Baixe Relatorio CONCENTRAÇÃO DE SOLUÇÕES E DÍLUIÇÃO e outras Provas em PDF para Cultura, somente na Docsity! CONCENTRAÇÃO DE SOLUÇÕES E DÍLUIÇÃO PRÁTICA DE Nº 07 CURSO DE LICENCIATURA EM QUÍMICA DISCIPLINA: INTRODUÇÃO A QUÍMICA EXPERIMENTAL TURMA: 2011 PROFESSOR (A): ANA KARINE PORTELA VASCONCELOS DATA DO EXPERIMENTO: 13/09/2011 DATA DA ENTREGA: 25/10/2011 EQUIPE: TIAGO TORQUATO VIRGINIO OLIVEIRA REISIANE DA SILVA PINHEIRO 1-OBJETIVO Preparar soluções diluídas de ácidos, bases fortes e sais. 2-INTRODUÇÃO TEÓRICA Se diferentes fases podem ser vistas a olho nu ou por meio de um microscópio, a mistura é heterogênea e não é uma solução. Se somente uma fase está presente, então, é uma solução. As soluções podem ser classificadas segundo seu estado físico: sólido, líquido e gasoso. As soluções gasosas não podem ser uma mistura heterogênea porque os gases se misturam em qualquer proporção, sendo que as soluções gasosas possuem tipicamente a estrutura de todos os gases. As soluções sólidas são encontradas em dois tipos: substituinte – que exibe uma estrutura cristalina que tem regularidade estrutural – e intersticial – que são átomos diferentes, íons ou moléculas que possuem certa ocupação no retículo hospedeiro. As soluções líquidas possuem um arranjo molecular típico de um líquido puro: as partículas se encontram dispostas próximas umas às outras. Entretanto, uma solução líquida é composta de diferentes partículas (RUSSEL, p.502-504) Outra forma de classificar as soluções é quanto à natureza do soluto, que pode ser molecular – o soluto é formado por moléculas que não se dissociam - ou iônicas – o soluto não apenas se dissolve, mas dissocia-se em íons. O coeficiente de solubilidade classifica as soluções em: saturadas – a quantidade de soluto dissolvido é igual ao coeficiente de solubilidade; insaturadas – a quantidade de soluto dissolvido é inferior ao coeficiente de solubilidade; supersaturadas – a quantidade de soluto dissolvido é superior ao coeficiente de solubilidade (ANDRADE, p. 5 e 6). Concentração de uma solução é a relação entre a quantidade do soluto e a quantidade do solvente ou da solução. Uma vez que as quantidades de solvente e soluto podem ser medidas em massa, volume ou quantidade de matéria (número de moles), há diversas unidades de concentração de soluções. As mais utilizadas são: Concentração em gramas por litro. Esse termo é utilizado para indicar a relação entre a massa do soluto (m) expressa em gramas e o volume (V), da solução em litros: Porcentagem em massa= massa do componente na solução/ massa total da solução x 100. Fração em quantidade de matéria= quantidade de matéria do componente/ quantidade de matéria total de todos os componentes. Concentração em quantidade de matéria=quantidade de matéria do soluto/litros de solução. Molaridade = quantidade de matéria de soluto/quilogramas de solvente. Molaridade = quantidade de soluto/volume da solução. 2.1-CONCENTRAÇÃO DE SOLUÇÕES Definição de Solução: Uma solução é uma mistura homogênea de um soluto (substância a ser dissolvida) distribuída através de um solvente (substância que efetua a dissolução). Existem soluções nos três estados físicos: gás, líquido ou sólido. Ar é uma solução gasosa de N2, O2 e quantidades muito menores de outro gases. Muitas ligas metálicas são soluções sólidas, como a moeda de 25¢ (25% de Ni, 75% Cu) dos EE.UU. As soluções mais familiares são aquelas no estado líquido, especialmente as que usam água como solvente. Soluções aquosas são as mais importantes para nossos propósitos em Química Analítica. Um dos aspectos mais importantes é a preparação e a expressão da concentração de soluções. 2.3-EXPRSSÕES DA CONCENTRAÇÃO DE UMA SOLUÇÃO Concentração significa quanto soluto está presente em um volume ou massa específica. Existem diversas maneiras como os químicos exprimem a concentração de uma solução, a continuação descreveremos as formas mais comuns de expressar concentração. 2.4-MOLARIDADE OU CONCENTRAÇÃO MOLAR A molaridade de uma solução da espécie A, é o número de moles de essa espécie contidos em 1 L de solução (NÃO em 1 L de solvente). Sua unidade é M, que tem dimensões de mol L-1. A molaridade exprime também o número de milimoles (mmol ou10-3 mol) de um soluto por mililitro (mL ou 10-3 L de solução: FIGURA 1: Molaridade = Relembrando que o Nº de moles de uma substância está relacionado a seu peso em gramas através do peso molecular (PM), teremos FIGURA 2: Quantidade (moles) = ou Quantidade (milimoles) = Exemplo 1. Achar a molaridade de uma solução aquosa que contém 2,30 g de álcool etílico (EtOH; C2H5OH) (peso-fórmula = 46,07 g mol-1) em 3,50 L. 1. Calcular o Nº de mol em 2,30 g de EtOH: 2,30 g/46,07 g mol-1 = 0,04992 mol de EtOH 2. Para obtermos a concentração molar: M = 0,04992 mol/3,50 L = 0,0143 M Exemplo 2. Como prepararia 0,150 L de uma solução 0,500 M de NaOH, a partir de NaOH sólido e água. 1. Calcularemos o número de moles de NaOH requeridos.: Nº mol NaOH necessários = 0,150 L x = 0,0750 mol NaOH Massa de NaOH requerida = 0,075 mol x Resposta: você deveria pesar 3,00 g de NaOH e dissolver em suficiente água para fazer 150 mL (0,150 L) de solução. 2.5-Tipos de concentração: Concentração Analítica ou Concentração Formal ou Formalidade e Concentração de Equilíbrio Quando uma substância se dissolve, com freqüência sofre uma mudança química, e.g., dissociação em íons. Como resultado, a quantidade de substância adicionada à solução pode não ser igual à quantidade dessa mesma substância na solução. Então, é absolutamente essencial distinguir entre as duas quantidades. O número total de moles de soluto, independente de seu estado de dissociação ou associação, contido em 1 L de solução (ou o Nº total de mmol contido em 1 mL de solução) se denomina Concentração Analítica ou concentração formal ou simplesmente Formalidade (F)*. Isto é, a formalidade ou concentração analítica especifica uma “receita” pela qual a solução pode ser preparada. Por exemplo, uma solução 1.0 F de H2SO4 pode ser preparada dissolvendo 1,0 mol, ou 98 g, de H2SO4 em água e diluindo até exatamente 1 L. A concentração real de uma espécie particular, iônica ou molecular, na solução chama-se Concentração de Equilíbrio. Para estabelecer a concentração de equilíbrio de uma espécie, é necessário conhecer o que acontece ao soluto quando se dissolve em um solvente. Por exemplo, a concentração de equílíbrio de uma solução de H2SO4 cuja concentração analítica é 1,00 M (ou F) é 0,00 M haja vista que o ácido sulfúrico se dissocia totalmente para dar uma mistura de H3O+, HSO4 e SO42-; nesta solução, praticamente não existem moléculas de H2SO4. As concentrações de equilíbrio destes 3 íons são 1,01, 0,99; e 0,01 M, respectivamente. As concentrações de equilíbrio são simbolizadas colocando a fórmula química da substância dentro de colchetes. Assim, para nossa solução de H2SO4 com concentração analítica 1,0 F, podemos escrever: [H2SO4] = 0,00 M [H3O+] = 1,01 M [HSO4] = 0,99 M [SO42] = 0,01 M A distinção entre estes dois tipos de concentração é ilustrada examinando uma solução preparada dissolvendo 60 g (1 mol) de ácido acético (HAc, CH3COOH) em água e diluindo até 1,0 L. A concentração analítica (ou formalidade) do HAc é 1,0 M (ou F) mas a concentração de equilíbrio é menor, cerca de 0,98 M, porque algumas moléculas de HAc se dissociam em H3O+ e Ac- (CH3COO-). Para determinar a exata concentração de equilíbrio, devemos conhecer a extensão da dissociação. Como isto é feito será um dos tópicos importantes a serem abordados no curso. 2.6-NORMALIDADE O uso de normalidade como expressão de concentração é uma matéria de uma certa controvérsia entre os químicos. A tendência parece ser em favor de evitar seu uso. Porém, além de sua utilidade em Q. Analítica esta unidade de concentração ainda é usada no trabalho prático e na literatura. A vantagem de se usar normalidade, como veremos mais adiante, é que soluções da mesma normalidade reagem mL a mL, isto é, 1 mL de uma solução 0,1 N de NaOH neutralizará exatamente 1 mL de solução 0,1 N de H2SO4, independente da estequiometria da reação química envolvida. Não acontece o mesmo quando a concentração Uma solução a 37 % contém 37,0 g de HCl em 100 g de solução. A massa de 1 L de solução é: (1 000 mL)= 1 180 g A massa de HCl em 1180 g de solução é: (1180 g solução) = 437 g HCl Dado que o peso molecular do HCl é 36,461, a molaridade do HCl é: Visto que 100 mmol de HCl é igual a 3,65 g, a massa de solução que contém 0,100 mol é: O volume de solução contendo 0,100 mol de HCl é: 2.8-DILUIÇÃO DE SOLUÇÕES Com freqüência é necessário preparar uma solução diluída de um reagente a partir de uma solução mais concentrada. Uma equação muito útil para calcular o volume de reagente concentrado é: M1 x V1 = M2 x V2 Devido a que M x V = (moles/L) x (L) = MOLES esta equação simplesmente estabelece que os moles de soluto em ambas soluções são iguais. A diluição acontece porque o volume muda. Dito de outra forma, o número de moles de soluto não muda quando diluímos, não importando o volume final da diluição. Em geral podemos escrever a equação anterior: C1 x V1 = C2 x V2 = C3 x V3 = + Cn x Vn = CONSTANTE Também, para se obter a quantidade de soluto a partir de um volume dado de solução o produto C x V vai nos dar o número de moles, equivalentes, g, mg, etc contidos em V litros de solução, dependendo das unidades da concentração C. 2.9-Razão solução-diluente Às vezes a composição duma solução diluída se especifica em função do volume duma solução mais concentrada e o volume do solvente usado para fazer a diluição. O volume da primeira separa-se do volume do outro usando dois pontos (:). Assim, uma solução de HCl 1 : 4 contém 4 volumes de água por cada volume de HCl concentrado. Este método é freqüentemente ambíguo por a concentração da solução original nem sempre é óbvia ao leitor. Infelizmente, as vezes 1 : 4 interpreta-se como: dilua 1 volume com 3 volumes. Para evitar esta ambigüidade, recomenda-se usar 1 + 4. 2.10-CÁLCULO DA CONCENTRAÇÃO Como calcular a nova concentração de uma solução que foi diluída? FIGURA 5: A concentração de uma solução é dada por: Vamos chamar de C1 a concentração inicial, V1 o volume inicial (de solvente), m1 a massa inicial (de soluto), C2 a concentração final, V2 o volume final (de solvente) e m2 a massa final (de soluto). Lembre que na diluição não há alteração na massa de soluto, ou seja, m1 = m2. FIGURA 6: 2.11-FORMAS DE SE ALTERAR A CONCENTRAÇÃO Podemos alterar a concentração de uma solução de outras maneiras que não incluam adicionar mais solvente. Podemos, por exemplo, adicionar mais soluto. É o que acontece quando adoçamos uma xícara de café, percebemos que ele ainda está amargo e colocamos mais açúcar. Nesse caso, alteramos a concentração de açúcar no café "para mais" - portanto, não se trata de uma diluição. Mas há outro fenômeno muito comum, que é a alteração de concentração pela perda de solvente. Imagine uma solução de água e sal de cozinha. Se levarmos essa solução ao fogo, perceberemos a evaporação da água. Se diminuirmos o volume de solvente, estaremos aumentando a concentração - portanto, não se trata, aqui também, de uma diluição. Esse fenômeno acontece muito no mar, onde a incidência solar faz com que a água evapore, tornando a camada superficial mais concentrada, conseqüentemente mais densa e, por isso, capaz de afundar. Esse processo é um dos responsáveis pelas correntes marítimas. 3-MATERIAS E MÉTODOS 3.1-MATERIAS UTILIZADOS 1. Vidro de relógio 2. Bastão de vidro 3. Béquer 50 mL 4. Béquer 100 mL M= 0,2 M Mol NaOH= 40g de Mol -¹ M = n = md V(L) mm V(L) 0,2= md 40 0,25 md = 0,2 x 0,25 40 Na= 23g Mol -¹ O= 16g Mol -¹ H= 1g -¹ md= 40 x 0,2 x 0,25 md= 2g de NaOH 2. Cálculos da Solução Ácido forte (HCl) Solução 2: HCl (PM 36,5; Pureza 37% ; Densidade =1,18) utilizando das informações fornecidas no produto, obtivemos M= 4,18 ml de HCl para 250 ml de água destilada. Cg/L= d.g.1000 Cg/L= 1,18 x 0,37 x 1000 Cg/L= 436,6 g/L -¹ N= m E.V Dados H= 1g Mol -¹ Cl= 35,5g Mol -¹ N= 436,6 36,5 x 1 N= 12 mol/L 3. Cálculos do Princípio da Diluição Usando a Fórmula C1.V1=C2.V2 (0,2.V1=0,02.250) obtemos a quantidade de NaOH para uma solução 1:10, na qual a quantidade obtida é V2=25ml de NaOH. C1V1= C2V2 C1V1= Cf.Vf 12 x Vi= 0,2 x 250 mL V1= 0,2 x 250 12 V1= 4,2 mL de HCl 4. Cálculos da Solução de um sal (CuSO4.5H2O) Solução 3: CuSO4 (Cu=63,6; S=32 O=16) Usando a fórmula ; ; obtivemos M=7,48g de CuSO4 por 250 ml de água destilada. V= 0,25 L M= 0,2 Mol -¹ Mol= CuSO4.5H2O Cu= 63,5g Mol -¹ S= 32g Mol -¹ O= 16g Mol -¹ H= 1 g Mol -¹ 63,5 + 32 + 4 (16) + 5 (18) = 249,5g Mol -¹ md M= n = mm V (L) V(L) 0,2 = md 249,5 0,25 md = 0,2 x 0,25 249,5 md = 249,5 x 0,2 x 0,25 md = 12,5g CuSO4.5H2O 5-CONCLUSÃO Os resultados das soluções preparadas permitiram verificar que o NaCl e o NaOH são solúveis em água, ou seja, são polares. Finalizaram-se com sucesso os dois últimos experimentos, condizentes a respeito da diluição. Conclui-se que a partir de uma solução mais concentrada é possível fazer a diluição e obter soluções em concentrações menores. 6-REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1]vsites.unb.br/iq/lqaa/gaston/SOLUCOESfinal.doc: acesso dia 25 de Setembro de 2011, ás 21h15mim. [2]http://educacao.uol.com.br/quimica/concentracao-alteracoes-na-concentracao.jhtm; acesso dia 27 de Setembro de 2011 ás 14h25mim