Concentração de soluções

Concentração de soluções

Centro Educacional Santa Edwiges

CURSO TÉCNICO DE QUÍMICA – DISCIPLÍNA FÍSICO-QUÍMICA

PROFESSOR: CLEITON LOIS

SOLUÇÃO / CONCENTRAÇÃO DE UMA SOLUÇÃO

Quando as moléculas são dissolvidas em qualquer líquido ou até mesmo na água, elas se transformam em solução. As moléculas dissolvidas recebem o nome de soluto, e o líquido que as dissolve é chamado de solvente. A quantidade de soluto dissolvida em uma quantidade de solvente é chamada de concentração da solução. Quanto maior for a quantidade de soluto dissolvido em um solvente maior será a concentração da solução.

Existem diferentes relações que podem ser estabelecidas entre as quantidades de soluto, solvente e solução. Tais relações são denominadas concentrações.

Chama-se concentração de uma solução toda e qualquer maneira de expressar a proporção existente entre as quantidades de soluto e solvente ou, então, as quantidades de soluto e de solução.

Usaremos a seguinte convenção:

Índice 1, para as quantidades relativas ao soluto.

Índice 2, para as quantidades relativas ao solvente.

Sem índice, ao que se referir à própria solução.

As quantidades de soluto, solvente e solução podem ser expressas em massa (g, kg, etc), em volume (mL, L, cm3, etc) ou em número de mol.

Soluções são misturadas homogêneas de dois ou mais componentes e podem ser sólidas, líquidas ou gasosas.

A substância em maior quantidade na solução recebe o nome de solvente e aqueles em menor quantidades são chamados soluto. Essa classificação depende apenas da quantidade da substância na solução. Assim, no caso do aço, solução constituída por substâncias sólidas, o solvente é o ferro e o principal soluto é o carbono (entre 0,008% e 2,000% da mistura).

As soluções mais importantes para os seres vivos são aqueles em o solvente é a água, ditas aquosas. As plantas retiram seu alimento do solo através de soluções aquosas (por esse motivo, os fertilizantes possuem, sua composição, minerais solúveis em água). A digestão transforma alimentos em substâncias solúveis em água, que dessa forma, são mais facilmente absorvidas pelo organismo. Os fluídos dos tecidos, o plasma sangüíneo e a água que bebemos são exemplos de soluções aquosas.

Critérios usados para exprimir concentrações

Ao preparar uma solução aquosa de H2SO4, podemos obter soluções em infinitas proporções, porque o H2SO4 e a água são miscíveis em todas as proporções. Uma vez preparada a solução, é importante indicar no rótulo do frasco a proporção utilizada no seu preparo. Essa proporção vai chamar-se concentração. Em linhas gerais, concentração é o critério usado para indicar a quantidade de soluto dissolvido em um determinado volume ou em uma determinada massa de solução. Dessa maneira, as quantidades relativas de H2SO4 e H2O utilizadas no preparo da solução ficam acessíveis a qualquer pessoa. Por isso é importante que as concentrações, ou melhor, os critérios usados para exprimir as concentrações, sejam adotadas por todos os químicos, através de uma linguagem universal. Suponhamos que um químico tenha misturado 455,6 g de ácido sulfúrico com 1822,4 g de água, de maneira a obter uma solução de 2L. Quais seriam os principais critérios utilizados para exprimir, de forma simples, a concentração dessa solução?

Concentração em massa (C) ou comum

Tomemos uma solução de V litros, onde exista uma massa de m1 gramas de soluto. Qual seria a massa de soluto contida em 1 Litro dessa solução?

A unidade da concentração será composta por uma unidade de massa qualquer (mg, g,kg, t, etc) dividida por uma unidade de volume qualquer (cm3, mL, dm3, L, m3, atc.).

Segundo, o volume que se leva em conta nessa definição não é o volume de solvente usado para fazer a solução, mas sim o volume da solução.

V

NaOH(aq)

C = 80 g/L

ejamos agora a leitura do rótulo identificador de uma solução aquosa contida em um frasco. No rótulo do frasco vão as seguintes informações:

NaOH(aq) indica que a substância dissolvida (soluto) é o NaOH e que o solvente é a água. C = 80 g/L indica uma solução aquosa de NaOH de concentração igual a 80 g/L. Interpretação da informação: Existem 80 g de soluto em cada litro de solução.

Exemplo 1:

Qual a concentração ( C ) de uma de brometo de potássio contendo 11,9g em 1L de solução?

Exemplo 2:

Por evaporação e purificação, um litro de água do mar fornece 27 g de cloreto de sódio, comercializado como sal de cozinha. Que volume de água do mar, em m3, precisa ser empregado para que uma salina produza 1 tonelada de cloreto de sódio?

Exercícios - Lista 1

1)20 g de hidróxido de sódio dissolvidos em certa quantidade de água fornecem 40 mL de solução. Qual a concentração comum em g/L?

2) No preparo de solução alvejante de tinturaria, 521,5g de hipoclorito de sódio são dissolvidos em água suficiente para 1000,0 mililitros de solução. Qual a concentração, em g/L?

3) Num refrigerante do tipo "cola", a análise química determinou uma concentração de íons fosfato (PO4)-3 igual a 0,15g/L. Qual a massa de fosfato, presente em 2 000 mL de refrigerante?

4) O gás oxigênio pode estar dissolvido na água na concentração de 0,05 g/L, em condição ambiente. Determine a massa de oxigênio existente em um aquário com volume de 100 L de capacidade.

5) Em 200 mL de determinado leite em pó integral há, após dissolvido em água, 240 mg de cálcio. Calcule a concentração em g/L de cálcio desse leite.

6) Determine o volume de 45 g de NaCl de concentração 4 g/L.

7) Um analgésico em gotas deve ser ministrado na quantidade de 3 mg por quilograma de peso corporal, não podendo contudo exceder 200 mg por dose. Cada gota contém 5 mg de analgésico. Quantas gotas deverão ser ministradas a um paciente de 80 kg?

8) O limite máximo de “ingestão diária aceitável” (IDA) de ácido fosfórico, aditivo em alimentos, é de 5mg/kg de peso corporal. Calcule o volume de refrigerante, contendo ácido fosfórico na concentração de 0,6 g/L, que uma pessoa de 60 kg deve ingerir para atingir o limite máximo de IDA.

9)Em média, a concentração de sais na água do mar é igual a 4 g/L. Em uma salina, determine a quantidade

máxima de sais que poderá ser obtida em um tanque de dimensões 10m x 5m x 1m.. (Dado: 1 m3 = 1000 L).

10) Qual a massa de açúcar ingerida por uma pessoa ao tomar um copo de 250 mL de limonada, na qual o

açúcar está presente na concentração de 5 g/L?

Densidade de solução

A densidade de uma solução é o resultado da divisão da sua massa pelo volume da solução.

Esteja atento para não confundir a concentração comum com a densidade da solução. A concentração comum expressa a massa de soluto presente num certo volume de solução. Já a densidade de uma solução expressa a massa total (soluto + solvente) de um certo volume de solução.

Obs.:

4) Em um laboratório de química, preparou-se uma solução contendo 3,7 g de hidróxido de cálcio-Ca(OH)2 dissolvidos em 10 litros de água. Determine a concentração molar dessa solução.

5) Quantos gramas de LiF – fluoreto de lítio são necessários para preparar 100 mL de uma solução 10-3 mol/L dessa substância?

6) O permanganato de potássio pode ser utilizado como germinada no tratamento de queimaduras. É um sólido brilhante usado, habitualmente, como reagente comum nos laboratórios. Considere a dissolução em meio ácido de 0,395 g deste sal em água suficiente para produzir 0,7 M de solução. Qual o volume da solução resultante?

7) Um aditivo para radiadores de automóveis é composto de uma solução aquosa de etilenoglicol (C2H6O2). Sabendo que em um frasco de 250 mL dessa solução existem cerca de 5 mol/L, Qual a massa de soluto na solução?C = 12; H = 1; O = 1.

8) Determinado produto comercializado em supermercados e destinado à remoção de crostas de gordura de fornos consiste em uma solução aquosa 2,5 mol/L de soda caustica (NaOH). O rótulo da embalagem informa que contém 800 mL do produto. Determine a massa da soda caustica presente nesse produto.

Na = 23; O = 16; H = 1.

9) 500 mL de solução contêm 5 g de sulfato férrico, Fe2(SO4)3. Calcule a molaridade do sulfato férrico e dos íons férrico e sulfato, em mol/L. Fe2(SO4)3 2Fe3+ + 3SO42-

10) Qual a concentração, em mol/L, de íons K+ e íons SO42- em uma solução de concentração 0,5 mol/L de sulfato de potássio? K2SO4 2K+ + SO42-

Exercícios de Físico Química aplicado à Analise Quantitativa.

Exercícios resolvido

Qual o volume (mL) necessário de uma solução concentrada de ácido nítrico – HNO3 parapreparar

250 mL de uma solução de 0,5 M?

(Dados: densidade 1,4 g/mL); pureza 65%)

Portanto, são necessário 8,65 mL de HNO3 concentrado para preparação de 250 ml de solução.

1) O fluoreto de hidrogênio é um gás ou vapor esverdeado, de fórmula química HF. Apresenta-se em solução (ácido) como líquido incolor e fumegante de odor penetrante (assim como o gás ou vapor puro).Qual o volume necessário de HF 0,5M para preparar uma solução 500 mL? Densidade 0,71 g/mL, pureza 40%.

2) O HCN ( ácido cianídrico) o gás utilizado nas câmaras de gás estadunidenses, quando estas passaram a executar prisioneiros condenados à pena capital a partir de 1924. Estas câmaras de execução instaladas nas penitenciárias estadunidenses contavam com janela de vidro reforçado, porta maciça e com sistema para fechamento hermético, poderoso sistema de ventilação com sistema de queima do gás evacuado e tratamento químico no interior da câmara após sua utilização para eliminar qualquer traço do veneno. Calcule o volume necessário para preparar 0,5M de HCN em 500 mL de solução. Dados: densidade 0,687 g/mL; pureza 35%.

3) Atualmente, existem pesquisas que produziram o ácido carbônico – H2CO3 puro. Encontrado na cerveja, água tônica. O ácido carbônico é responsável pelo gás nos refrigerantes. O ácido carbônico se decompõe em bolhas de dióxido de carbono. Qual o volume necessário para preparar 50 mL de solução de H2CO3 0,2 M? Dados: densidade 1 g/mL; pureza 65%.

Título e porcentagem em massa

Chamamos de título de uma solução a razão estabelecida entre a massa do soluto (m1) e a massa dessa solução (m), ambas medidas na mesma unidade.

Assim, se o título de uma solução é 0,2, isso significa que τ% = 100 . 0,2 = 20%. Isso quer dizer que a solução apresenta 20% em massa de soluto e, evidentemente, 80% em massa de solvente.

Uma relação bastante útil entre o título e a concentração comum é dada por:

Exemplo: Uma solução é preparada dissolvendo 50 g de açúcar em 450 g de água. Qual o título dessa solução e qual a porcentagem em massa do soluto?

Resolução:

O açúcar é o soluto: m1 = 50 g.

A água é o solvente: m2 = 450 g.

Título em volume

Da mesma maneira que o título em massa corresponde à fração da massa de uma amostra de solução que corresponde ao soluto, o título em volume (que simbolizaremos por τv) é uma grandeza que os informa a fração do volume de uma solução que corresponde ao soluto.

O título em volume de uma solução expressa a relação entre o volume de soluto presente numa amostra dessa solução e o volume total dessa amostra de solução.

Exemplo:

Em 50 L de ar seco e isento de poluente há 39 L de gás nitrogênio. Qual é o título em volume do nitrogênio no ar?

Resolução:

Empregando a definição de título em volume, temos:

Porcentagem em volume

Quando o título em volume τv é expresso em porcentagem, tem-se a porcentagem em volume do soluto na solução.

°INPM versus °GL

O álcool hidratado apresenta duas especificações: O ºINPM corresponde a uma porcentagem em massa e ºGL corresponde a uma porcentagem em volume. Apesar de apresentarem valores numéricos diferentes, ambos se referem à mesma solução. Os cálculos a seguir mostram como é possível transformar ºINPM em ºGL.

O significado de 92,8 oINPM

Sendo a densidade do álcool puro igual a 0,9 g/cm3 e da água pura igual a 1,0 g/cm3, podemos transformar as massas da água e do álcool presentes na solução nos seus respectivos volumes. Assim:

Somando esses volumes, deveríamos obter uma solução de volume corresponde a 1232 mL. Porém o que observa experimentalmente é que, após serem misturados, o volume obtido é menor que o valor esperado e o valor encontrado é de 1208 mL. Essa contração no volume é atribuída às forte ligações de hidrogênio estabelecidas entre as moléculas da água e do álcool.

Exemplo:

A nova legislação de transito prevê um limite máximo de 6 decigramas de álcool, C2H5OH, por litro de sangue do motorista (0,6 g/L). Considerando que a porcentagem média de álcool ingerida que fica no sangue é de 15% em massa

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