Slide - Soluções Formas de Expressar a Concentração 2020

Disciplina: Química Geral 2020 Universidade Federal de Minas Gerais Instituto de Ciências Exatas Departamento de Química Soluções: formas de expressar a concentração Soluções: definições importantes ✓ Solução: é uma mistura homogênea de soluto e solvente. ✓ Solvente: componente cujo estado físico é preservado. ✓ Soluto: componente que está solúvel/miscível no solvente ✓ Caso todos os componentes estiverem no mesmo estado físico, geralmente, o solvente é aquele presente em maior quantidade. 2 Soluções: definições 3 ✓ Solução eletrolítica: é uma solução que conduz corrente elétrica e possui íons em sua constituição.  NaCl(aq); KNO3(aq) ⇨ espécies iônicas que se dissociam em água  HCl(aq); H2SO4(aq) ⇨ espécies moleculares que se ionizam em água ✓ Solução não eletrolítica: é uma solução que não conduz corrente elétrica e possui moléculas neutras em sua constituição.  C6H12O6(aq) {glicose}; H3CCH2OH(aq) {etanol} ⇨ espécies moleculares que não se ionizam em água Soluções: estados físicos 4 Estado da solução Estado do solvente Estado do soluto Exemplo Gás Gás Gás Ar Líquido Líquido Gás O2 na água Líquido Líquido Líquido Etanol na água Líquido Líquido Sólido NaCl na água Sólido Sólido Gás H2 no paládio Sólido Sólido Líquido Hg em prata Sólido Sólido Sólido Ag no ouro Estados físicos de soluto, solvente e das respectivas soluções. Fonte: Brown et al., 2005. Formação de uma solução 5 Representação da dissolução do CaCl2 em água. Fonte: https://www.cengage.com/chemistry/discipline_content/dvd/Power_Lectures/General_Chemistry/dswmedia/QuickTime_Movies/flv/05s10an1.html ▪ Formação de uma solução eletrolítica: CaCl2(aq) Solubilidade ✓ Solubilidade pode ser definida como a capacidade de uma substância de se dissolver em outra.  KCl (74 g L-1); NaHCO3 (96 g L-1) e sacarose (330 g L-1) ⇨ 25 oC ✓ Classificação das soluções: insaturada, saturada e supersaturada. 6 Solução de acetato de sódio: adição de um pouco do sal na solução supersaturada. Fonte: https://slideplayer.com/slide/3716371/13/images/16/Supersaturation.jpg Soluções ▪ Formas de expressar a concentração ✓ Concentração em quantidade de substância (mol L-1) 7 𝑐 = 𝑛𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝑉𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜 = 𝑚𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝑀𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝑉𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜 ✓ Fração mássica e fração mássica percentual (%) 𝑤 = 𝑚𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝑚𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜 𝑤 = 𝑚𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝑚𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜 × 100 Soluções ▪ Formas de expressar concentração 8 ✓ Fração em quantidade de substância (adimensional) 𝑥𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 = 𝑛𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝑛𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜 = 𝑛𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝑛𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 + 𝑛𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑥𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 = 𝑛𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑛𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜 = 𝑛𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑛𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 + 𝑛𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 ✓ Molalidade (mol kg-1) ⇨ independente da temperatura 𝑏 = 𝑛𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝑚𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 = 𝑚𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝑀𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝑚𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑥𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 + 𝑥𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 = 1 Soluções ▪ Formas de expressar concentração 9 ✓ Concentração mássica (g L-1) 𝑐 = 𝑚𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝑉𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜 Diluição de soluções ✓ Frequentemente temos que preparar uma nova solução, menos concentrada, a partir de uma solução estoque. ✓ Para diluir uma solução, basta adicionar mais solvente. ✓ O volume da solução aumenta, mas a quantidade de substância (n), permanece a mesma. 10 𝑛𝑖𝑛í𝑐𝑖𝑜 = 𝑛𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑐𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 × 𝑉𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 = 𝑐𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 × 𝑉𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑐 = 𝑛𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝑉𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜 Diluição Adição de solvente Representação do processo de diluição de uma solução. Fonte: Chang, 2006. Resolvendo alguns problemas ✓ Uma solução aquosa de ácido clorídrico (M = 36,46 g mol-1) concentrado contém 37,50% em massa e tem densidade de 1,205 g cm−3. Determine a concentração em quantidade de substância (mol L−1), a molalidade (mol kg−1) e a fração em quantidade de substância do soluto na solução. Considerando-se que o volume de solução seja de 1 litro (1000 mL): 11 msolução → vsolução 1,205 g → 1 mL msolução → 1000 mL msolução = 1205 g msoluto → msolução 37,50 g → 100 g msoluto → 1205 g msoluto = 451,9 g msoluto → nsoluto 36,46 g → 1 mol 451,9 g → nsoluto nsoluto = 12,39 mol cHCl = 12,39 mol L-1 Resolvendo alguns problemas 12 ✓ Uma solução aquosa de ácido clorídrico (M = 36,46 g mol-1) concentrado contém 37,50% em massa e tem densidade de 1,205 g cm−3. Determine a concentração em quantidade de substância (mol L−1), a molalidade (mol kg−1) e a fração em quantidade de substância do soluto na solução. Considerando-se que o volume de solução seja de 1 litro (1000 mL): nsoluto → msolvente 12,39 mol → 753,1 g nsoluto → 1000 g nsoluto = 16,45 mol bHCl = 16,45 mol kg-1 msolvente → nsolvente 18,02 g → 1 mol 753,1 g → nsolvente nsolvente = 41,79 mol msolução = msoluto + msolvente 1205 g = 451,9 g + msolvente msolvente = 753,1 g 𝑥𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 = 𝑛𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝑛𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 + 𝑛𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑥𝐻𝐶𝑙 = 12,39 12,39+41,79 = 0,2287 Resolvendo alguns problemas... 13 ✓ Uma solução é preparada a partir da dissolução de 15,00 mL de H3COH (M = 32,04 g mol-1 e d = 0,790 g mL-1) em 90,00 mL de H3CCN (M = 41,05 g mol-1, d = 0,786 g mL-1). Calcule a concentração em quantidade de substância (mol L-1), a molalidade (mol kg-1), a fração mássica percentual e a fração em quantidade de substância do metanol na solução. Considere que os volumes são aditivos. Considerando-se Vsolução = 105 mL e que o metanol (H3COH) é o soluto e a acetonitrila (H3CCN) o solvente: msoluto → vsoluto 0,790 g → 1 mL msoluto → 15,00 mL msoluto = 11,85 g msoluto → nsoluto 32,04 g → 1 mol 11,85 g → nsoluto nsoluto = 0,3699 mol nsoluto → Vsolução 0,3699 mol → 105 mL nsoluto → 1000 mL nsoluto = 3,522 mol cmetanol = 3,522 mol L-1 Resolvendo alguns problemas... 14 ✓ Uma solução é preparada a partir da dissolução de 15,00 mL de H3COH (M = 32,04 g mol-1 e d = 0,790 g mL-1) em 90,00 mL de H3CCN (M = 41,05 g mol-1, d = 0,786 g mL-1). Calcule a concentração em quantidade de substância (mol L-1), a molalidade (mol kg-1), a fração mássica percentual e a fração em quantidade de substância do metanol na solução. Considere que os volumes são aditivos. Considerando-se Vsolução = 105 mL e que o metanol (H3COH) é o soluto e a acetonitrila (H3CCN) o solvente: msolvente → vsolvente 0,786 g → 1 mL msolvente → 90,00 mL msolvente = 70,74 g msoluto → msolução 11,85 g → 82,59 g msoluto → 100 g msoluto = 14,35 g wmetanol = 14,35 % nsoluto → msolvente 0,3699 mol → 70,74 g nsoluto → 1000 g nsoluto = 5,229 mol bmetanol = 5,229 mol kg-1 msolução = msoluto + msolvente msolução = 11,85 g + 70,74 g. msolução = 82,59 g Resolvendo alguns problemas... 15 ✓ Uma solução é preparada a partir da dissolução de 15,00 mL de H3COH (M = 32,04 g mol-1 e d = 0,790 g mL-1) em 90,00 mL de H3CCN (M = 41,05 g mol-1, d = 0,786 g mL-1). Calcule a concentração em quantidade de substância (mol L-1), a molalidade (mol kg-1), a fração mássica percentual e a fração em quantidade de substância do metanol na solução. Considere que os volumes são aditivos. Considerando-se Vsolução = 105 mL e que o metanol (H3COH) é o soluto e a acetonitrila (H3CCN) o solvente: msolvente → nsolvente 41,05 g → 1 mol 70,74 g → nsolvente nsolvente = 1,723 mol 𝑥𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 = 𝑛𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝑛𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 + 𝑛𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑥𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 = 0,3699 0,3699 +1,723 = 0,1767 Resolvendo alguns problemas 16 ✓ Uma solução aquosa de NaCl (M = 58,44 g mol-1) tem concentração de 14,61 g L-1. 100,0 mL dessa solução são transferidos para um balão volumétrico de 1 L e o volume completado com água destilada. Calcule a concentração em quantidade de substância (mol L-1) dessa nova solução. msoluto → nsoluto 58,44 g → 1 mol 14,61 g → nsoluto nsoluto = 0,25 mol cNaCl = 0,25 mol L-1 ninício = nfinal cinicial × Vinicial = cfinal × Vfinal 0,25 × 100 = 𝑐final × 1000 cfinal = 0,025 mol L-1 Resumindo... 17 ✓ Uma solução é uma mistura homogênea, constituída por soluto e solvente. ✓ Em relação à capacidade de conduzir corrente elétrica, uma solução pode ser classificada em eletrolítica (solutos iônicos ou moleculares ionizáveis) ou não eletrolítica (solutos não ionizáveis). ✓ Em relação à concentração do soluto, uma solução pode ser classificada em saturada, insaturada e supersaturada. ✓ É possível expressar a concentração de uma solução de diferentes formas. Referências 18 ✓ BROWN, T. L.; LEMAY, H. E.; BURSTEN, B. E.; BURDGE, J. R. Química. A ciência central. 9. ed. São Paulo: Pearson, 2005. 972 p. ✓ CHANG, R. Química Geral. Conceitos Essenciais. 4° Ed. Porto Alegre: McGrawHill, 2007. 778 p.