Solubilidade

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Solubilidade

Ricardo Queiroz Aucélio Letícia Regina de Souza Teixeira

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Sala de Leitura Solubilidade

Solubilidade

Quando preparamos um suco, ao acrescentarmos uma colher de açúcar no copo, percebemos que ele desaparece. Com o sal de cozinha acontece o mesmo. Ao adicionarmos uma colher de sal na água, ele também desaparece. Isso ocorre porque essas substâncias, o sal e o açúcar, são solúveis em água. Solubilidade é a propriedade que uma substância tem de se dissolver espontaneamente em outra substância denominada solvente. Este é um componente cujo estado físico se preserva, quando a mistura é preparada ou quando está presente em maior quantidade. Os demais componentes da mistura são denominados solutos. Portanto, no nosso exemplo, a água é o solvente e o açúcar ou o sal, os solutos. Uma vez misturados, soluto e solvente formam uma mistura homogênea, também chamada de solução.

Figura 1

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Misturas homogêneas são aquelas em que não se distinguem os diferentes componentes, ou seja, apenas uma fase pode ser identificada. Observe, na figura abaixo, por exemplo, o permanganato de potássio (sólido violeta) se misturando à água e formando um sistema homogêneo (solução):

Figura 2

Podemos ainda observar, na cozinha da nossa casa, que há limite para dissolver o açúcar e o sal na água. Quando exageramos na quantidade, a água ou o suco ficam turvos, porque o açúcar ou o sal não se dissolveram totalmente. A quantidade de substância que se dissolve em determinada quantidade de solvente varia muito, em função das características das substâncias envolvidas e da compatibilidade entre elas (soluto e solvente). Quando a água é o solvente, algumas substâncias possuem solubilidade infinita, ou seja, misturam-se em qualquer proporção com a água. Outras possuem solubilidade limitada, outras insolúveis.

Devido à sua capacidade de dissolver um grande número de substâncias, a água é considerada um “solvente universal”.

Então, com relação a um dado solvente, as substâncias podem ser classificadas como: insolúveis, parcialmente solúveis ou solúveis. Para que se possa compreender melhor, vamos introduzir valores numéricos. Em termos de concentração em quantidade de matéria, uma substância será considerada insolúvel se sua solubilidade for menor do que 0,01 mol L-1; moderadamente solúvel se sua solubilidade estiver entre 0,01 e 0,1 mol L-1; e, finalmente, solúvel, se sua solubilidade for maior do que 0,1 mol L-1. A solubilidade em água é mais comumente apresentada em termos de massa de soluto por 100 g de água

(relação massa/massa).

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Veja alguns exemplos no quadro abaixo:

Substância Solubilidade em quantidade de matéria (mol L‐1) (20 oC)

Solubilidade (g) por 100 g de água (20 oC)

De acordo com nossa definição, o cloreto de ferroso (FeCl2) e o cloreto de sódio (sal de cozinha, NaCl) são solúveis em água. Já o sulfato de cálcio (CaSO4) é moderadamente solúvel e o cloreto de prata (AgCl), insolúvel. Bem, mas isso só é verdade na temperatura especificada, ou seja, a 20 oC. Em outras temperaturas esses valores se modificam.

Por falar em temperatura, vamos voltar ao exemplo da dissolução do açúcar e do sal. Há ainda uma observação importante que podemos fazer: o açúcar ou o sal em excesso, aquele que não se dissolveu totalmente na água, pode ser dissolvido se aquecermos a solução, ou seja, a solubilidade varia com a temperatura.

Tendo em mente todas essas observações, podemos definir solubilidade como a concentração de soluto dissolvido em um solvente, em equilíbrio com o soluto não dissolvido, à temperatura e pressão especificadas. Em outras palavras, é a medida da quantidade máxima de soluto que pode ser dissolvida em um determinado solvente, formando uma solução. Essa solução é então dita saturada com relação ao soluto considerado. Vamos explicar melhor:

Levando em consideração a proporção entre soluto e solvente, as soluções podem ser classificadas em: - Soluções diluídas;

- Soluções concentradas;

- Soluções saturadas;

- Soluções supersaturadas.

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Vimos na tabela de solubilidade acima que, a 20 oC, é possível dissolver 64 g de FeCl2 em 100 mL de água. Imagine, então, um béquer com 100 mL de água no qual são adicionados apenas 20 g desse sal.

Nesse caso, haverá pouco soluto em relação ao solvente e teremos uma solução diluída (solução A). Se adicionarmos 40 g desse soluto a 100 mL de água, teremos uma solução mais concentrada do que a primeira (solução B). No entanto, essas duas soluções, A e B, são ditas insaturadas, pois, em ambos os casos, é possível dissolver uma quantidade ainda maior de soluto. Vale ressaltar que a ideia de solução concentrada e diluída é bastante relativa. Veja o exemplo do cianeto de potássio, KCN, um composto altamente tóxico. Uma solução de cianeto de potássio contendo 0,001 g de soluto em 100 mL de água é concentrada ou diluída? Bem, para a ingestão por um indivíduo, é considerada concentrada (pois essa seria uma dose fatal), mas em termos de análise química, seria uma solução diluída (no jargão químico, seria uma quantidade traço).

Continuando os exemplos de preparo de soluções, imagine que adicionemos agora 64 g de FeCl2 em 100 mL de água. Nesse caso, dissolvendo o máximo de soluto em relação ao solvente, a 20 oC, e teremos uma solução saturada (solução C). Ainda podemos dissolver uma quantidade maior de soluto, variando a temperatura. Por exemplo, no caso da solubilização ser um processo endotérmico (processo em que se precisa absorver energia para que a solubilização ocorra), uma quantidade maior de soluto pode ser dissolvido ao se aumentar a temperatura do sistema. Se essa solução for deixada em repouso para que a temperatura volte ao valor inicial, teremos uma solução supersaturada, que é bastante instável (solução D). Assim, a solução supersaturada é aquela que possui uma quantidade de soluto maior do que aquela que normalmente se teria em condições de saturação. Nesse caso, obtém-se um sistema com uma única fase, porém, com uma quantidade de soluto dissolvida maior do que aquela possível de ser dissolvida a uma temperatura mais baixa.

Observe na figura abaixo a diferença entre cada tipo de solução:

Figura 3

20 g de FeCl2 em 100 mL de água, a 20oC

40 g de FeCl2 em 100 mL de água, a 20oC

64 g de FeCl2 em 100 mL de água, a 20oC

D mais de 64 g de

FeCl2 em 100 mL de água, a 20oC

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Mas, atenção: o soluto não é necessariamente um sólido. Ele também pode ser líquido ou gasoso. O mesmo vale para o solvente, por exemplo, o ar que respiramos é uma solução na qual o componente presente em maior quantidade é o nitrogênio (78% em volume). Assim, esse gás pode ser considerado o solvente ao qual se encontra misturado oxigênio, gás carbônico e outros gases.

Dois ou mais líquidos podem ser misturados para formar uma solução. Sabemos, por exemplo, que a gasolina contém uma pequena quantidade de álcool dissolvido, no caso o álcool anidro. Por outro lado, o álcool, aquele utilizado como combustível para automóveis, contém uma pequena quantidade de água dissolvida (álcool hidratado), portanto, trata-se de uma solução. Em se tratando de dois líquidos, é usual classificá-los como miscíveis ou imiscíveis. Quando dois líquidos se misturam em todas as proporções, eles são denominados miscíveis, como, por exemplo, a mistura água e álcool ou a mistura gasolina e álcool. Nesse caso, pode-se também dizer que a solubilidade de um líquido em outro é infinita. Quando dois líquidos não se misturam, eles são denominados imiscíveis, como por exemplo, a mistura água e tetracloreto de carbono (CCl4), ou a mistura água e óleo (veja a figura abaixo). Dois líquidos imiscíveis formam um sistema heterogêneo. Esses são aqueles em que os componentes presentes podem ser facilmente identificados, ou seja, duas ou mais fases são identificadas.

Figura 4

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Atenção! Os termos insolúvel e imiscível são relativos, isto é, nenhuma substância é 100% insolúvel ou 100 % imiscível.

Como mencionado no início do texto, a solubilidade, na maioria dos casos, varia com a temperatura. Esse fato explica a existência de soluções supersaturadas – aquelas que têm excesso de soluto em relação ao solvente, ou seja, quando se tem uma quantidade de soluto dissolvido maior do que a solubilidade máxima naquela temperatura.

As soluções supersaturadas são instáveis, isto é, a precipitação do excesso de soluto dissolvido pode ter início muito facilmente e por várias maneiras. Por exemplo, por meio da introdução de um pequeno cristal do soluto que propicia uma superfície na qual a cristalização pode ser desencadeada. A cristalização pode também ser provocada por outros meios, como por um choque mecânico ou por uma onda sonora.

A influência da temperatura

A influência da temperatura na solubilidade pode ser compreendida à luz do princípio de Le Chatelier. Considere uma solução saturada, em equilíbrio com excesso de soluto (corpo de fundo). O que acontece se fornecermos calor ao sistema?

Segundo Le Chatelier, nesse caso, o equilíbrio irá se deslocar na direção que absorve calor. Mas, qual seria essa direção?

Bem, se a dissolução for um processo endotérmico, que ocorre devido à absorção de calor, como no caso da dissolução do sal de cozinha (cloreto de sódio, NaCl), a absorção de calor implica em deslocamento do equilíbrio para a direita. Com isso, aumenta a massa de cloreto de sódio na fase aquosa, ou seja, sua solubilidade aumenta com a temperatura.

NaCl (s) + calor NaCl (aq)

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