TEORIA DAS SOLUES
Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Departamento de Processos Qumicos
Disciplina: Qumica X
Professora: Zila
Rio de Janeiro, 2015
1 Semestre de 2015 23/03/2015 25/07/2015
SOLUES
OBJETIVO:
Processo de Dissoluo- compreender esse processo;
Fatores que afetam a solubilidade;
Propriedades Coligativas- compreender essas propriedades;
Aprender as formas de expreessar a concentrao.
Rio de Janeiro, 2015
O que uma soluo ??
.... o Ar que respiramos
O lato (liga de zinco e cobre)
Muitos fluidos em nosso organismos so soluo
Gasolina...
Soluo uma mistura homognea de duas ou mais substncias em uma nica fase.
O que uma soluo ??
comum pensar na substncia presente em
menor quantidade soluto e a substncia
presente em maior quantidade solvente.
Uma soluo pode ser gasosa (como ar), slida
(como uma liga), ou lquido (gua do mar, por
exemplo).
Relembrando alguns conceitos...
Substncia simples: formada de uma molcula constituda por tomos do mesmo elemento qumico.
Substncia
Simples
Frmula
Representao
Gs
hidrognio
H2
Gs oxignio
O2
Gs oznio
O3
Substncia
Composta
Frmula
Representao
gua
H2O
Sal de cozinha
NaCl
Acar
C12H22O11
Substncia composta: formada por mais de um elemento qumico.
Relembrando alguns conceitos...
gua + acar dissolvido
Aspecto visual contnuo:
uma nica fase
leo+ gua
Aspecto visual
descontnuo:
duas fases
gua + areia
Aspecto visual
descontnuo:
duas fases
Relembrando alguns conceitos...
temos uma mistura homognea (apresenta uma nica fase), tambm chamada de soluo verdadeira. Toda soluo verdadeira apresenta o tamanho das partculas misturadas varia entre 0 e 1 nm (10-9m).
Exemplos
Soluo verdadeira x < 1 nm : gua e sal, gua e acar, gua e lcool;
Soluo coloidal 1 < x < 1000 nm: gelatina e tinta;
Soluo Grosseira ou Suspenso x > 1000 nm: gua e areia
Aps a dissoluo....
Uma viso Molecular do processo de solubilizao
A facilidade com que uma molcula de soluto substitui uma molcula de
solvente depende da fora relativa de trs tipos de interaes:
interao solvente-solvente interao soluto-soluto interao soluto-solvente
As molculas so mantidas juntas por atraes
intermoleculares. Estas foras tambm desempenham um papel
central na formao de solues.
Quando uma substncia (o soluto) se dissolve em
outra (solvente), partculas do soluto se dispersam
atravs do solvente.
As partculas de soluto ocupam posies que so
normalmente ocupadas por molculas do
solvente.
Solubilizao do NaCl em gua
Uma viso Molecular do processo de solubilizao
Quando o cloreto de sdio colocado em gua este se dissolve facilmente porque a interao
entre os ons Na+ e Cl- e as molculas polares da H2O supera as foras que mantm a rede
cristalina do NaCl(s).
A rede cristalina se desfaz e as molculas de gua conseguem atrair os ons sdio e
os ons cloreto, solvatando-os, conforme mostra abaixo.
Vdeo Dissoluo do NaCl em gua
Copyright 2001 The McGraw-Hill Companies
Uma viso Molecular do processo de solubilizao
Assim, podemos dividir o processo de dissoluo em trs passos:
Passo 1. Partculas de soluto so separadas umas das outras. Esta etapa
envolve a superao de atraes intermoleculares (processo endotrmico):
Soluto (agregado) + calor soluto (separado) H1 > 0
Passo 2. Partculas do solvente so separadas umas das outras. Esta etapa
tambm envolve a superao de atraes intermoleculares (processo
endotrmico):
Solvente (agregado) + calor Solvente (separado) H2 > 0
Passo 3. Partculas do soluto e solvente so misturados. Ocorre a atrao
entre partculas (processo exotrmico):
Soluto (separado) + Solvente (separado) Soluo + calor H3 < 0
H (soluo) = H1 + H2 + H3
Uma viso Molecular do processo de solubilizao
O mecanismo de solubilidade est relacionado s foras de interao entre o composto (soluto) e o solvente. Exemplos:
composto inico Interao do tipo on dipolo, entre o soluto e solvente
NaCl (s) Na +
(aq) + Cl - (aq)
H2O
Dipolo Induzido:
Deformao momentnea das nuvens eletrnicas devido a movimentao dos
eltrons e colises entre molculas.
composto covalente
Uma viso Molecular do processo de solubilizao
Interao do tipo dipolo-dipolo, entre o soluto e solvente.
HCl (g) H3O+ (aq) + Cl
- (aq)
H2O
Interao do tipo ligao de hidrognio, entre o soluto e solvente.
C2H5OH (l) C2H5OH (aq) H2O
Uma viso Molecular do processo de solubilizao
Substncias Polares dissolvem bem outras substncias polares e dissolvem pouco ou no dissolvem substncias apolares.
Substncias Apolares dissolvem bem outras substncias apolares e dissolvem pouco ou no dissolvem substncias polares
As molculas apolares da gasolina exercem interaes atrativas fracas sobre a molcula polar
da gua. As molculas da gua exercem uma sobre as outras forte atrao pelas ligaes
hidrognio e s haveria solubilizao se fossem dispersas no lquido apolar. Para tanto, a
energia necessria para separ-las no recuperada pelas fracas foras da interao entre as
molculas de H2O e da gasolina.
Exemplo de processo endotrmico:
A solubilizao do nitrato de amnio
NH4NO3 em gua
Exemplo de processo exotrmico:
A solubilizao do hidrxido de sdio
NaOH em gua
Solubilidades de diversos slidos inicos em funo da temperatura
Classificao das solues
Quanto a conduzir ou no a corrente eltrica:
Eletrolticas: So aquelas em que o soluto um composto inico. exemplo: gua + sal
No eletrolticas: So aquelas em que o soluto um composto molecular. exemplo: gua + acar; gua +lcool
solues lquidas: gasolina, refrigerante, etc;
solues slidas: bronze (cobre e estanho), lato (cobre e zinco), etc
solues gasosas: ar atmosfrico, etc.
Quanto ao estado fsico
Classificao das solues
Viscosidade e Tenso Superficial
Avaliam a energia das foras intermoleculares
Viscosidade :
resistncia ao escoamento
Interaes fortes restringem os movimentos das molculas e as deixa unidas. Afetada tambm pelo tamanho da cadeia da molcula. Dependente da temperatura.
Viscosidade e Tenso Superficial
Avaliam a energia das foras intermoleculares
Tenso superficial:
A fora que existe na superfcie de lquidos em repouso denominada tenso
superficial. Esta tenso superficial devidas s fortes ligaes intermoleculares e
pode ser definida como a fora por unidade de comprimento que duas camadas
superficiais exercem uma sobre a outra.
Dissolues solubilidade dos gases
A solubilidade de um gs diminui com o aumento da temperatura
CO2 (g) + solvente lquido CO2 (aq) + calor
Exotrmico Aumento da temperatura
causar o deslocamento do
equilbrio
Dissolues solubilidade dos gases
A solubilidade de um gs proporcional ao aumento da presso
kH constante da Lei de Henry
Pgs presso parcial do gs
SISTEMA COLOIDAL uma disperso onde as partculas dispersas tm um tamanho mdio entre 1 e 1000 nm.
Ao dos sabes na dissoluo das gorduras em gua
Gorduras: So substncias formadas por molculas apolares so insolveis em gua
Frmula estrutural genrica das gorduras
Representao esquemtica:
O sabo um emulsificante porque promove a aglomerao da
gordura em pequenas gotculas dispersas na gua.
Cs: quantidade mxima, em gramas, do soluto que se consegue dissolver em 100g de solvente, a uma dada temperatura.
A) Supersaturadas: Acima do Cs B) Saturadas: Limite do Cs C) e D) Insaturadas: Abaixo do Cs Concentradas (C) quantidade de soluto alta, mas ainda est abaixo do Cs Diludas (D) quantidade de soluto bem baixa em relao ao Cs
Classificao das solues quanto ao coeficiente de solubilidade
Assim: 140 g de KNO3 / 100 g de H2O a 60 C SUPERSATURADA 110 g de KNO3 / 100 g de H2O a 60 C SATURADA 100 g de KNO3 / 100 g de H2O
a 60 C - INSATURADA CONCENTRADA
20 g de KNO3 / 100 g de H2O a 60 C INSATURADA DILUDA
Considerando as curvas acima, temos: * a solubilidade do KNO3 a 20C aproximadamente 33g/100g de H2O. * a solubilidade do KNO3 a 70C aproximadamente 140g/100g de H2O. * o KNO3 e o KCl a 20C apresentam a mesma solubilidade. * considerando todos os sais apresentados, a 20C o MgCl2 apresenta menor solubilidade, e o AgNO3 apresenta a maior solubilidade. * a solubilidade do NaCl apresenta baixa variao com a temperatura. * a solubilidade do KNO3 apresenta alta variao com a temperatura.
Perturbao no sistema
de acetato de sdio
Propriedades coligativas
Adicionar um soluto a um lquido puro mudar as propriedades do lquido.
As propriedades das solues que dependem do nmero de partculas
dispersas e independem da natureza das partculas do soluto.
Ex: Anticongelante:
So propriedades que dependem apenas do n de moles de soluto presente na soluo propriedades que dependem da concentrao da soluo
EFEITO COLIGATIVO
PROPRIEDADE COLIGATIVA
Diminuio da presso de vapor
Tonoscopia
Aumento do Ponto de Ebulio
Ebulioscopia
Diminuio do Ponto de Congelamento
Crioscopia
Aumento da Presso Osmtica
Osmose
Propriedades coligativas
TONOSCOPIA e TONOMETRIA:
Reduo na presso de vapor do solvente
observado pela presso mxima de vapor e ocasionada pela
dissoluo de um soluto no voltil, no-eletrlito numa soluo.
Propriedades coligativas
Presso mxima de vapor
A tendncia de escape para um solvente medida pela sua presso de
vapor.
A uma dada temperatura a presso de vapor de um lquido puro depende da
frao das molculas na superfcie que tm suficiente energia cintica para escapar
das atraes de suas vizinhas.
A presso de vapor mede a concentrao das molculas do solvente na fase
gasosa.
Ocorre quando as velocidades de evaporao e de condensao se tornam
iguais, em um lquido num recipiente hermeticamente fechado.
O momento em que essas velocidades se igualam considerado como a
presso mxima dos vapores a uma determinada T, P e Concentrao.
Propriedades coligativas
TONOSCOPIA e TONOMETRIA:
Propriedades coligativas
TONOSCOPIA e TONOMETRIA:
Qual das substncias mais voltil?
Presso mxima de vapor:
Propriedades coligativas
CRIOSCOPIA:
uma propriedade coligativa que ocasiona a diminuio na temperatura de
congelamento do solvente. provocado pela adio de um soluto no-voltil em
um solvente.
Propriedades coligativas
Um lquido ferve temperatura na qual sua presso de vapor igual presso
atmosfrica.
A presso de vapor de uma soluo a cada temperatura diminui como resultado
da presena de um soluto e assim necessrio aquecer a soluo a uma
temperatura mais alta, a fim de alcanar seu ponto de ebulio
Propriedades coligativas
EBULIOSCOPIA:
Propriedades coligativas
EBULIOSCOPIA:
Cidade / Local Altitude em relao ao nvel do mar (m)
P.E. aproximado da gua (C)
Rio de Janeiro 0 100
So Paulo 750 97
Campos do Jordo 1.628 95
Cidade do Mxico 2.240 92
La Paz 3.636 88
Monte Everest 8.848 70
Propriedades coligativas
EBULIOSCOPIA:
Presso
atmosfrica!!!!!
Propriedades coligativas
EBULIOSCOPIA:
Fluxo de solvente de uma regio pouco concentrada para uma soluo mais
concentrada
Propriedades coligativas
OSMOSCOPIA:
Os qumicos utilizam o termo concentrao para expressar a relao entre a
quantidade do soluto e a quantidade do solvente ou de soluo. As principais
unidades de concentrao so:
a relao entre a massa do soluto em
gramas e o volume da soluo em litros: =
Exemplo: 10g de NH4Cl so dissolvidos em 100 mL de soluo.
Qual a concentrao comum da soluo resultante?
= ()
() =
10
0,1= 100 . 1
Concentrao comum ou concentrao em g/L (C):
Unidades de concentrao
Concentrao em parte por milho (ppm): a relao entre a massa do soluto (mg) e a massa (kg) ou volume (L) da
soluo. Utilizado para solues bastante diludas. Considera-se a
densidade da soluo igual densidade do solvente.
=
Exemplo1: Diesel S10 o diesel que contm 10 mg de enxofre (soluto) em 1 kg de diesel (soluo)
Exemplo 2: Rtulo de gua mineral
Unidades de concentrao
Percentagem volume/ volume (v/v):
o volume do soluto dissolvido em 100 mL de soluo.
%/ = 100 () ()
100 ()
Ex: soluo a 10% v/v = em cada 100 mL de soluo temos 10 mL de soluto.
Percentagem em peso (m/m):
a massa do soluto dissolvida em 100 g de soluo.
%/ = 100 () ()
100 ()
Ex: soluo a 20% m/m de KOH = em cada 100 g de soluo 20g so de KOH.
Percentagem massa/volume (m/v):
a massa do soluto dissolvida em 100 mL de soluo.
%/ = 100 () ()
100 ()
Ex: soluo a 5% m/v = em cada 100 mL de soluo, h 5 g de soluto dissolvidos.
Unidades de concentrao
Molaridade ou concentrao em mol/L (M):
a quantidade (mols) do soluto dissolvida em 1 litro de soluo
Onde:
Exemplo: soluo 1 M = contm 1 mol do soluto dissolvido em 1 litro de
soluo.
=
= ()
( )
Unidades de concentrao
antes do pto de eq.
Prximo do pto de Eq.
No pto de eq.
Procedimento de titulao Titulante: Base (NaOH)
Titulado: cido (HCl) concentrao desconhecida
Indicador: Fenolftalena
Etapas:
1) Aferir a bureta com o Titulante
2) Adicionar um volume exatamente conhecido do titulado ao
erlenmeyer
3) Adicionar algumas gotas do indicador
4) Abrir a torneira lentamente e titular
ATENO: Observe
que esse no o
modo correto de
segurar a BURETA
O fim da titulao sinalizado pelo indicador, substncia que ir
causar alterao de cor, ou formao de precipitado na soluo. Na
anlise titulomtrica so comuns os termos titular e padronizar com o
significado de encontrar a concentrao real.
HCl
NaOH
Titulometria
O procedimento de titular ou padronizar consiste em gotejar
lentamente uma soluo-padro em um determinado volume
da soluo-problema (fig. ao lado).
A titulometria de neutralizao a mais importante das titulometrias, por isso ser
estudada um pouco mais em detalhes.
Envolve a titulao de espcies cidas por espcies bsicas.
Embora no ponto de equivalncia haja a neutralizao completa de um cido por uma
base ou vice-versa, nem sempre o pH final da soluo neutralizada apresentar pH
neutro (efeito da hidrlise).
O pH da soluo ser funo da natureza do sal formado. Assim podemos ter:
Natureza dos
reagentes
Reao pH final da
soluo
c. forte x base forte HCl + NaOH NaCl + H2O neutro
c. forte x base fraca HCl + NH4OH NH4Cl + H2O cido.
c. fraco x base forte CH3COOH + NaOH CH3COONa + H2O bsico
c. fraco x base fraca CH3COOH + NH4OH CH3COONH4 + H2O c. ou bsico
Indicador: fenolftalena
Uso: c. forte x base forte
Faixa de viragem: pH 8-10
Incolor em meio cido
Rosa em meio bsico
Indicador: alaranjado de metila
Uso: c. forte x base fraca
Faixa de viragem: pH 3-4,5
alaranjado em meio cido
amarelo em meio bsico
O ponto final da titulao sinalizado pela mudana de colorao de
uma substncia auxiliar, o indicador, adicionado soluo-problema.
Curva de titulao
Erro de Paralaxe Leitura de um volume maior ou menor que o valor correto
(a) Leitura acima da linha perpendicular
bureta, volume lido = 12,58 mL
(b) Leitura na linha perpendicular bureta,
volume lido = 12,62 mL
(c) Leitura abaixo da linha perpendicular
bureta, volume lido = 12,67 mL
Princpio da equivalncia
Quant. de matria do titulante = Quant. de matria do titulado
Quant. de matria = V.M (equao 1)
Quant. de matria = m/MM (equao 2)
No de Ponto de Equivalncia (P.E.)
Os clculos na titulometria tambm so baseados em relaes
estequiomtrica ou no princpio da equivalncia. A titulometria recebe o
nome da reao correspondente.
O ponto final da titulao sinalizado pela mudana de colorao de
uma substncia auxiliar, o indicador, adicionado soluo-problema.
Atinge-se o ponto final quando a quantidade de soluo-padro
adicionada equivalente a quantidade de soluo-problema. Denomina-
se ponto de equivalncia ao ponto final terico.
Exemplo1: Qual o volume de HCl 0,1 mol/L necessrio para neutralizar 25 mL
de NaOH 0,2 mol/L
NaOH
25 mL
HCl
Exerccios
Exemplo1: Qual o volume de HCl 0,1 mol/L necessrio para neutralizar 25 mL
de NaOH 0,2 mol/L
Passo 1: Escrever a equao balanceada da reao:
HCl + NaOH NaCl + H2O
Passo 2: Enunciar o princpio de equivalncia
Quant. HCl = Quant. NaOH
Passo 3: Tabular os dados e aplicar as equaes correspondentes
Va = ? Ca = 0,1 mol/L Vb = 25 mL Cb = 0,2 mol/L Quant = V.M Quant. = m/MM
Quant. HCl = Quant. NaOH Va * Ca = Vb * Cb
Va * 0,1 mol/L= 0,025 L * 0,2 mol/L Va = O,05 L ou 50 mL NaOH
25 mL
HCl
Exerccios
Exemplo 2: Qual o volume de HCl 0,1 mol/L necessrio para neutralizar 0,2 gramas
de NaOH (MM=40 g/mol)?
NaOH
0,2g
HCl
0,1 mol/L
Exerccios
Exemplo 2: Qual o volume de HCl 0,1 mol/L necessrio para neutralizar 0,2 gramas
de NaOH (MM=40 g/mol)?
Passo 1: Escrever a equao balanceada da reao:
HCl + NaOH NaCl + H2O
Passo 2: Enunciar o princpio de equivalncia
Quant. HCl = Quant. NaOH
Passo 3: Tabular os dados e aplicar as equaes correspondentes Va = ? Ca = 0,1 mol/L mb = 0,2 g MMb = 40 g/mol Quant = V.M ou Quant. = m/MM
Quant. HCl = Quant. NaOH Va * Ca = mb/MMb
Va * 0,1 = 0,2 / 40 Va = 50 mL de HCl NaOH
0,2g
HCl
0,1 mol/L
Exerccios
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