Soluções e Cálculos Químicos

1. Soluções

Solução é toda mistura homogênea de duas ou mais substâncias.

Solução = Soluto + Solvente

Como nem sempre é fácil distinguir o soluto e o solvente de uma solução, considera-se como solvente a substancia que está em maior quantidade. O solvente mais comum e o mais importante é a água consistindo assim soluções aquosas.

1.1. Classificação das soluções

1.1.1. Quanto ao estado físico do solvente: Sólidas. Ex.: ligas metálicas Líquidas. Ex.: cloreto de sódio em água; álcool em água; gás carbônico em bebidas,

refrigerantes Gasosas. Ex.: ar atmosférico

1.1.2. Quanto a natureza das partículas dissolvidas:

Iônicas ou Eletrolíticas: São aquelas em que o soluto é um eletrólito (ácido, hidróxido ou sal).As soluções iônicas conduzem a corrente elétrica por causa da presença dos íons resultantes da dissociação ou ionização do soluto eletrólito.

Na+Cl – (em água) → Na+ + Cl- DissociaçãoHCl (em água) → H+ + Cl- IonizaçãoNaCl ligação iônicaHCl ligação covalente polar

Moleculares ou Não-eletrolíticas: São aquelas em que o soluto é um não-eletrólito, não sofrendo ionização nem dissociação no meio do solvente. As soluções moleculares não conduzem corrente elétrica.Ex.: Solução aquosa de açúcar é uma solução molecular, pois não há íons, mas sim moléculas de açúcar (C12H22O11) dissolvidas na água.

1.1.3. Quanto à proporção soluto/solvente: Diluída Concentrada Saturada Supersaturada

Solução saturada é aquela que possui a quantidade máxima possível de soluto dissolvido numa certa quantidade de solvente, a uma determinada temperatura, correspondendo ao “limite de estabilidade”. A partir desse ponto de saturação, qualquer quantidade a mais de soluto que for adicionado ao sistema não mais se dissolverá, precipitando-se no fundo do recipiente.

As soluções supersaturadas são elaboradas através de processos químicos laboratoriais por meio dos quais se “força” a dissolução de uma quantidade de soluto maior do que a quantidade limite de saturação numa determinada temperatura. Entretanto, as soluções supersaturadas são sempre instáveis a ponto de uma simples agitação poder provocar a precipitação do excesso de soluto, voltando a solução ao ponto de saturação.

2. Solubilidade

2.1. Coeficiente de Solubilidade ou simplesmente Solubilidade:

É definido como a máxima quantidade de soluto que é possível dissolver em uma quantidade fixa de solvente (em geral 100g), a uma determinada temperatura.

C.S = massa do soluto massa do solvente

Ex.: O coeficiente de solubilidade do KCl é:27,6 g de KCl/ 100g de H2O, a 0°C37,0 g de KCl/ 100g de H2O, a 30°C

Assim, pode-se observar que o coeficiente de solubilidade de uma substância depende da temperatura e corresponde à solução saturada desta substância, a uma determinada temperatura.

2.2. Curva de Solubilidade:

É o gráfico que representa a variação da solubilidade de uma substância com a temperatura, sendo, portanto, um gráfico C.S x Temperatura.

3. Concentração das Soluções

Há várias maneiras de se expressar a concentração de uma solução, as quais, de maneira geral, relacionam a quantidade de soluto com a quantidade de solução.

3.1. Percentagem em massa (% m/m), ou Título percentual (T%)

Indica a massa do soluto contida em 100g de solução.Uma solução a x% em massa contém x gramas de soluto em cada 100g de solução.

massa de soluto x 100 massa de solução

3.2. Percentagem em volume (% v/v)

Indica o volume do soluto (em cm3) contida em 100cm3 de solução.Uma solução a x% em volume contém x cm3 de soluto em cada 100cm3 de solução.

volume do soluto x 100 volume do solução

3.3. Percentagem em Massa/volume (% m/v) ou simplesmente percentagem (%)

Indica a massa em gramas de soluto contida em 100 cm3 de solução.Uma solução a x% em m/v contém x gramas de soluto em cada 100 cm3 de solução.

massa do soluto x 100 volume do solução

3.4. Concentração Comum ou simplesmente Concentração (C)

Indica a massa em gramas de soluto contida 1 litro de solução.

C = m --------- massa do soluto em gramas V --------- volume da solução em litros

3.5. Título em massa ou simplesmente Título (T)

Indica a massa em gramas de soluto pela massa total da solução.

T = m(soluto)

m(solução)

Obs.: T% = 100 x T

P.S.: Relação entre Concentração Comum e Título:Sendo m1 a massa do soluto, m2 a massa do solvente, v o volume da solução, m1 + m2 = massa da solução, então:C = m1 V T = m1 m1+m2 C = m1 + m2 densidade (d)T VC = d TC = d x T (g/cm3) C = 1000 x d x T (g/L)

3.6. Concentração Molar (M), Molaridade ou Mol/Litro

Indica o número de mols do soluto em 1 litro de solução massa em gramas de soluto pela massa total da solução.

M = n (1) VMas, como n = m M = m M = m M.M M.M V x M.M VSabemos que n = m , sendo n o número de mols, m a M.M massa em gramas e M.M a Massa Molar em gramas Daí vem que m = M.M x n.C = m C = M.M x n C = M.M x M V V

4. Diluição de Soluções

Adição de Solvente Aumento de Volume Diminuição da Concentração

Ci x Vi = Cf x Vfi – inicialf – finalC – Concentração (M ou C)V- Volume

Ex.: Determine o volume de água, em ml, a ser adicionado a 100 ml de uma solução de H2SO4

0,2 M para diluí-la até 0,1 M.Mi = 0,2 ; Vi = 100 ml ; Mf = 0,1 ; Vf = H0,2 x 100 = 0,1 x H H = 200 ml = VfVf = Vi + Vágua 200 = 100 + Vágua Vágua = 100 ml

5. Mistura de Soluções com o mesmo soluto

C1 x V1 + C2 x V2 = Cf x Vf

C – Concentração (M ou C)V – Volume

Ex.: Calcule a concentração, em mol/L, da mistura resultante entre 200 ml de H2SO4 0,2 M com 800 ml de H2SO4 9,8 g/L.M.A: H = 1; S = 32; O = 16Massa Molecular: H2SO4 = 2 x 1 + 1 x 32 + 4 x 16 = 98Massa Molecular (M.M) = 98g/mol1 mol 98gz 9,8g/L z = 0,1 mol/L

C1 = 0,2; V1 = 200ml; C2 = 9,8g/L = 0,1 mol/L; V2 = 800ml; Vf = V1 + V2 = 200 + 800 = 1000ml0,2 x 200 + 0,1 x 800 = Cf + 1000 Cf = 0,12 mol/L

Exercícios

1 – (UFRN, 1998) Um aluno preparou 1 litro de solução de NaOH, da qual 250mL foram colocados em um béquer. A solução inicial e a quantidade retirada diferem quanto às:A) concentrações em g/L. B) densidades.C) massas do soluto.D) percentagens em massa do soluto.

2 – (UFMG, 2001) Seis soluções aquosas de nitrato de sódio, NaNO3, numeradas de I a VI, foram preparadas, em diferentes temperaturas, dissolvendo-se diferentes massas de NaNO3 em 100 g de água. Em alguns casos, o NaNO3 não se dissolveu completamente.Este gráfico representa a curva de solubilidade de NaNO3, em função da temperatura, e seis pontos, que correspondem aos sistemas preparados:

A partir da análise desse gráfico, é CORRETO afirmar que os dois sistemas em que há precipitado são:A) I e II.B) I e III.C) IV e VD) V e VI.

3 – (UFRN, 2002) A dissolução de uma quantidade fixa de um composto inorgânico depende de fatores tais como temperatura e tipo de solvente. Analisando a tabela de solubilidade do sulfato de potássio (K2SO4) em 100g de água (H2O) abaixo, indique a massa de K2SO4 que precipitará quando a solução for devidamente resfriada de 80°C até atingir a temperatura de 20°C.

Temperatura (°C) K2SO4 (g)0 7,1

20 10,040 13,060 15,580 18,0

100 19,3

A) 28 gB) 18 g

C) 10 gD) 8 g

4 – (UFRN, 1997) Uma solução a 5% em massa de hipoclorito de sódio (NaOCl) em água é chamada comercialmente de água sanitária. Considerando-se a densidade da solução igual a 1,0g/mL, a massa (em gramas) de NaOCl necessária para preparar 1L de água sanitária é:a) 0,5b) 5,0

c) 95,0d) 55,0

e) 50,0

5 – (Fuvest, 2001) Considere duas latas do mesmo refrigerante, uma na versão “diet” e outra na versão comum.Ambas contêm o mesmo volume de líquido (300 mL) e têm a mesma massa quando vazias. A composição do refrigerante é a mesma em ambas, exceto por uma diferença: a versão comum contém certa quantidade de açúcar, enquanto a versão “diet” não contêm açúcar (apenas massa desprezível de um adoçante artificial).Pesando-se duas latas fechadas do refrigerante, foram obtidos os seguintes resultados:

Amostras Massa(g)lata com refrigerante comum 331,2

lata com refrigerante “diet” 316,2

Por esses dados, pode-se concluir que a concentração, em g/L, de açúcar no refrigerante comum é de, aproximadamente:a) 0,020b) 0,050

c) 1,1d) 20

e) 50

6 – (PUC-RS, 2002/1) O ácido sulfúrico concentrado é um líquido incolor, oleoso, muito corrosivo, oxidante e desidratante. No almoxarifado de um laboratório há disponível o ácido sulfúrico concentrado de densidade 1,8g/cm3, contendo 90% de H2SO4 em massa.A massa de ácido sulfúrico presente em 100 mL deste ácido concentrado é:A) 1,62B) 32,4

C) 162D) 324

E) 1620

7 – (Fuvest, 2002) Quando o composto LiOH é dissolvido em água, forma-se uma solução aquosa que contém os íons Li+(aq) + e OH-

(aq). Em um experimento, certo volume de solução aquosa de LiOH, à temperatura ambiente, foi adicionado a um béquer de massa 30,0 g, resultando na massa total de 50,0 g. Evaporando a solução até a secura, a massa final (béquer + resíduo) resultou igual a 31,0 g. Nessa temperatura, a solubilidade do LiOH em água é cerca de 11 g por 100 g de solução. Assim sendo, pode-se afirmar que, na solução da experiência descrita, a porcentagem, em massa, de LiOH era de:a) 5,0%, sendo a solução insaturada.b) 5,0%, sendo a solução saturada.c) 11%, sendo a solução insaturada.

d) 11%, sendo a solução saturada.e) 20%, sendo a solução supersaturada.

8 - Efetuando-se a reação entre 18 g de alumínio e 462 g de gás cloro, segundo a equação:Al(s) + Cl2(g) → AlCl3(s)obtém-se uma quantidade máxima de cloreto de alumínio igual a:(massas atômicas: Al = 27, Cl = 35,5)a) 36 g.b) 44,5 g.

c) 89,0 g.d) 462 g.

e) 240 g.

9 – (PUC-MG) O medicamento "Leite de Magnésia" é uma suspensão de hidróxido de magnésio. Esse medicamento é utilizado para combater a acidez estomacal provocada pelo ácido clorídrico, encontrado no estômago. Sabe-se que, quando utilizamos 12,2 g desse medicamento, neutraliza-se certa quantidade do ácido clorídrico, produzindo 16,0 gramas de cloreto de magnésio. O grau de pureza desse medicamento, em termos do hidróxido de magnésio, é igual a:(massas molares: Mg(OH)2 = 58 g/mol, HCl = = 36,5 g/mol e MgCl2 = 95 g/mol)a) 90%. b) 80%.

c) 60%. d) 40%.

e) 30%.

10 - (Cesgranrio-RJ) O gás hidrogênio pode ser obtido em laboratório a partir da reação de alumínio com ácido sulfúrico, cuja equação química não ajustada é dada a seguir:Al + H2SO4 → Al2(SO4)3 + H2

Um analista utilizou uma quantidade suficiente de H2SO4 para reagir com 5,4 g do metal e obteve 5,71 litros do gás nas CNTP. Nesse processo, o analista obteve um rendimento aproximado de: (Dado: Al = 27)a) 75%.b) 80%.

c) 85%.d) 90%.

e) 95%.

Gabarito

1. C2. B

3. D4. E

5. E6. C

7. A8. C

9. B10.C