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1 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 5
SUMÁRIO
Capítulo 5 ------------------------------------------------------ 3
5. Soluções ---------------------------------------------------- 3
5.1. Unidades de concentração --------------------------- 3
5.1.1. Concentração comum (C) -------------------------------- 4
5.1.2. Concentração molar ou Molaridade (M) --------------- 4
5.1.3. Partes por milhão (ppm) --------------------------------- 5
5.1.4. Título, Porcentagem em massa (t) ---------------------- 5
5.1.5. Título, Porcentagem em volume (tV) -------------------- 6
5.1.6. Normalidade (N) ------------------------------------------ 7
5.1.7. Densidade (d) ---------------------------------------------- 9
5.2. Diluição ------------------------------------------------- 10
5.3. Mistura de Soluções ---------------------------------- 11
5.4. Solubilidade -------------------------------------------- 11
5.4.1. Fenômenos de saturação -------------------------------- 12
5.4.2. Coeficiente de solubilidade ----------------------------- 12
5.4.3. Curva de solubilidade ----------------------------------- 13
EXERCÍCIOS PROPOSTOS ----------------------------- 15
GABARITO ---------------------------------------------------17
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2 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 5
Apresentação
Ao chegar à UFPA, você tem a possibilidade de
cursar gratuitamente cursos de nivelamento em Ciências
Básicas (Física, Química e Matemática). Assistindo às aulas
no próprio ambiente em que cursará sua graduação, isso
auxiliará você a adquirir o conhecimento necessário para
enfrentar melhor o programa curricular do seu curso.
Então seja Bem-vindo ao Curso de Nivelamento em
Química Elementar do PCNA. Este é o quinto de uma série
de o i t o E-books que vão lhe acompanhar durante o
curso, o professor utilizará este material como apoio às
suas aulas e é fundamental que você o leia e acompanhe as
atividades propostas.
A série “E-books PCNA-Química” foi desenvolvida
com o propósito de apresentar o conteúdo do curso de
Química Elementar.
Neste fascículo você irá encontrar o conteúdo de
Soluções. É bom lembrar que não se pode aprender
Química sem alguns pré-requisitos, que muitas vezes não
valorizamos por acharmos simples e descomplicados,
todavia, atenção e compreensão se fazem necessária.
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3 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 5
Capítulo 5
5. Soluções
São misturas homogêneas de duas ou mais
substâncias. Nas soluções, o componente que está presente
em menor quantidade é o soluto, enquanto, o componente
predominante é chamado solvente. São encontradas em
três estados físicos: sólidas, líquidas e gasosas.
As soluções são divididas em:
• Diluídas: a proporção do soluto é pequena em relação ao
solvente.
• Concentradas: a proporção do soluto é grande em relação
ao solvente.
• Homogêneas: São aquelas que apresentam um aspecto
uniforme, com uma única fase (monofásicas).
• Heterogêneas: São aquelas que apresentam mais de uma
fase.
5.1. Unidades de concentração
Podemos estabelecer diferentes relações entre a
quantidade de soluto, de solvente e de solução. Tais relações
são denominadas genericamente concentrações.
Onde:
• Índice 1 para o soluto
• Índice 2 para o solvente
• Sem índice para a solução
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4 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 5
5.1.1. Concentração comum (C)
Relação entre a massa do soluto em gramas e o volume
da solução em litros.
𝐶 =m1
𝑉 (𝑔/𝐿) (5.1)
5.1.2. Concentração molar ou Molaridade (M)
Relação entre o número de mol do soluto e o volume
da solução em litro.
𝑀 = m1
𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟 × 𝑉 (5.2)
𝑀 =n1
𝑉 (
𝑚𝑜𝑙
𝐿) (5.3)
Exemplo 5.1: Um acadêmico do curso de Química necessita
preparar uma solução de ácido bórico (H3BO3) 0,5 mol/L
para ser utilizada como fungicida. Para preparar tal solução,
ele dispõe de 2,5 g do ácido. Qual deve ser o volume, em mL,
de solução com a concentração desejada que possa ser
preparado utilizando toda a massa disponível?
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5 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 5
Solução:
Com o valor da molaridade determinado e a massa
do ácido conhecido, podemos calcular o volume da solução
a partir da equação (5.2). É necessário, assim, conhecer a
massa molar do ácido bórico. Obtida com auxílio de uma
tabela periódica, o valor aproximado da massa molecular é
62 g/mol.
Arranja-se a equação (5.2), deixando em evidência o
volume.
𝑉 =𝑚
𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑥 𝑀=
2,5 𝑔
62 𝑔
𝑚𝑜𝑙 . 0,5
𝑚𝑜𝑙𝐿
= 0,0806 𝐿
= 80,6 𝑚𝐿
Logo, deve ser adicionado solvente até que a solução
desejada tenha um volume de 80,6 mL.
5.1.3. Partes por milhão (ppm)
Relação entre uma quantidade muito pequena de
soluto dissolvida em quantidade muito grande de solvente.
𝑝. 𝑝. 𝑚 =m1
m2 (𝑚𝑔/𝐾𝑔) (5.4)
5.1.4. Título, Porcentagem em massa (t)
Quociente entre a massa do soluto e da solução. Sua
resposta é dada em porcentagem.
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6 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 5
𝑡 =m1
m 𝑜𝑢 𝑡 =
m1
m1+m2 (5.5)
Exemplo 5.2: Em 200g de solução alcoólica de
fenolftaleína contendo 8,0% em massa de soluto. Qual a
massa de fenolftaleína, em gramas, contida na solução?
Solução:
Para resolver esse problema, aplica-se a equação
(5.5), evidenciando a massa do soluto, sendo nosso a
grandeza que queremos determinar.
𝑚1 = 𝑡 𝑥 𝑚 = 0,08 . 200 𝑔 = 16 𝑔
A massa de fenolftaleína na solução alcoólica é de 16
g.
5.1.5. Título, Porcentagem em volume (tV)
Quociente entre o volume do soluto da solução. Sua
resposta é dada em porcentagem.
𝑡𝑉 =v1
v (5.6)
Exemplo 5.3: Na cidade de São Paulo (SP), por exemplo, a
qualidade do ar é considerada inadequada se o teor de
monóxido de carbono (CO) atingir 15 ppm (V/V). Nessa
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7 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 5
situação, qual é o volume de CO existente em cada metro
cúbico de ar?
Solução:
O ppm é uma forma de expressar uma concentração
qualquer. Quando se trata de gases é normal representá-los
pela equação (5.6), sendo o valor do título em ppm (10-6).
Logo a equação rearranjada, fica da seguinte forma:
15𝑥10−6 =𝑣1
1𝑚3
Para calcular o volume de CO basta evidenciar v1.
𝑣1 = 15𝑥10−6 . 1 𝑚3 = 15𝑥10−6 𝑚³ = 15 𝑐𝑚³
Portanto, para cada metro cúbico de ar, 15 cm³ são
de monóxido de carbono.
Outra forma de compreender o problema é expressar
o volume em outra unidade. Logo, em 1000 L (1 m³) de ar,
15 mL (15 cm³) são de CO.
5.1.6. Normalidade (N)
Relação entre o número de equivalente-grama do
soluto pelo volume da solução.
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8 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 5
𝑁 =𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒−𝑔𝑟𝑎𝑚𝑎 (𝑛𝑒)
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 (𝑉) (5.7)
𝑛𝑒 = 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 (𝑚1)
𝐸𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒−𝑔𝑟𝑎𝑚𝑎 (𝐸) (5.8)
𝐸 =𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟 (𝑀𝑀)
𝑋 (5.9)
O X representa para:
• Os ácidos, o número de hidrogênios ionizáveis;
• As bases, o número de hidróxidos;
• Os sais, o total de valência dos cátions ou ânions;
• Os óxidos, o total de valência do elemento combinado
com oxigênio, etc.
Exemplo 5.4: Qual a massa de ácido sulfúrico (H2SO4) contida em 80 mL de sua solução 0,1 N? Solução:
Para calcular a massa do ácido em questão, primeiramente, combinam-se as equações (5.7), (5.8) e (5.9).
𝑁 =𝑚1 . 𝑋
𝑀𝑀 . 𝑉
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9 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 5
Deixando a massa em evidência, obtemos a seguinte equação:
𝑚1 =𝑁 . 𝑀𝑀 . 𝑉
𝑋
Com a normalidade e volume da solução conhecidos, resta apenas os valores da massa molar e do X. Com o auxílio de uma tabela periódica, obtêm-se o valor de 98 g/mol para a massa molecular do ácido sulfúrico. O valor de X requer uma análise equação de ionização do ácido.
𝐻2𝑆𝑂4 → 2𝐻+ + (𝑆𝑂4)2− Chega-se a conclusão de que dois íons de hidrogênio são ionizados para cada molécula de ácido sulfúrico. Logo, o valor de X é 2.
𝑚1 =0,1
𝑚𝑜𝑙𝐿 . 98
𝑔𝑚𝑜𝑙
. 0,08 𝐿
2= 0,392 𝑔
Portanto, a massa de ácido sulfúrico na solução é de
0,392 g.
5.1.7. Densidade (d)
A densidade da solução relaciona a massa como
volume da própria solução. Ela indica a massa da solução
correspondente a uma unidade de volume (por exemplo: 1
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10 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 5
mililitro). A densidade da solução não é uma forma de
expressar a concentração da solução.
𝑑 =𝑚
𝑉 (
𝑔
𝑚𝐿) (5.10)
5.2. Diluição
Diluir uma solução, significa adicionar a ela uma
porção do próprio solvente puro. Nesse procedimento o
volume e a concentração das soluções são variáveis, no
entanto, a quantidade de soluto permanece constante.
• Em relação à Concentração comum:
𝐶𝑖×𝑉𝑖 = 𝐶𝑓×𝑉𝑓 (5.11)
• Em relação à Molaridade:
𝑀𝑖×𝑉𝑖 = 𝑀𝑓×𝑉𝑓 (5.12)
• Em relação ao Título:
𝑡𝑖×𝑀𝑖 = 𝑡𝑓×𝑀𝑓 (5.13)
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11 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 5
5.3. Mistura de Soluções
Se não ocorrer reação química, podem-se ter dois
tipos de misturas:
• Solutos e solventes iguais
Solução A + Solução B = Solução Final
𝐶𝐴. 𝑉𝐴 + 𝐶𝐵. 𝑉𝐵 = 𝐶𝑓(𝑉𝐴 + 𝑉𝐵) (5.14)
• Solutos diferentes e solventes iguais
•
Ocorre a diluição dos dois solutos. Concentrações
finais dos solutos serão menores que as iniciais. As
quantidades permanecem constantes, porém eles estarão
dispersos num volume maior.
5.4. Solubilidade
A dissolução de uma substância depende de inúmeros
fatores, entre eles, da polaridade das moléculas e de suas
ligações. De um modo geral, os solventes polares dissolvem
melhor solutos também polares, do mesmo modo que os
solutos apolares se dissolvem melhor solventes apolares, ou
seja:
“Semelhante dissolve semelhante”.
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12 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 5
5.4.1. Fenômenos de saturação
Em função do ponto de saturação, classificamos as
soluções em:
• Não-saturadas (ou insaturadas): Contém uma
quantidade de soluto inferior ao coeficiente de
solubilidade, numa dada quantidade de solvente, a uma
determinada temperatura.
• Saturadas: Contém uma quantidade de soluto igual ao
coeficiente de solubilidade, numa dada quantidade de
solvente, a uma determinada temperatura.
• Supersaturadas: Contém a quantidade de soluto superior
ao coeficiente de solubilidade, numa dada quantidade de
solvente, a uma determinada temperatura inicial. Após o
aquecimento da solução, o corpo de fundo se solubiliza,
deixando a solução supersaturada.
5.4.2. Coeficiente de solubilidade
Adicionando gradativamente um determinado soluto
em um solvente, à pressão e temperatura constante e sob
agitação contínua, verifica-se que, em dado momento o
soluto não se dissolve mais. A partir deste ponto, qualquer
quantidade adicional de soluto precipitará. Dizemos, então,
que a solução atingiu seu coeficiente ou grau de solubilidade.
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13 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 5
5.4.3. Curva de solubilidade
São gráficos que apresentam a variação dos
coeficientes de solubilidade das substâncias em função da
temperatura.
Figura 5.1 – Curva de solubilidade do nitrato de prata em
água.
Fonte: FELTRE, Ricardo. Química - v. 2 - 6. ed. - São Paulo:
Moderna, 2004.
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14 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 5
Figura 5.2 – Curvas de solubilidade de vários sais em água.
Fonte: FELTRE, Ricardo. Química - v. 2 - 6. ed. - São Paulo:
Moderna, 2004.
Existem diferentes comportamentos de solubilidade
em gráficos, porém, para interpretá-los a regra geral resume-
se a: quem está encima da curva do gráfico está saturado com
corpo de fundo, quem está na curva, saturado, e quem está
abaixo, insaturado.
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15 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 5
EXERCÍCIOS PROPOSTOS
Aqui estão questões relacionadas ao capítulo
estudado. É importante o esforço para resolver todas as
questões. Em caso de dúvidas os monitores do programa
estão prontos para lhe ajudar. Bons estudos!
1) O monitoramento da concentração de glicose (C6H12O6)
plasmática é um exame clínico importante na medicina
preventiva, sendo o diagnóstico considerado normo-
glicêmico (regular) quando os valores da concentração
encontram-se entre 70 e 100mg/dL. Os exames de dois
pacientes confirmaram a concentração de glicose em 1,8 x 10-
3 mol/L (paciente 1) e 7,2 x 10-3 mol/L (paciente 2). Diante
destas informações, o diagnóstico dos pacientes 1 e 2 indica,
respectivamente, um quadro:
a) hipoglicêmico e hiperglicêmico.
b) hipoglicêmico e normoglicêmico.
c) normoglicêmico e hiperglicêmico.
d) normoglicêmico e hipoglicêmico.
e) hiperglicêmico e hipoglicêmico.
2) A concentração de íons fluoreto em uma água de uso
doméstico é de 5,0x10-5 mol/litro. Se uma pessoa tomar 3,0
litros dessa água por dia, ao fim de um dia, a massa de
fluoreto, em miligramas, que essa pessoa ingeriu é igual a:
(Dado: Massa molar de fluoreto = 19,0 g/mol)
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16 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 5
3) Uma solução aquosa de ácido sulfúrico (H2SO4), para ser
utilizada em baterias de chumbo de veículos automotivos,
deve apresentar concentração igual a 4 mol/L. O volume
total de uma solução adequada para se utilizar nestas
baterias, que pode ser obtido a partir de 500 mL de solução
de H2SO4 de concentração 18mol/L é igual a:
4) Misturando-se 20 mL de solução de NaCl, de
concentração 6,0mol/L, com 80mL de solução de NaCl, de
concentração 2,0 mol/L, são obtidos 100 mL de solução de
NaCl, de concentração, em mol/L, igual a quanto?
5) Quatro tubos contêm 20 mL (mililitros) de água cada um.
Coloca-se nesses tubos dicromato de potássio (K2Cr2O7) nas
seguintes quantidades:
Massa de K2Cr2O7 (g)
Tubo A 1,0
Tubo B 2,5
Tubo C 5,0
Tubo D 7,0
A solubilidade do sal, a 20°C, é igual a 12,5 g por 100 mL de
água. Após agitação, em quais dos tubos coexistem, nessa
temperatura, solução saturada e fase sólida?
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