde a pressão vale 1 atm (760 mmHg), a água pura ferve a 100 °C. Na temperatura de 100 °C a pressão máxima de vapor se iguala a pressão atmosférica do local. Qualquer localidade acima do nível do mar, a pressão ambiente será menor que 1 atm. Quando isso ocorrer a água pura ferverá abaixo de 100 °C.

Question 32

Já em uma panela de pressão, a pressão sobre a água torna-se maior que 1 atm e a água passa a ferver acima de 100 °C. Tudo relatado até agora vale para os demais líquidos puros. Na prática, percebe-se que líquidos mais voláteis fervem com mais facilidade.

Answer 32

Iremos aplicar agora o mesmo raciocínio para soluções, isto é, solventes que possuem solutos não-voláteis dissolvidos. Como comentado na tonoscopia, a pressão máxima de vapor da solução sempre será menor que a do líquido puro. Dessa forma, a curva de pressão de vapor da solução estará sempre abaixo da curva do solvente puro. Logo, a solução ferverá a uma temperatura maior do que a do solvente puro.

Question 33

Esse fato é bastante lógico, visto que, como a solução emite menos vapores, será necessário mais calor para ferver a solução. Você pode constatar isso colocando uma panela no fogo. Coloque água e espere ela ferver, jogue um pouco de sal e veja o que acontece!

Answer 33

É possível concluir que, o efeito ebulioscópico (aumento da temperatura de ebulição) (Δ te) é uma consequência do efeito tonoscópico. Então, a elevação da temperatura de ebulição da solução (te) é a diferença entre a temperatura de início de ebulição da solução (t) e a temperatura de ebulição do líquido puro (to), sob mesma pressão externa.

Question 34

O mesmo pesquisador que estudou a tonoscopia (Raoult), verificou que a ebulioscopia tem grande semelhança com a tonoscopia. Dessa constatação, vem o enunciado da lei de Raoult para a ebulioscopia: Em uma solução diluída de um soluto qualquer, não-volátil e não-iônico, a elevação da temperatura de ebulição é diretamente proporcional à molalidade da solução. 1000𝑚1 Δte = Ke · W ou Δte = Ke · ----------- 𝑚2∙𝑀1

Answer 34

Dessa forma, na equação Δte = Ke · W, quando a solução é 1 molal (W = 1), temos Δte = Ke. Isso significa que Ke representa a elevação da temperatura de ebulição que ocorre na solução. Sendo assim, Ke é chamado de constante ebulioscópica do solvente, pois Ke depende só do solvente e não do soluto. O Ke para um determinado solvente é calculado: 𝑅𝑇² Ke = ----------- 1000𝐿𝑣

Question 35

Para a constante ebulioscópica, temos: R = constante universal dos gases perfeitos (≈ 2 cal/K·mol) T = temperatura absoluta de ebulição do solvente puro (K) Lv = calor latente de vaporização do solvente puro (cal/g)

Answer 35

Para o caso da água temos: 2𝑥3732 Ke= ------------- → Ke = = 0,52 °C·Kg/mol 1000𝑥538

Question 36

_____ : A adição de um soluto não volátil a um solvente diminui a temperatura de congelamento da solução. Pressão _____ : É a pressão que causa o movimento do solvente de uma região menos concentrada para uma mais concentrada através de uma membrana semipermeável. Equação de _____ : A pressão osmótica (π) é calculada pela fórmula π = iMRT, onde i é o fator de Van't Hoff, M é a molaridade, R é a constante dos gases e T é a temperatura absoluta.

Answer 36

Crioscopia Osmótica Van't Hoff

Question 37

O fenômeno da crioscopia é utilizado em aditivos de radiador para evitar o congelamento em climas frios, enquanto a osmose é importante em processos biológicos. Propriedades coligativas: Dependem da quantidade de soluto dissolvido e não da natureza do soluto, afetando a pressão de vapor, ponto de ebulição e ponto de congelamento das soluções.

Answer 37

A adição de um soluto não volátil em um solvente faz com que a temperatura de congelamento da solução diminua, não aumente. A pressão osmótica faz com que o solvente migre espontaneamente do meio menos concentrado (solvente puro) para o meio mais concentrado (solução).

Question 38

A difusão como o movimento espontâneo entre partículas de substâncias diferentes que se misturam, dando origem a uma solução. A equação da pressão osmótica, onde a pressão é diretamente proporcional à concentração molar e à temperatura absoluta, seguindo a equação dos gases perfeitos.

Answer 38

O abaixamento da temperatura de congelamento de uma solução é diretamente proporcional à moralidade (concentração molar). A adição de um soluto não volátil em um solvente faz com que a pressão de vapor da solução diminua em relação ao solvente puro.

Question 39

A _____ é a propriedade coligativa que estuda o aumento da temperatura de ebulição de uma solução em comparação com o solvente puro. A _____ é a propriedade coligativa que estuda o abaixamento da temperatura de congelamento de uma solução, não o aumento da temperatura de ebulição.

Answer 39

Ebuloscopia Crioscopia

Question 40

A pressão osmótica do ________ é maior que a pressão osmótica da solução, por isso o solvente migra do meio menos concentrado para o mais concentrado.

Answer 40

solvente puro