2011 - Solucoes e Escalas

Prof.: Arci Dirceu Wastowski

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIACurso: Tecnólogo em Alimentos

Disciplina: Dpadf 0023 - Química Instrumental1o semestre / 2011

Comparação de Soluções e escalas

CONCENTRAÇÃO DE SOLUÇÕES.

1. Solução.

Afinal, o que é uma solução?

Define-se solução como sendo uma mistura homogênea composta de dois ou mais

componentes.

Uma solução consiste de:

Solvente. Este é o componente da solução que se apresenta em maior quantidade. Freqüentemente,

mas não necessariamente, ele é a água, o que caracteriza uma solução aquosa. Em nosso curso

trataremos apenas de solução aquosa.

Soluto. Este é o componente que, usualmente, se apresenta em menor quantidade. É a substância

que se dissolve no solvente.

Figura 2. Dissolução do NaCl em água.

Figura 1. Dissolução do açúcar em água.

No caso de soluções aquosas, esta ligação pode ser do tipo de ligações de hidrogênio ou de hidratação (solvatação)

2. Água como solvente.

A distribuição de moléculas em um fluido é controlada pela energia de interação entre as mesmas.

A natureza da interação, por sua vez, depende sensivelmente da geometria molecular e distribuição das cargas.

Eletronegatividade para os elementos mais comuns

Molécula polar

Devido à natureza polar da água, NaCl pode ser separado em seus íons (Na+ e Cl-)

Esta é a maneira como as substâncias sólidas iônicas se dissolvem na água, e este processo é chamado de hidratação.

Quando o solvente é outro que não a água, o processo é denominado de solvatação.

Figura 3. Hidratação dos íons Na+ e Cl-.

Nem todas as substâncias são polares.

Algumas são não polares ou apolares. Benzeno é um solvente comum apolar.

A regra é: “o semelhante se dissolve no semelhante”.

3 Concentração.

A palavra concentração se refere à quantidade de soluto que é dissolvido em um solvente.

De um modo geral a concentração é definida como:

Quantidade de Componente de Interesse

CONCENTRAÇÃO =

Quantidade do Material Total

Quantidade de SolutoCONCENTRAÇÃO DE SOLUÇÃO =

Quantidade de Solução (Soluto + Solvente)

Porém, quando estamos trabalhando com soluções, a definição de concentração se resume a:

Podemos ter concentração expressa em termos de porcentagem (%) em peso ou em volume (g/100 mL), partes por milhão (ppm), partes por bilhão (ppb)

Escalas de Medida

Representam a forma como os dados coletados para um estudo serão medidos, por exemplo, se serão ordenados, se terão postos atribuídos, se serão medidos de forma numérica, etc.

Unidades Comuns para expressar concentrações traços

unidadeabrevia

turamassa/massa

massa/volume

volume/volume

parte por milhão

1ppm=10-4%ppm

mg/Kgg/g

mg/Lg/mL

La/LnLb/mL

parte por bilhão 1ppb=10-7 %

=10-3 ppmppb

g/Kgng/g

g/Lng/mL

nL/LpLc/mL

% miligrama mg % mg/100 gmg/100

mL-

a = L - microlitro=10-6L; b = nL - nanolitro=10-9L; c = pL - picolitro=10-12L 1L = 1000 mL; 1mL= 1000 L; 1 L = 1000 nL; 1nL = 1000 pL.

Esquema de cálculo em ppm

O ppm (partes por milhão) é uma medida bastante utilizada em casos de substâncias que se apresentam apenas em quantidades-traço.

Normalmente é adotado quando se deseja expor, em laudos ou relatórios técnicos, resultados de análises físico-químicas.

Um exemplo típico é o das aflatoxinas presentes em amendoim e seus derivados.

Usualmente, padronizou-se a unidade ppm como sendo uma parte em um milhão ou, em outras palavras, como se segue:

Supondo que, para a água, 1 kg equivale a 1L temos:

Portanto,

Usualmente, é mais fácil adotar a simplicidade da definição de ppm para iniciar os cálculos, ou seja, parte-se da definição de que

1 ppm = 1 parte por 1 milhão de partes

Exemplo de cálculo:

Calcule o volume de hipoclorito de sódio a 5% que deve ser utilizado para se obter uma solução de concentração 45 ppm em 30 L de água.

1 ppm = 1 parte por 1 milhão de partes45 ppm = 45 partes em 1 milhão de partesFazendo 1 parte = 1 mL45 mL ____________ 1000000 de mL

1,35 mL se fosse uma solução de 100% de concentração, mas trata-se de produto comercial a 5% de concentração.

1,35 mL _____________ 5%

y ______________ 100% y = 27 mL

x _____________ 30000 mL x = 1,35 mL

EXERCÍCIOS

1. Calcule quanto de agente sanitizante (100% puro) deve ser utilizado para elaborar 10 litros de uma solução de cloro a 40 ppm. (Resp.: 0,4 mL)

2. Descreva o modo de preparo da solução do exercício anterior.3. Elabore 10 litros de solução sanitizante a 40 ppm partindo de cloro a 5% de concentração.

(Resp.: 8 mL)4. Elabore 100 litros de solução sanitizante a 80 ppm. Use como solução-mãe ácido peracético

com 12% de concentração. (Resp.: 66,7 mL)5. Descreva o modo de preparo de 50 litros de solução sanitizante a 30 ppm de concentração

partindo de:a) Cloro a 8% de concentração (Resp.: 18,8 mL);b) Hipoclorito de sódio variando entre 2,0 e 2,5% de concentração (Resp.: 66,7 mL);c) Ácido peracético a 10% de concentração (Resp.: 15 mL) ed) Iodo a 33% de concentração (Resp.: 4,5 mL ).

6. 35 quilos de tomates precisam ser higienizados em 2 etapas. Na primeira, usa-se solução a 80 ppm de cloro ativo e na segunda, solução com 30 ppm de cloro ativo. Calcule quanto (no total) de solução-mãe, a 7% de concentração, será utilizado para preparar 70 litros de cada solução. (Resp.: 110 mL)

7. Adotando 100 ppm para pisos, paredes e bancadas; 70 ppm para utensílios e equipamentos e 50 ppm para a matéria-prima:

a) Calcule quanto da solução-mãe precisa ser utilizada para preparar, respectivamente, 30 (pisos, paredes e bancadas), 10 (utensílios e equipamentos) e 200 (matéria-prima) litros de solução partindo de ácido peracético a 8% de concentração. (Resp.: 37,5 mL (pisos, paredes e bancadas); 8,8 mL (utensílios e equipamentos); 125 mL (matéria-prima); total: 171,3 mL)

b) Descreva o modo de preparo de cada uma das soluções.

1 mol de qualquer substância contém 6,022 x 1023 moléculas, que é o número de Avogadro.

no de mols de solutoCONCENTRAÇÃO DE SOLUÇÃO = = M

Volume da solução em L ou dm3

Porém, o número de mols do soluto é calculado por:

massa em gramasno de mols =

Massa molecular (MM) ou mol

massa em gramasCONCENTRAÇÃO DE SOLUÇÃO = = M

(MM ou mol) x Volume da solução em dm3 ou L

No laboratório é usado um frasco ou balão volumétrico de volume calibrado para o preparo das soluções, as quais, assim preparadas, passam a ser denominadas de concentração analítica.

Figura 4. Balão volumétrico.

Em diluições a quantidade de solvente é que aumenta e a quantidade de soluto permanece sempre constante

O número original ou inicial de mols do soluto é igual ao número de mols do soluto no final, ou seja:

no mols inicial = no mols final

A molaridade (M) é expressa como: no de mols/volume (em dm3 ou L).

Observa-se então que o no de mols = M x V

Portanto: M(inicial) x V(inicial) = M(final) x V(final)

Mi x Vi = Mf x Vf

Resumidamente:

Equação geral da diluição

A relação entre volume inicial e volume final tem sido, algumas vezes, denominado de fator de diluição.

Escalas de Medida

Representam a forma como os dados coletados para um estudo serão medidos, por exemplo, se serão ordenados, se terão postos atribuídos, se serão medidos de forma numérica, etc.

Milímetro (mm).........0,001 mCentímetro (cm)............0,01 m Decímetro (dm).............0,1 mMetro ( m )...............1 mDecâmetro (dam).............10 mHectômetro ( hm )...........100 m Quilômetro ( km )........1000 m

Comprimento

Massa

grama (g) decagrama (dag) hectograma (hg) quilograma (kg) 0,001 kg 0,01 kg 0,1 kg 1 kg

Conversão entre as escalas:Conversão entre as escalas:

C F T

Considerando os três termômetros marcando a temperatura de um mesmo líquido com valores C,F e T, podemos montar uma proporção já que as alturas da coluna de mercúrio são as mesmas.

Simplificando os denominadores:

100

273

180

32

100

TFC

5

273

9

32

5

TFC

Equação de conversão entre as escalas

o zero absoluto se dá a –273,15ºC.

PRESSÃO

pascal (Pa)

1atm corresponde a pressão exercida por uma coluna de 760 mm de Mercúrio à 0ºC,

Portanto 1 atm eqüivale no Sistema Internacional a 101325Pa.

Para ajudar a transformar unidades, assunto normalmente não dos mais agradáveis, são fornecidas tabelas de conversão de unidades das principais grandezas da Química.

Note que essas tabelas convertem qualquer outra unidade para o sistema SI apenas multiplicando a unidade da grandeza em uma outra unidade pelo fator dado.

As tabelas são agrupadas por grandezas e não em ordem alfabética como é comum se apresentar.

TABELAS

Unidade SI Multiplicar por Unidade SI Multiplicar por

n(nano) .m 10-9 .g kg 0,001

(micro) .m 10-6 Ton kg 1000

Dm .m 0,1 lbm kg 0,45359237

Cm .m 0,01 Slug kg 14,594

.mm .m 0,001 oz (onça)avoirdupois kg 28,35.10-3

Km .m 1000 Grão kg 6,48.10-6

Ft .m 0,3048 Tonelada (inglesa)

kg 1016

In .m 0,0254 Utm kg 9,80665

yd (jarda) .m 0,9144 Arroba kg 14,688

COMPRIMENTO MASSA

Unidade SI Multiplicar por


Are .m2 4,047.103

barril (petróleo) m3 0,159

Acre .m2 100 cm3 m3 10-6

Hectare .m2 10000 gal (galão americano) m3 3,785.10-3

km2 .m2 106 gal (galão imperial) m3 4,545963.10-3

Pé2 (ft2) .m2 0,06451 litro (L) m3 10-3

Polegada quadrada (in2)

.m2 9,290304

Pé cúbico (ft3) m3 0,028317

Polegada cúbica (in3) m3 0,00001639

ÁREA VOLUME



Dina N 10-5 atmosfera (atm) Pa 1,01325.105

Kgf N 9,8 Bar Pa 105

libra força (lbf)

N 4,45 Barie Pa 0,1

Poundals N 0,13825 mm Hg Pa 133,322

mca (metro de coluna de água)

Pa 9,80665

Milibar Pa 102

lbf/ft2 Pa

lbf/in2 Pa

FORÇA PRESSÃO



Centipoise (cp)

kg/(m.s) 10-3 Cal/(cm2.s.ºC/cm) W/(m2..K/m)

418

Poise (P) kg/(m.s) 0,1 BTU/(ft2.h.ºF/ft) W/(m2..K/m)

1,73073

lbm/(ft.h) kg/(m.s) 2,1491 Kcal/(m2.h.ºC/m) W/(m2..K/m)

1,5048.105

Lbm/(ft.s) kg/(m.s) 6,7197.10-4

Kg/(h.m) kg/(m.s) 0,0036

VISCOSIDADE CONDUTIVIDADE TÉRMICA



g/l .kg/m3 1 L/h m3/s 2,778.10-7

.kg/l .kg/m3 1000 ft3/h m3/s 2,16.10-6

.g/cm3 .kg/m3 1000 gal/min (gpm)

m3/s 6,308.10-5

.lbm/ft3 .kg/m3 16,018

.lbm/in3 .kg/m3 2,768.104

DENSIDADE VAZÃO

1- Qual o volume final em litros da mistura dos seguintes volumes de água: 5,4 103 L, 2,36 mL e 1,2 10-3 L?

2- Qual a porcentagem de cobre no sulfato de cobre pentahidratado puro? E se o sal tivesse 95% de pureza? (CuSO4.5H2O)

3- Uma mistura de sais contém 20%N; 10%P e 8%K. Quantos quilogramas de N, P e K estão presentes em 500 kg dessa mistura?

4- Um determinado suco industrializado de ácido cítrico tem uma concentração de 1mol.L-1. Sabendo que um litro do referido suco prepara 10 L de refresco, podemos afirmar que a concentração, em g/L, de ácio cítrico neste refresco é de? Dado: Massa molar do ácido cítrico = 192g/mol

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