Soluções

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Soluções

Solução, dispersão coloidal e suspensão

Conceitos

Sempre que uma substância se distribui em outra se tem uma dispersão. Assim: dispersões são misturas homogêneas ou heterogêneas de duas ou mais substâncias. Podem ser suspensões grosseiras, colóides ou soluções. Em qualquer dispersão o componente que está em maior quantidade é o dispersante ou dispergente. Os demais constituem o disperso. A distinção entre soluções, colóides e dispersões grosseiras é feita pelo tamanho médio das partículas dispersas – um critério que, embora arbitrário é prático e cômodo.

Nome da dispersão

Tamanho médio das partículas dispersas

Soluções verdadeiras

Entre 0 e 1 nm (menor que 10 Ao)

Soluções coloidais

Entre 1 e 100 nm (entre 10 a 1000 Ao)

Suspensões

Acima de 100 nm (maior que 1000 Ao)

Solução: (Ex: água e sal de cozinha; água e álcool; ar atmosférico puro)

 As partículas dispersas são moléculas ou íons comuns com diâmetro menor que 1 nm (10-9 m).

 Mistura homogênea de duas ou mais substâncias (dispersão monofásica).

 Impossível seu fracionamento por meio de qualquer filtro ou centrífuga.

 As partículas dispersas não são detectadas mesmo com o auxílio de microscópio eletrônico ou de ultramicroscópio.

Colóide: (Ex: proteínas em água; gelatina em água quente; maionese; goma-arábica)

 as partículas dispersas têm diâmetro entre 1 e 100 nm.

 são agregados de moléculas ou de íons comuns, ou macromoléculas, ou macroíons isolados.

 não se sedimentam sob a ação da gravidade, nem sob a ação dos centrifugadores comuns, mas sim sob a ação de ultracentrifugadores.

 não são retidas por filtros comuns, mas o são por ultrafiltros.

 não são detectadas ao microscópio comum, mas o são com o auxílio do microscópio eletrônico e do ultramicroscópio.

Suspensão: (Ex: água e areia; ar com poeira)

 as partículas dispersas têm diâmetro maior que 100 nm.

 são agregados de moléculas ou de íons.

 sedimentam-se pela ação da gravidade ou dos centrifugadores comuns.

 são retidas pelo filtro comum e são detectadas a olho nu ou com o auxílio de microscópios comuns.

Características das soluções

A principal característica de uma solução consiste no fato de ela ser homogênea, isto é, uma mistura com propriedades, físicas e químicas, iguais em todas as suas partes. Em inúmeros casos, o soluto pode ser separado do solvente por métodos puramente físicos(p. ex. destilação). Nas soluções o disperso denomina-se soluto e o dispersante, solvente. Nas soluções de sólidos em líquidos ou gás em líquido, o solvente é o líquido. Já em uma solução de dois líquidos ou de dois sólidos o solvente é o que existe em maior proporção. No caso de uma mistura de gases, não há distinção entre soluto e solvente, porque os gases se difundem.

Classificação das soluções

As soluções podem ser classificadas de acordo com diferentes critérios:

Quanto ao estado físico:

 sólidas; líquidas e gasosas.

Classificação

Solvente

Soluto

Exemplo

Solução sólida

Sólido

Sólido

Ouro 18 quilates (75% de Au + 25% Cu,Ag)

Solução líquida

Líquido

Sólido

Soro fisiológico (solução aquosa de NaCl a 0,9%, em massa)

Solução líquida

Líquido

Líquido

Álcool a 96º GL (solução alcoólica com 4%, em volume, de água)

Solução líquida

Líquido

Gás

Água mineral gasosa (solução aquosa de CO2)

Solução gasosa

Gás

Gás

Ar atmosférico

Quanto ao estado de agregação dos componentes da solução:

Solução

Solvente

Soluto

Exemplo

Sólido-sólido

Sólido

Sólido

Ligas metálicas

Sólido-líquido

Líquido

Sólido

Açúcar + água

Sólido-gás

Gás

Sólido

Naftalina no ar

Líquido-sólido

Sólido

Líquido

Água em sólidos higroscópicos (CaCl2)

Líquido-líquido

Líquido

Líquido

Água + metanol

Líquido-gás

Gás

Líquido

Umidade no ar

Gás-sólido

Sólido

Gás

Hidrogênio retido em platina em pó

Gás-líquido

Líquido

Gás

Gás carbônico em bebidas

Gás-gás

Gás

Gás

Todas as misturas gasosas

Quanto à condutividade elétrica (ou natureza do soluto):

 Iônicas ou eletrolíticas

 Moleculares ou não-eletrolíticas

Solução iônica ou eletrolítica: as partículas dispersas são íons. Conduz corrente elétrica por conter íons com movimentação livre e intensa. Estas soluções são consideradas eletrólitos.

Ex: soluções de sal de cozinha e água; de ácido clorídrico, soda cáustica, etc.

Solução molecular ou não-eletrolítica: as partículas dispersas são moléculas. Não conduz eletricidade por não formar íons livres na solução. Ex: solução aquosa de açúcar.

Em tempo:

Ionização: ocorre com o rompimento de ligações covalentes e formação de íons.

Ex: HCl + H2O → H+(aq) + Cl-(aq)

Dissociação iônica: ocorre quando um sólido iônico dissolve-se em água.

Ex: Na+Cl- + H2O → Na+ (aq) + Cl-(aq)

Dissociação molecular: ocorre com separação das moléculas e formação de íons.

Ex: C6H12O6 + H2O → C6H12O6 (aq)

OBS: Há muitas soluções que apresentam simultaneamente moléculas e íons dispersos. Nas soluções aquosas dos ácidos fracos, por exemplo, existem muitas moléculas e poucos íons em função da pequena dissociação desses ácidos.

Quanto à proporção soluto/solvente:

 Diluída; concentrada; saturada e supersaturada

Solução diluída: é aquela que contêm pouco solutos relativamente à quantidade máxima possível de ser solubilizada num dado solvente a uma dada temperatura. Ex: 10 g de NaCl em um litro de água, a 20o C.

Solução concentrada: é aquela que contêm muito solutos relativamente à quantidade máxima possível ser solubilizada num dada solvente a uma dada temperatura. Ex: 300 g de NaCl em um litro de água, a 20o C.

Solução saturada: é aquela que contêm a máxima quantidade permitida de soluto em determinada quantidade de solvente a certa temperatura. Ex: 360 g de NaCl em um litro de água a 20o C.

Solução supersaturada: contêm excesso de soluto em relação à solução saturada, na mesma temperatura. Ex: quantidade de NaCl maior que 360 g em um litro de água a 20º C.

Solubilidade

Adicionando-se, gradativamente, um soluto a um solvente é possível obter soluções que variam de diluídas a supersaturadas. A quantidade necessária do soluto que forma, com uma quantidade padrão de solvente, uma solução saturada em determinadas condições de pressão e temperatura recebe o nome de coeficiente de solubilidade (Cs) do referido soluto. A partir do “ponto de saturação” toda quantidade adicional de soluto que for colocada no sistema, irá depositar ou precipitar no fundo do recipiente. O “ponto de saturação” depende do soluto, do solvente e das condições físicas de temperatura e pressão. Esta é importante em soluções onde existem gases. O ponto de saturação é definido pelo coeficiente ou grau de solubilidade.

Coeficiente ou grau de solubilidade (CS) é a quantidade de um soluto (em geral, em gramas) necessária para saturar uma quantidade padrão (em geral 100g; 1 000 g ou 1 litro) de solvente, em determinadas condições físicas de temperatura e pressão.

Quando o CS é praticamente nulo, dizemos que a substancia é insolúvel naquele solvente (CSAgCl = 0,014 g/L). Tratando-se de dois líquidos dizemos que estes são imiscíveis (água e óleo). Substâncias totalmente miscíveis dissolvem-se em todas as proporções (água e álcool).

Ponto de saturação

MASSA DE SOLUTO

Soluções não saturadas Solução saturada Soluções supersaturadas

(estáveis) (estável) (instáveis)

Tabela de solubilidade de alguns compostos inorgânicos em água

Funções

Solubilidade em água

Exceções

Ácidos

Em geral solúveis

Hidróxidos

Em geral insolúveis

Hidróxidos alcalinos e de amônio

S

A

I

S

Nitratos

Cloratos

Acetatos

Solúveis

Cloretos

Brometos

Iodetos

Solúveis

Ag+; Hg 22+; Pb2+

Sulfatos

Solúveis

Ca2+; Sr2+; Ba2+; Pb2+

Sulfetos

Insolúveis

Sulfetos alcalinos e de amônio

Carbonatos

Insolúveis

Alcalinos: Li; Na; K; Rb e Cs e de amônio

Fosfatos

Insolúveis

Alcalinos: Li; Na; K; Rb e Cs e de amônio

Outros sais

Insolúveis

Alcalinos e de amônio

Curvas de solubilidade

A solubilidade e, conseqüentemente, o coeficiente de solubilidade aumenta com a temperatura para a maior parte das substâncias. As curvas de solubilidade são os gráficos que apresentam a variação dos coeficientes de solubilidade das substâncias em função da temperatura (sistema de coordenadas cartesianas onde T é colocada na abscissa e o CS na ordenada). A solubilidade de um soluto é fácil de ser determinada experimentalmente. Devido aos fatores envolvidos, existem várias exceções às regras gerais de solubilidade. Apesar disso as regras são aplicadas satisfatoriamente para muitos compostos comumente encontrados no estudo da química. Tendo em mente que regras não são leis, estando, portanto sujeitas a exceções os principais fatores relacionados à solubilidade são:

 Natureza do soluto e do solvente: “semelhante dissolve semelhante”;

 Efeito da temperatura na solubilidade: para a maioria dos sólidos dissolvidos num líquido, um aumento na T resulta num aumento da solubilidade. A situação inversa ocorre no caso da solubilidade de gases em líquidos;

 Efeito da pressão na solubilidade: a solubilidade de um gás é diretamente proporcional à pressão do gás na solução;

 Velocidade de dissolução: a velocidade na qual um soluto sólido se dissolve é afetada por (a) dimensão da partícula do soluto, (b) temperatura do solvente, (c) agitação ou movimento da solução, e (d) concentração da solução.

As curvas de solubilidade têm grande importância no estudo das soluções de sólidos em líquidos, pois, neste caso, a temperatura é o único fator físico que influi perceptivelmente na solubilidade.

A

curva de solubilidade divide o diagrama em duas regiões. Abaixo da curva encontra-se a região das soluções insaturadas (estáveis). Qualquer ponto dessa região indica que a massa do soluto dissolvido é menor que o CS. Acima da curva de solubilidade tem-se a região das soluções supersaturadas. Qualquer ponto dessa região indica que a massa de soluto dissolvida é maior que o CS (soluções instáveis). A fronteira entre essas regiões – que é a curva de solubilidade – indica as soluções saturadas (estáveis) onde a massa do soluto dissolvido é igual ao CS. As curvas de solubilidade apresentam formas variadas (retilíneas ou curvilíneas). Algumas apresentam ponto(s) de inflexão que indica(m) haver alteração na composição da substância, como a perda de água de cristalização.

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