PREPARO DE SOLUÇÕES
Uma solução, no sentido amplo, é uma dispersão homogênea de duas ou mais substâncias moleculares ou iônicas. No âmbito mais restrito, as dispersões que apresentam as partículas do disperso (soluto) com um diâmetro inferior a 10 Å são denominadas soluções. Quando este diâmetro situa-se entre 10 e 1000 Å, temos dispersões coloidais.
Exemplos de dispersões coloidais são gelatina, goma arábica, dispersões de proteínas (como de albumina bovina), fumaça, entre outros. Quando as partículas do disperso possuem diâmetro superior a 1000 Å, temos dispersões grosseiras. Por exemplo, o “leite de magnésia” constitui uma dispersão grosseira de partículas de hidróxido de magnésio (aglomerados de íons Mg2+ e OH-) em água.
Algumas características das soluções
Nas soluções, as partículas do soluto não se separam do solvente sob a ação de ultracentrífugas, não são retidas por ultrafiltros e não são vistas através de microscópios potentes. Os instrumentos citados conseguem separar, reter e visualizar as partículas do soluto numa dispersão coloidal. Já na dispersão grosseira, as partículas do soluto são separadas, retidas e visualizadas com auxílio de instrumentos comuns. Portanto, numa solução, o soluto e o solvente constituem uma fase única e toda mistura homogênea (aquela cujo aspecto é uniforme ponto a ponto) constitui uma
solução.
Classificação das soluções com relação à quantidade de soluto dissolvido
As soluções podem ser insaturadas, saturadas ou supersaturadas, de acordo com a quantidade de soluto dissolvido. Para defini-las, é preciso lembrar que a solubilidade de um soluto é a quantidade máxima da substância que pode dispersar-se numa certa massa de solvente a uma dada temperatura.
Solução insaturada: contém, numa certa temperatura, uma quantidade de soluto dissolvido menor que a sua solubilidade nesta temperatura.
Exemplo: a solubilidade do acetato de sódio é igual a 123,5g / 100g de água a 20 oC. Uma solução que contém 80 g desse sal dissolvidos em 100 g de água a 20oC é uma solução insaturada.
Solução saturada: contém, numa dada temperatura, uma quantidade de soluto dissolvido igual à sua solubilidade nesta temperatura. Uma solução saturada pode (ou não) apresentar corpo de fundo (excesso de soluto precipitado). Exemplo: 123,5 g de acetato de sódio em 100 g de água a 20oC.
Solução supersaturada: contém, numa dada temperatura, uma quantidade de soluto dissolvido maior que a sua solubilidade nesta temperatura (solução metaestável). Uma solução supersaturada pode ser obtida por aquecimento de uma solução saturada com corpo de fundo, seguido por resfriamento lento para evitar a precipitação do excesso de soluto.
Exemplo: 124,0 g de acetato de sódio dissolvidos em 100 g de água a 20oC.
Classificação das soluções com relação ao estado físico
Soluções sólidas: o dispersante (solvente) é sempre sólido e o soluto pode ser sólido, líquido ou gasoso.
Exemplos: prata de lei: o solvente é o cobre (Cu(s)) e o soluto é a prata (Ag(s)). aço: o solvente é o ferro (Fe(s)) e o soluto é o carbono (C(s)). oxigênio em platina: o solvente é a platina (Pt(s)) e o soluto é o dioxigênio gasoso.
Soluções líquidas: o solvente é sempre líquido e o soluto pode ser sólido, líquido ou gasoso.
Exemplos: salmoura: o solvente é a água e o soluto é o cloreto de sódio sólido. vinagre: o solvente é a água e o soluto é o ácido acético líquido. solução aquosa de oxigênio: o soluto é o oxigênio gasoso.
Soluções gasosas: o solvente e o soluto são gases.
Exemplo: o ar é uma mistura de muitos gases – oxigênio, gases nobres, vapor de água, dióxido de carbono, entre outros – solubilizados em nitrogênio gasoso.
Expressão da concentração de soluções
A concentração de uma solução é a relação entre a quantidade do soluto e a quantidade do solvente ou da solução. Uma vez que as quantidades de solvente e soluto podem ser dadas em massa, volume ou quantidade de matéria, há diversas formas de se expressar a concentração de soluções. As relações mais utilizadas são:
Concentração em gramas por litro
Esse termo é utilizado para indicar a relação entre a massa do soluto (m), expressa em gramas, e o volume (V), da solução, em litros:
C (g/L) = m (g) / V (L)
Exercício: O hipoclorito de sódio, NaClO, produz uma solução alvejante quando dissolvido em água. A massa de NaClO contida numa amostra de 5,00 mL de alvejante foi determinada como sendo igual a 150 mg. Qual é a concentração (em gramas por litro) do hipoclorito de sódio nesta solução?
Resolução:
Dados: V = 5,00 mL = 0,00500 L
m = 0,150 g
C = 0,150 g / 0,00500 L
C = 30,0 g/L
Concentração em quantidade de matéria
É a relação entre a quantidade de matéria do soluto (n soluto) e o volume da solução (V), expresso em litros. No passado, esta unidade de concentração era denominada molaridade ou concentração molar. Atualmente, por recomendação da International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC), o emprego desses termos vem sendo evitado. Em seu uso correto, a palavra “molar” significa “por mol”, e não “por litro”, como na definição da molaridade.
A quantidade de matéria do soluto (n soluto, anteriormente chamada “número de mols”) é a relação entre a massa do soluto (msoluto) e a sua massa molar (M, a massa de 1,0 mol da substância), expressa em g / mol.
C (mol / L) = nsoluto / Vsolução (L)
Exercício: Qual é a concentração (em quantidade de matéria) da solução que contém 9,8 g de ácido sulfúrico em água suficiente para 10,0 litros de solução?
Resolução:
C (mol / L) = nsoluto / Vsolução (L)
n = massa do soluto (g) / massa molar do soluto (g mol-1)
n = m / M = 9,8 g / 98,08 g mol-1
n = 0,10 mol
Portanto, C = 0,10 mol / 10,0 L
C = 1,0 x 10-2 mol H2SO4 / L
Molalidade
Esta relação é utilizada sempre que se pretende expressar concentrações independentes da temperatura, pois é expressa em função da massa (e não do volume) do solvente. A molalidade de uma solução (não confundir com molaridade) é calculada como o quociente entre a quantidade de matéria do soluto (nsoluto, expressa
em mol) e a massa total do solvente (expressa em quilogramas, kg):
Molalidade = n soluto / m solvente
Fração em mol
Muito utilizada em cálculos físico-químicos, a fração em mol (X) de um componente A em solução (previamente denominada “fração molar”), é a razão da quantidade de matéria do componente (ncomponente) pela quantidade de matéria total de todas as substâncias presentes na solução (ntotal). Se os componentes da solução forem denominados A, B, C, etc, pode-se escrever:
XA = nA / (nA + nB + nC + …)
Note-se que
XA + XB + XC + … = 1
Normalidade (N)
É a relação entre o número de equivalentes-grama do soluto e o volume da solução, expresso em litros. No passado, esta unidade foi muito utilizada em cálculos relacionados com titulações. Atualmente, o uso da normalidade não é recomendado pela IUPAC, uma vez que esta unidade de concentração não enfatiza o conceito de mol ou a estequiometria da reação química. Além disso, o valor numérico do equivalente-grama de alguns compostos químicos (e portanto a normalidade da solução que os contém) varia de acordo com a reação química em que a substância (ou a solução) é utilizada.
Composição percentual (título)
Um método bastante usual de expressão da concentração baseia-se na composição percentual da solução. Esta unidade de concentração relaciona a massa (m) ou o volume (V) do soluto com a massa ou o volume do solvente ou da solução, conduzindo a notações tais como:
10% (m/m); 10% (m/V) ou 10% (V/V).
A relação m/m corresponde à base percentual mais usada na expressão da concentração de soluções aquosas concentradas de ácidos inorgânicos (como o ácido clorídrico, o ácido sulfúrico e o ácido nítrico).
Exemplos: 100 g de solução concentrada de HCl a 36% (m/m) contêm 36 g de
cloreto de hidrogênio e 64 g de água.
O ácido sulfúrico concentrado adquirido no comércio contém cerca de 98% (em massa) de soluto (H2SO4 líquido), ou seja, 100 g do ácido comercial contêm 98 g de H2SO4 e 2 g de água.
Exercício: Calcule a massa de HCl contida numa amostra de 210 g de ácido
clorídrico concentrado de título igual a 37% (m/m).
Resolução:
37 g HCl ——————- 100 g de solução concentrada
x ——————- 210 g de solução concentrada
x = 78 g HCl
Observação: Os termos diluído e concentrado são apenas termos relativos. Uma solução diluída contém somente uma fração do soluto contido numa solução concentrada.
Exemplo: Uma solução a 3% (m/m) de ácido nítrico é diluída em comparação com uma solução de HNO3 a 30% (em massa).
