E-books PCNA

Vol. 1

ELEMENTAR

CAPÍTULO 5 – SOLUÇÕES

QUÍMICA

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1 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 5

SUMÁRIO

Capítulo 5 ------------------------------------------------------ 3

5. Soluções ---------------------------------------------------- 3

5.1. Unidades de concentração --------------------------- 3

5.1.1. Concentração comum (C) -------------------------------- 4

5.1.2. Concentração molar ou Molaridade (M) --------------- 4

5.1.3. Partes por milhão (ppm) --------------------------------- 5

5.1.4. Título, Porcentagem em massa (t) ---------------------- 5

5.1.5. Título, Porcentagem em volume (tV) -------------------- 6

5.1.6. Normalidade (N) ------------------------------------------ 7

5.1.7. Densidade (d) ---------------------------------------------- 9

5.2. Diluição ------------------------------------------------- 10

5.3. Mistura de Soluções ---------------------------------- 11

5.4. Solubilidade -------------------------------------------- 11

5.4.1. Fenômenos de saturação -------------------------------- 12

5.4.2. Coeficiente de solubilidade ----------------------------- 12

5.4.3. Curva de solubilidade ----------------------------------- 13

EXERCÍCIOS PROPOSTOS ----------------------------- 15

GABARITO ---------------------------------------------------17

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2 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 5

Apresentação

Ao chegar à UFPA, você tem a possibilidade de

cursar gratuitamente cursos de nivelamento em Ciências

Básicas (Física, Química e Matemática). Assistindo às aulas

no próprio ambiente em que cursará sua graduação, isso

auxiliará você a adquirir o conhecimento necessário para

enfrentar melhor o programa curricular do seu curso.

Então seja Bem-vindo ao Curso de Nivelamento em

Química Elementar do PCNA. Este é o quinto de uma série

de o i t o E-books que vão lhe acompanhar durante o

curso, o professor utilizará este material como apoio às

suas aulas e é fundamental que você o leia e acompanhe as

atividades propostas.

A série “E-books PCNA-Química” foi desenvolvida

com o propósito de apresentar o conteúdo do curso de

Química Elementar.

Neste fascículo você irá encontrar o conteúdo de

Soluções. É bom lembrar que não se pode aprender

Química sem alguns pré-requisitos, que muitas vezes não

valorizamos por acharmos simples e descomplicados,

todavia, atenção e compreensão se fazem necessária.

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3 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 5

Capítulo 5

5. Soluções

São misturas homogêneas de duas ou mais

substâncias. Nas soluções, o componente que está presente

em menor quantidade é o soluto, enquanto, o componente

predominante é chamado solvente. São encontradas em

três estados físicos: sólidas, líquidas e gasosas.

As soluções são divididas em:

• Diluídas: a proporção do soluto é pequena em relação ao

solvente.

• Concentradas: a proporção do soluto é grande em relação

ao solvente.

• Homogêneas: São aquelas que apresentam um aspecto

uniforme, com uma única fase (monofásicas).

• Heterogêneas: São aquelas que apresentam mais de uma

fase.

5.1. Unidades de concentração

Podemos estabelecer diferentes relações entre a

quantidade de soluto, de solvente e de solução. Tais relações

são denominadas genericamente concentrações.

Onde:

• Índice 1 para o soluto

• Índice 2 para o solvente

• Sem índice para a solução

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4 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 5

5.1.1. Concentração comum (C)

Relação entre a massa do soluto em gramas e o volume

da solução em litros.

𝐶 =m1

𝑉 (𝑔/𝐿) (5.1)

5.1.2. Concentração molar ou Molaridade (M)

Relação entre o número de mol do soluto e o volume

da solução em litro.

𝑀 = m1

𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟 × 𝑉 (5.2)

𝑀 =n1

𝑉 (

𝑚𝑜𝑙

𝐿) (5.3)

Exemplo 5.1: Um acadêmico do curso de Química necessita

preparar uma solução de ácido bórico (H3BO3) 0,5 mol/L

para ser utilizada como fungicida. Para preparar tal solução,

ele dispõe de 2,5 g do ácido. Qual deve ser o volume, em mL,

de solução com a concentração desejada que possa ser

preparado utilizando toda a massa disponível?

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5 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 5

Solução:

Com o valor da molaridade determinado e a massa

do ácido conhecido, podemos calcular o volume da solução

a partir da equação (5.2). É necessário, assim, conhecer a

massa molar do ácido bórico. Obtida com auxílio de uma

tabela periódica, o valor aproximado da massa molecular é

62 g/mol.

Arranja-se a equação (5.2), deixando em evidência o

volume.

𝑉 =𝑚

𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑥 𝑀=

2,5 𝑔

62 𝑔

𝑚𝑜𝑙 . 0,5

𝑚𝑜𝑙𝐿

= 0,0806 𝐿

= 80,6 𝑚𝐿

Logo, deve ser adicionado solvente até que a solução

desejada tenha um volume de 80,6 mL.

5.1.3. Partes por milhão (ppm)

Relação entre uma quantidade muito pequena de

soluto dissolvida em quantidade muito grande de solvente.

𝑝. 𝑝. 𝑚 =m1

m2 (𝑚𝑔/𝐾𝑔) (5.4)

5.1.4. Título, Porcentagem em massa (t)

Quociente entre a massa do soluto e da solução. Sua

resposta é dada em porcentagem.

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6 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 5

𝑡 =m1

m 𝑜𝑢 𝑡 =

m1

m1+m2 (5.5)

Exemplo 5.2: Em 200g de solução alcoólica de

fenolftaleína contendo 8,0% em massa de soluto. Qual a

massa de fenolftaleína, em gramas, contida na solução?

Solução:

Para resolver esse problema, aplica-se a equação

(5.5), evidenciando a massa do soluto, sendo nosso a

grandeza que queremos determinar.

𝑚1 = 𝑡 𝑥 𝑚 = 0,08 . 200 𝑔 = 16 𝑔

A massa de fenolftaleína na solução alcoólica é de 16

g.

5.1.5. Título, Porcentagem em volume (tV)

Quociente entre o volume do soluto da solução. Sua

resposta é dada em porcentagem.

𝑡𝑉 =v1

v (5.6)

Exemplo 5.3: Na cidade de São Paulo (SP), por exemplo, a

qualidade do ar é considerada inadequada se o teor de

monóxido de carbono (CO) atingir 15 ppm (V/V). Nessa

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7 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 5

situação, qual é o volume de CO existente em cada metro

cúbico de ar?

Solução:

O ppm é uma forma de expressar uma concentração

qualquer. Quando se trata de gases é normal representá-los

pela equação (5.6), sendo o valor do título em ppm (10-6).

Logo a equação rearranjada, fica da seguinte forma:

15𝑥10−6 =𝑣1

1𝑚3

Para calcular o volume de CO basta evidenciar v1.

𝑣1 = 15𝑥10−6 . 1 𝑚3 = 15𝑥10−6 𝑚³ = 15 𝑐𝑚³

Portanto, para cada metro cúbico de ar, 15 cm³ são

de monóxido de carbono.

Outra forma de compreender o problema é expressar

o volume em outra unidade. Logo, em 1000 L (1 m³) de ar,

15 mL (15 cm³) são de CO.

5.1.6. Normalidade (N)

Relação entre o número de equivalente-grama do

soluto pelo volume da solução.

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8 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 5

𝑁 =𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒−𝑔𝑟𝑎𝑚𝑎 (𝑛𝑒)

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 (𝑉) (5.7)

𝑛𝑒 = 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 (𝑚1)

𝐸𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒−𝑔𝑟𝑎𝑚𝑎 (𝐸) (5.8)

𝐸 =𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟 (𝑀𝑀)

𝑋 (5.9)

O X representa para:

• Os ácidos, o número de hidrogênios ionizáveis;

• As bases, o número de hidróxidos;

• Os sais, o total de valência dos cátions ou ânions;

• Os óxidos, o total de valência do elemento combinado

com oxigênio, etc.

Exemplo 5.4: Qual a massa de ácido sulfúrico (H2SO4) contida em 80 mL de sua solução 0,1 N? Solução:

Para calcular a massa do ácido em questão, primeiramente, combinam-se as equações (5.7), (5.8) e (5.9).

𝑁 =𝑚1 . 𝑋

𝑀𝑀 . 𝑉

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9 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 5

Deixando a massa em evidência, obtemos a seguinte equação:

𝑚1 =𝑁 . 𝑀𝑀 . 𝑉

𝑋

Com a normalidade e volume da solução conhecidos, resta apenas os valores da massa molar e do X. Com o auxílio de uma tabela periódica, obtêm-se o valor de 98 g/mol para a massa molecular do ácido sulfúrico. O valor de X requer uma análise equação de ionização do ácido.

𝐻2𝑆𝑂4 → 2𝐻+ + (𝑆𝑂4)2− Chega-se a conclusão de que dois íons de hidrogênio são ionizados para cada molécula de ácido sulfúrico. Logo, o valor de X é 2.

𝑚1 =0,1

𝑚𝑜𝑙𝐿 . 98

𝑔𝑚𝑜𝑙

. 0,08 𝐿

2= 0,392 𝑔

Portanto, a massa de ácido sulfúrico na solução é de

0,392 g.

5.1.7. Densidade (d)

A densidade da solução relaciona a massa como

volume da própria solução. Ela indica a massa da solução

correspondente a uma unidade de volume (por exemplo: 1

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10 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 5

mililitro). A densidade da solução não é uma forma de

expressar a concentração da solução.

𝑑 =𝑚

𝑉 (

𝑔

𝑚𝐿) (5.10)

5.2. Diluição

Diluir uma solução, significa adicionar a ela uma

porção do próprio solvente puro. Nesse procedimento o

volume e a concentração das soluções são variáveis, no

entanto, a quantidade de soluto permanece constante.

• Em relação à Concentração comum:

𝐶𝑖×𝑉𝑖 = 𝐶𝑓×𝑉𝑓 (5.11)

• Em relação à Molaridade:

𝑀𝑖×𝑉𝑖 = 𝑀𝑓×𝑉𝑓 (5.12)

• Em relação ao Título:

𝑡𝑖×𝑀𝑖 = 𝑡𝑓×𝑀𝑓 (5.13)

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11 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 5

5.3. Mistura de Soluções

Se não ocorrer reação química, podem-se ter dois

tipos de misturas:

• Solutos e solventes iguais

Solução A + Solução B = Solução Final

𝐶𝐴. 𝑉𝐴 + 𝐶𝐵. 𝑉𝐵 = 𝐶𝑓(𝑉𝐴 + 𝑉𝐵) (5.14)

• Solutos diferentes e solventes iguais

•

Ocorre a diluição dos dois solutos. Concentrações

finais dos solutos serão menores que as iniciais. As

quantidades permanecem constantes, porém eles estarão

dispersos num volume maior.

5.4. Solubilidade

A dissolução de uma substância depende de inúmeros

fatores, entre eles, da polaridade das moléculas e de suas

ligações. De um modo geral, os solventes polares dissolvem

melhor solutos também polares, do mesmo modo que os

solutos apolares se dissolvem melhor solventes apolares, ou

seja:

“Semelhante dissolve semelhante”.

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12 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 5

5.4.1. Fenômenos de saturação

Em função do ponto de saturação, classificamos as

soluções em:

• Não-saturadas (ou insaturadas): Contém uma

quantidade de soluto inferior ao coeficiente de

solubilidade, numa dada quantidade de solvente, a uma

determinada temperatura.

• Saturadas: Contém uma quantidade de soluto igual ao

coeficiente de solubilidade, numa dada quantidade de

solvente, a uma determinada temperatura.

• Supersaturadas: Contém a quantidade de soluto superior

ao coeficiente de solubilidade, numa dada quantidade de

solvente, a uma determinada temperatura inicial. Após o

aquecimento da solução, o corpo de fundo se solubiliza,

deixando a solução supersaturada.

5.4.2. Coeficiente de solubilidade

Adicionando gradativamente um determinado soluto

em um solvente, à pressão e temperatura constante e sob

agitação contínua, verifica-se que, em dado momento o

soluto não se dissolve mais. A partir deste ponto, qualquer

quantidade adicional de soluto precipitará. Dizemos, então,

que a solução atingiu seu coeficiente ou grau de solubilidade.

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13 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 5

5.4.3. Curva de solubilidade

São gráficos que apresentam a variação dos

coeficientes de solubilidade das substâncias em função da

temperatura.

Figura 5.1 – Curva de solubilidade do nitrato de prata em

água.

Fonte: FELTRE, Ricardo. Química - v. 2 - 6. ed. - São Paulo:

Moderna, 2004.

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14 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 5

Figura 5.2 – Curvas de solubilidade de vários sais em água.

Fonte: FELTRE, Ricardo. Química - v. 2 - 6. ed. - São Paulo:

Moderna, 2004.

Existem diferentes comportamentos de solubilidade

em gráficos, porém, para interpretá-los a regra geral resume-

se a: quem está encima da curva do gráfico está saturado com

corpo de fundo, quem está na curva, saturado, e quem está

abaixo, insaturado.

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15 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 5

EXERCÍCIOS PROPOSTOS

Aqui estão questões relacionadas ao capítulo

estudado. É importante o esforço para resolver todas as

questões. Em caso de dúvidas os monitores do programa

estão prontos para lhe ajudar. Bons estudos!

1) O monitoramento da concentração de glicose (C6H12O6)

plasmática é um exame clínico importante na medicina

preventiva, sendo o diagnóstico considerado normo-

glicêmico (regular) quando os valores da concentração

encontram-se entre 70 e 100mg/dL. Os exames de dois

pacientes confirmaram a concentração de glicose em 1,8 x 10-

3 mol/L (paciente 1) e 7,2 x 10-3 mol/L (paciente 2). Diante

destas informações, o diagnóstico dos pacientes 1 e 2 indica,

respectivamente, um quadro:

a) hipoglicêmico e hiperglicêmico.

b) hipoglicêmico e normoglicêmico.

c) normoglicêmico e hiperglicêmico.

d) normoglicêmico e hipoglicêmico.

e) hiperglicêmico e hipoglicêmico.

2) A concentração de íons fluoreto em uma água de uso

doméstico é de 5,0x10-5 mol/litro. Se uma pessoa tomar 3,0

litros dessa água por dia, ao fim de um dia, a massa de

fluoreto, em miligramas, que essa pessoa ingeriu é igual a:

(Dado: Massa molar de fluoreto = 19,0 g/mol)

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16 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 5

3) Uma solução aquosa de ácido sulfúrico (H2SO4), para ser

utilizada em baterias de chumbo de veículos automotivos,

deve apresentar concentração igual a 4 mol/L. O volume

total de uma solução adequada para se utilizar nestas

baterias, que pode ser obtido a partir de 500 mL de solução

de H2SO4 de concentração 18mol/L é igual a:

4) Misturando-se 20 mL de solução de NaCl, de

concentração 6,0mol/L, com 80mL de solução de NaCl, de

concentração 2,0 mol/L, são obtidos 100 mL de solução de

NaCl, de concentração, em mol/L, igual a quanto?

5) Quatro tubos contêm 20 mL (mililitros) de água cada um.

Coloca-se nesses tubos dicromato de potássio (K2Cr2O7) nas

seguintes quantidades:

Massa de K2Cr2O7 (g)

Tubo A 1,0

Tubo B 2,5

Tubo C 5,0

Tubo D 7,0

A solubilidade do sal, a 20°C, é igual a 12,5 g por 100 mL de

água. Após agitação, em quais dos tubos coexistem, nessa

temperatura, solução saturada e fase sólida?

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17 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 5

GABARITO

1) Letra C.

2) 2,85 mg.

3) 2,25 L.

4) 2,8 mol/L.

5) Tubos C e D.