Soluções II - Concentração e solubilidade

As soluções são muito importantes no cotidiano.

Lista de exercícios

   Soluções

⇨ I - Introdução

⇨ II - Concentração e solubilidade

⇨ III - Diluição e misturas de soluções

⇨ IV - Titulação

Concentração e seus tipos

   Relaciona a quantidade de soluto e quantidade de solvente ou solução. Para fins práticos, usaremos as seguintes abreviações:

• m₁: massa de soluto | m₂: massa de solvente | m: massa da solução
• n₁: número de mols do soluto | n: número de mols total (mols de soluto + mols de solvente)
• V₁: volume de soluto | V: volume da solução

⟹ Concentração comum

Relaciona a massa de soluto ao volume da solução.

A unidade geralmente é expressa em g/L.

 ⃠   Cuidado! Não confunda densidade da solução com concentração comum!

A densidade relaciona a massa de solução com o volume de solução, enquanto a concentração comum relaciona massa de soluto com volume de solução.

⟹ Molaridade ou concentração molar

Relaciona número de mols do soluto com o volume da solução.

A unidade é expressa em molar (M), que equivale a mol/L.

⟹ Molalidade ou concentração molal

Relaciona o número de mols do soluto a exatamente 1 kg do solvente.

A unidade é expressa em molal, que equivale a mol/kg.

⟹ Título em massa e porcentagem em massa (m/m)

Relação entre a massa de soluto e de solução, estando obrigatoriamente entre 0 e 1. Para descobrir a porcentagem em massa, multiplica-se o título em massa por 100.

É uma grandeza adimensional. (Pode-se encontrar 52% m/m, por exemplo)

⟹ Título em volume e porcentagem em volume (V/V)

Relação entre volume de soluto e de solução, estando obrigatoriamente entre 0 e 1.

Para descobrir a porcentagem em volume, multiplica-se título em volume por 100.

É uma grandeza adimensional.

Há também a porcentagem massa em volume (m/V), que é nada mais do que a concentração comum multiplicada por 100.

⟹ Fração molar

Relaciona mols de soluto com mols de solução.

É uma grandeza adimensional.

⟹ Normalidade

Esse termo está em desuso, mas é importante destacá-lo, já que ele é utilizado em algumas expressões importantes.
Primeiro, saiba calcular um equivalente-grama:

Ou seja, um equivalente-grama representa a massa molar do ácido, base ou sal dividido por x, sendo x o número de H⁺ para ácidos, o número de OH⁻ para bases ou o número de elétrons transferidos para sais.

   Sendo e o número de equivalentes-grama de soluto, ou seja, a razão entre a massa de soluto pelo valor de 1 equivalente-grama (E).
   A unidade é expressa em normal (N) ou eq/L.

⟹ Partes por milhão (PPM)

Quando a quantidade de soluto é muito pequena, usa-se este tipo de concentração. Pode corresponder a massa ou volume. Ou seja, 1 PPM é:

• 1 mg de soluto / 1 kg de solução
• 1 mL de soluto / 1000 L de solução
• 1 mg de soluto / 1 L de solução

Há ainda partes por bilhão (PPB), que é relaciona 1 parte de soluto com 10⁹ partes de solução.

Solubilidade

   Você já deve ter se perguntado o que faz água e etanol se misturarem enquanto água e óleo não?

   Dizemos que água e etanol são miscíveis, e água e óleo são imiscíveis. Isso se explica por meio das interações intermoleculares. A água é polar, e o etanol também. Ao misturar água e álcool, as ligações intermoleculares se quebram e outras são formadas, o que não ocorre no caso de uma substância polar x apolar. Daí vem a regra fundamental:

Semelhante dissolve semelhante.

   Então, solubilidade refere-se a capacidade de um soluto se dissolver em um solvente. Essa capacidade pode ser analisada quantitativamente através do coeficiente de solubilidade, a quantidade máxima de soluto que pode ser dissolvida em uma quantidade de solvente, a determinada temperatura.

   Veja alguns tendo a água como solvente, a uma temperatura de 20 ºC:

• Etanol: CS = ∞ (água e etanol misturam-se em qualquer proporção)
• Nitrato de potássio: CS = 31,6 g KNO₃ / 100 g H₂O
• Cloreto de prata: CS = 0,0014 AgCl / 100 g H₂O (quando o CS se aproxima de 0, a substância é insolúvel)

   A solubilidade é alterada pela temperatura: quando o CS aumenta com o aumento de temperatura, chama-se a dissolução de endotérmica. Quando o CS diminui com o aumento da temperatura, chama-se a dissolução de exotérmica. (gases são menos solúveis em líquidos a temperaturas maiores, porque o líquido tende a expulsar mais o gás)

   Esta mudança é representada por um gráfico chamado de curva de solubilidade.

• Curva de solubilidade do gás oxigênio em água a 1 atm de pressão:

• Para qualquer ponto acima da curva, a solução é supersaturada
• Para qualquer ponto em cima da curva, a solução é saturada
• Para qualquer ponto abaixo da curva, a solução é insaturada.

Classificação de soluções

• Quanto à quantidade de soluto dissolvida:

Solução insaturada: quando a quantidade de soluto dissolvida é menor que o CS

Solução saturada: quando a quantidade de soluto dissolvida é igual ao CS

Solução supersaturada: quando a quantidade de soluto dissolvida é maior que o CS. Esse tipo de solução é altamente instável (precipita-se facilmente) e só ocorre em condições especiais.

• Quanto às partículas do soluto:

Solução iônica: possuem íons dispersos. É o tipo de solução que todos os sais formam. Conduzem corrente elétrica. Por exemplo, uma solução de NaNO₃ é iônica, pois possuem íons Naᐩ e NO₃⁻ dispersos na água.

Solução molecular: possuem moléculas dispersas. Não conduzem corrente elétrica. Exemplo: água e açúcar.