QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) Área 2 – Química Ensino Médio - 2º Ano ASPECTOS QUANTITATIVOS DAS SOLUÇÕES (Concentração comum e concentração em mol/L) QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) Conceitos iniciais • Quimicamente falando, o que pode variar é a concentração do açúcar. • Quanto mais doce estiver, mais açúcar está dissolvido, ou seja, mais concentrada está a solução. Imagem: Uma colher derrama lentamente açúcar em um copo de água, em 7 de janeiro de 2012 / Fotografia: APN MJM / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported • As soluções estão presentes em quase tudo na nossa vida. • Quando levamos um susto, por exemplo, não é difícil acontecer de alguém nos oferecer um copo de água com açúcar para nos acalmarmos. • O que talvez não se saiba é que água com açúcar NÃO possui o menor efeito calmante. • Água com açúcar é, portanto, uma solução na qual o açúcar está dissolvido na água. • Nosso “calmante” pode estar muito ou pouco doce. QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) • O conceito “concentração” é amplamente usado em nosso cotidiano. • Cansamos de ler rótulos de produtos, tais como "suco concentrado" ou "detergente concentrado" e ainda ouvimos muito falar em concentração disso ou daquilo. • A concentração nada mais é do que a relação entre a massa do soluto (o que está dissolvido) e o volume da solução (1). • Quer ver como é simples? Imagem: Suco de laranja / Fotografia: USDA / Public Domain Conceitos iniciais QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) Conceitos iniciais Imagem: SEE-PE • Quase todas as reações químicas acontecem com os reagentes dissolvidos em algum líquido (2). • Muitas das coisas que consumimos (remédios, bebidas etc.) também são soluções. Daí a importância de entendermos algumas coisas sobre soluções. • Uma solução é sempre composta de duas coisas: – uma que dissolve, que chamamos de solvente; – e outra que é dissolvida, que chamamos de soluto. QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) Conceitos iniciais Imagem: Experimento de química em laboratório, em 12 de outubro de 2007 / Fotografia: WebDev1914 / Public Domain • No laboratório, as soluções são normalmente preparadas através da dissolução de uma determinada quantidade de soluto em uma dada quantidade de solvente. • O conhecimento das quantidades de soluto, solvente e solução nos permite estabelecer algumas relações matemáticas, denominadas concentrações das soluções (3). • As principais unidades concentração usadas laboratório são: – concentração comum; – concentração molar; – fração molar; – título; – densidade. de no • Nesta aula, trataremos apenas da concentração comum e da concentração molar. As demais serão assunto da aula seguinte. QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) Tipos de soluções Imagem: SEE-PE • Podemos classificar as soluções de acordo com a quantidade de soluto presente (4). • Tenha sempre em mente que existe um limite para a quantidade de soluto que pode ser adicionado a um determinado volume de solvente. Esse valor é o que chamamos de coeficiente de solubilidade (5). • Um copo de água não pode dissolver todo o açúcar do mundo, não é? • Assim teremos soluções: – INSATURADAS: quando uma solução contém soluto abaixo do coeficiente de solubilidade; – SATURADAS: quando a quantidade de soluto é igual ao coeficiente de solubilidade, ou seja, está no limite; – SUPER-SATURADAS: quando a quantidade de soluto supera o limite. QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) Tipos de soluções • Você deve estar se perguntando: “Como é possível ter uma quantidade de soluto superior ao limite. Afinal é o limite... ou não?” • As soluções supersaturadas, que contêm uma quantidade de soluto superior ao coeficiente de solubilidade (CS), são difíceis de se preparar e muito instáveis. • Imagine que você queira empilhar pedras (no seu jardim zen) e o máximo que consegue empilhar são 4 pedras. Todas as vezes que tentou o limite foi sempre 4 (6). Imagem: Rock Balancing / Fotografia: LyeanArt / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) Tipos de soluções Imagem: Rock Balancing / Fotografia: LyeanArt / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported • De repente, você usa toda a sua “concentração de monge” e consegue empilhar a 5ª pedra. • De repente, dá um vento e ficam 4 pedras. • Você se concentra novamente e consegue empilhar 6 pedras (INCRÍVEL)! • Nesse momento, aparece um mosquito e pousa em cima da pilha, derrubando 2 pedras. • É isso que acontece nas soluções supersaturadas. Em condições especiais conseguimos dissolver uma quantidade de soluto superior ao CS mas, na primeira perturbação, o excedente se precipita restando dissolvida apenas a quantidade limite, o que torna a solução saturada (7). QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) Curva de solubilidade • A solubilidade varia com o tipo de soluto ou de solvente. • Além disso, o principal fator que influencia na solubilidade é a temperatura. • O Coeficiente de Solubilidade (CS) pode aumentar ou diminuir com a temperatura, dependendo do soluto em questão. • A variação do CS em função da temperatura é representado em um gráfico que chamamos de curva de solubilidade. • Nela podemos identificar ainda as regiões de saturação da solução (8). QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) Curva de solubilidade Imagens: SEE-PE QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) Como alterar a concentração de uma solução? Para alterar a concentração de uma solução, podemos: 1. Aumentar a quantidade de soluto, aumentando a concentração; 2. Aumentar a quantidade de solvente, diminuindo a concentração; 3. Diminuir a quantidade de solvente, aumentando a concentração. • Estranhou a terceira opção? Como podemos diminuir a quantidade de solvente? Evaporar o solvente pode ser um excelente método (9). QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) Como alterar a concentração de uma solução? • Tente em casa: – Dissolva um pouco de sal de cozinha em um copo com água. – Coloque sua solução em uma panela e leve ao fogo. À medida que a água (solvente) evapora, a solução vai se tornando mais concentrada. – No final, ela se torna uma solução saturada: começa a precipitar sal, indicando que a concentração está acima do limite (10). • Esse é o processo usado para obtenção do sal de cozinha a partir da água do mar. Imagem: Produção de sal / Fotografia: Ricampelo / GNU Free Documentation License QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) Concentração comum • Não se trata de concentração mental, tão bem representada em “O pensador”, de Auguste Rodin. • Concentração comum é a relação entre a massa de soluto presente numa solução e o volume desta mesma solução: C = m1/V – Sendo: • C = concentração comum • m1 = massa do soluto (em g). • V = volume da solução (em L). Imagem: Aguste Rodin / O pensador / Fotografia: Karora / Public Domain QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) Imagem: The U.S. Food and Drug Administration / Public Domain Concentração comum • Sua unidade no SI é kg/m³, porém é muito mais comum ser expressa em g/L. • Outras unidades usadas: g/mL (ou g/cm³), kg/L, etc. • Em algumas atividades, como em análises clínicas, são usadas variações como g/100 mL, g/100 cm³, g/dL ou ainda mg/mL. QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) Concentração comum (exemplos) 1. Se dissolvermos 20 g de sal de cozinha (NaCl) em 500 mL de solução aquosa. Qual a concentração do sal nesta solução? m1 = 20 g V = 500 mL = 0,5 L C = 20 g / 0,5 L = 40 g/L Imagem: NaCl, em 11 de outubro de 2007 / Fotografia: Ondřej Mangl / Public Domain QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) Concentração comum (exemplos) Imagem: Pílulas / MorgueFile / http://www.morguefile.com / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported 1. Um frasco de remédio informa o seguinte: C = 50 mg/mL. Responda: a) Quantos mg do soluto há em cada mL? Há 50 mg de soluto para cada mL de solução. b) Quantos mg de soluto há em meio litro de solução? Usando a fórmula, temos: 50 = m1/500 m1 = 25.000 mg QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) Concentração molar • Essa unidade elementar deve ser especificada e pode ser um átomo, uma molécula, um íon, um elétron, um fóton etc. ou um grupo específico dessa unidade. Imagem: SEE-PE • Concentração molar ou molaridade é a quantidade de soluto, em mol, dissolvidos num volume de solução em litros (11). • Relembrando a definição de mol (quantidade de matéria): “Mol é a quantidade (em g) de um sistema que contém tantas unidades elementares quantas existem em átomos de carbono em 12 g de C12”. QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) Concentração molar • Pela constante de Avogadro: 1 mol = 6,02 x 10²³ • Outras unidades de medida de concentração são usadas, porém a mais importante é a Molaridade (12): M = n1/V • na qual: – n1 = quantidade de matéria do soluto (em mol) – V = volume da solução (em L). Imagem: Vários vidros de laboratório, em 22 de agosto de 2009 / Fotografia: Tweenk / Creative Commons Attribution 3.0 Unported QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) Concentração molar • Sabendo que n1 é a relação entre a massa do soluto (m1) (em g) e a massa molar da substância (M1, em g/mol), temos: n1 = m1/M1 • Juntando as duas expressões, temos a forma expandida: M = m1/(M1.V) • Em que: – m1 = massa do soluto (em g); – M1 = massa molar do soluto (em g/mol); – V = volume da solução (em L). Imagem: Vidros de laboratório, em 25 de março de 2007 / Fotografia: André Luis Carvalho e Leandro Maranghetti Lourenço / Public Domain QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) Concentração molar (exemplos) 1. Responda: Qual a concentração molar de uma solução com volume de 250 mL e com 26,8 g de cloreto de cálcio (CaCl2) dissolvidos? Primeiramente, obtemos a massa molar do soluto a partir das massas atômicas dos seus elementos: Ca = 40,1 e Cl = 35,5 40,1 + (2 x 35,5) = 111,1 (M1 = massa molar do CaCl2) Para encontrar o n1 (CaCl2) é preciso calcular: 1 mol → 111,1 g n1 (CaCl2) → 26,8 g n1 (CaCl2) = 0,241 mol Aplicamos por fim: M = n1/V = 0,241/0,250 M = 0,964 mol/L QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) Concentração molar (exemplos) 2. Uma solução de alvejante é preparada dissolvendo-se 521,5g de hipoclorito de sódio (NaClO) em água suficiente para 10,0 litros de solução. Responda: A concentração, em mol/L, da solução obtida é: (Dado: massa molar do NaClO = 74,5g/mol) a) 7,0 b) 3,5 c) 0,70 d) 0,35 e) 0,22 M = m1/(M1 x V) M = 521,5/(74,5 x 10) M = 0,70 mol/L QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) Laboratório Virtual • Um garoto que acaba de sair da escola, onde aprendeu como calcular a concentração, vai para o sítio do tio. • Curioso, observa como o tio purifica a água que retira do poço, e percebe que pode ajudá-lo. • Vamos aprender como calcular a quantidade de cloro que deve ser diluída na água para beber. • Basta “clicar” no link abaixo: http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/bitstream/handle/m ec/5040/sim_qui_concentracaodecloro.htm?sequence=5 QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) Exercícios 1. 20 g de NaOH são dissolvidos em água. Sabendo que a massa molar do NaOH é igual a 40g/mol e que o volume da solução foi completado para 500 mL, calcule (13): a) concentração comum da solução; b) concentração molar da solução. a) C = 20 / 0,5 = 40 g/L b) M = 20 / (40 x 0,5) = 20 / 20 = 1,0 mol/L Imagem: NaOH, em 11 de outubro de 2007 / Fotografia: Ondřej Mangl / Public Domain QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) Exercícios Imagem: Nevit Dilmen / Raio-X, em 29 de setembro de 2010 / GNU Free Documentation License a) 0,4 M (ou mol/L) b) 93,2 g/L. 2. Pacientes que necessitam de raios X do trato intestinal devem ingerir previamente uma suspensão de sulfato de bário (BaSO4, 233,43 g/mol). Esse procedimento permite que as paredes do intestino fiquem visíveis numa radiografia, permitindo, assim, uma análise médica de suas condições (14). Considerando-se que, em 500 mL de solução existem 46,6 g do sal, pede-se: a) a concentração molar b) a concentração em g/L QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) Exercícios 3. Serão necessários quantos gramas de NaCl para produzir 2 litros de solução 1,5 mol/L? (Dado: Massa molar do NaCl = 58,5 g/mol) M = n1 / V n1 = M x V n1 = 1,5 x 2 = 3,0 mols de NaCl Imagem: NaCl, em 11 de outubro de 2007 / Fotografia: Ondřej Mangl / Public Domain 1 mol de NaCl ----------- 58,5 g 3 mols de NaCl ----------- x x = 58,5 x 3 / 1 x = 175,5 g de NaCl QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) Exercícios Imagem: SEE-PE 4. Precisava-se de um litro de solução aquosa de ácido sulfúrico. Decidindo-se reaproveitar as soluções que já estavam prontas no laboratório, foram misturados 600 mL de solução 0,5 mol/L com 400 mL de solução 0,2 mol/L. Qual a concentração (em mol/L) da solução obtida? Vf x Mf = V1 x M1 + V2 x M2 1,0 x Mf = 0,6 x 0,5 + 0,4 x 0,2 Mf = 0,30 + 0,08 Mf = 0,38 M (ou mol/L) QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) Até a próxima aula! QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) Tabela de Imagens Slide 2 3 4 5 6 7e8 9a 9b 11 12 13 Autoria / Licença Link da Fonte Uma colher derrama lentamente açúcar em um http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Spoon copo de água, em 7 de janeiro de 2012 / _Sugar_Solution_with_Glass.jpg Fotografia: APN MJM / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported Suco de laranja / Fotografia: USDA / Public http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Orange Domain _juice_1_edit1.jpg SEE-PE Acervo SEE-PE Experimento de química em laboratório, em 12 http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chemi de outubro de 2007 / Fotografia: WebDev1914 / stry_at_CCU.jpg Public Domain SEE-PE Acervo SEE-PE Rock Balancing / Fotografia: LyeanArt / Creative http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Rock_B Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported alancing.jpg SEE-PE Acervo SEE-PE SEE-PE Acervo SEE-PE Produção de sal / Fotografia: Ricampelo / GNU http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Salt_pr Free Documentation License oduction_Uyuni.JPG Aguste Rodin / O pensador / Fotografia: Karora / http://commons.wikimedia.org/wiki/File:The_T Public Domain hinker,_Auguste_Rodin.jpg The U.S. Food and Drug Administration / Public http://commons.wikimedia.org/wiki/File:FDA_m Domain icrobiologist_prepares_DNA_samples_for_gel_e lectrophoresis_analysis.jpg Data do Acesso 09/03/2012 09/03/2012 09/03/2012 09/03/2012 09/03/2012 09/03/2012 09/03/2012 09/03/2012 09/03/2012 09/03/2012 09/03/2012 QUÍMICA - 1° Ano Aspectos quantitativos das soluções (parte 1) Tabela de Imagens Slide Autoria / Licença 14 NaCl, em 11 de outubro de 2007 / Fotografia: Ondřej Mangl / Public Domain 15 Pílulas / MorgueFile / http://www.morguefile.com / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported 16 SEE-PE 17 Vários vidros de laboratório, em 22 de agosto de 2009 / Fotografia: Tweenk / Creative Commons Attribution 3.0 Unported 18 Vidros de laboratório, em 25 de março de 2007 / Fotografia: André Luis Carvalho e Leandro Maranghetti Lourenço / Public Domain 22 NaOH, em 11 de outubro de 2007 / Fotografia: Ondřej Mangl / Public Domain 23 Nevit Dilmen / Raio-X, em 29 de setembro de 2010 / GNU Free Documentation License 24 NaCl, em 11 de outubro de 2007 / Fotografia: Ondřej Mangl / Public Domain 25 SEE-PE Link da Fonte Data do Acesso http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chlorid 12/03/2012 _sodn%C3%BD.JPG http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Various 09/03/2012 Pills.jpg Acervo SEE-PE 09/03/2012 13/03/2012 http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Lab_gla ssware.jpg 13/03/2012 http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Vidrari as_de_Laboratorio.jpg http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Hydroxi d_sodn%C3%BD.JPG http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Radiolo gy_1300250.JPG http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chlorid _sodn%C3%BD.JPG Acervo SEE-PE 09/03/2012 09/03/2012 12/03/2012 09/03/2012