teoria soluções
DESCRIPTION
Texto sobre soluçõesTRANSCRIPT
Teoria sobre SOLUÇÕES
1 - Introdução.
Um fator importante para que uma reação
química ocorra é o choque entre as moléculas dos
reagentes. Para que esses choques ocorram é
necessário que as partículas possuam mobilidade, a
qual está relacionada com a natureza dos reagentes.
Como regra geral os reagentes gasosos, por
possuírem grande mobilidade, são mais reativos que
os líquidos, e estes mais reativos que os sólidos.
Uma das maneiras de facilitar a reação entre
reagentes sólidos é dissolve-los num solvente
adequado formando uma mistura homogênea,
possibilitando assim a mobilidade das partículas
reagentes. Esta mistura homogênea apresenta
moléculas distribuídas de maneira uniforme por toda
a extensão do sistema, ou seja, apresenta a mesma
composição. Esta mistura homogênea é denominada
de solução e o processo de mistura de dissolução.
A dissolução é um fenômeno complexo que
depende da natureza química das substâncias, das
interações intermoleculares e das condições físicas.
Para desenvolver uma reação química, entre
reagentes em solução, prevendo as quantidades de
produtos obtidos, é necessário conhecer as
quantidades dos reagentes existentes nas soluções.
As quantidades de reagentes e seu grau de pureza
podem ser conhecidos através das unidades de
concentração e das análises volumétricas.
2 - Dispersões.
Quando uma substância está disseminada na
forma de pequenas partículas em outra substância,
origina-se um sistema denominado de dispersão.
Numa dispersão o componente que está em
menor quantidade é denominado disperso e o que
está em maior quantidade de dispersante ou
dispergente.
De acordo com o tamanho médio das
partículas do disperso, as dispersões podem ser
classificadas em:
Obs.: 1 nm = 10--9 m.
As suspensões têm como características
principais o tamanho das partículas do disperso
acima de 100 nm, podem ser formadas por grandes
aglomerados de íons ou moléculas, podem
sedimentar-se através de centrífugas comuns e
separadas por filtração comum.
Exemplo: Terra + água; pó de café + água.
As dispersões coloidais ou coloide
apresentam como características principais o
tamanho médio das partículas do disperso
compreendidas entre 1nm e 100 nm, podem ser
formadas por aglomerados de íons ou moléculas,
serem sedimentadas com a utilização de
ultracentrífugas e separadas por ultrafiltração.
Exemplos: tinta, maionese, fumaça, neblina, etc.
Tanto as suspensões como as dispersões
coloidais formam sistemas heterogêneos.
As soluções apresentam como
características principais o tamanho médio das
partículas do disperso menores que 1 nm, podem
ser formadas por íons ou moléculas, não podem ser
sedimentadas e nem separadas por filtração.
Exemplo: álcool + água, ácido clorídrico + água.
As dispersões mais importante são as
soluções, sendo esta um sistema homogêneo. Este
sistema homogêneo apresenta moléculas
distribuídas de maneira uniforme, ou seja,
apresentam a mesma composição em toda a sua
extensão.
3 - Soluções.
3.1 - Conceito.
“Solução é qualquer mistura homogênea de
duas ou mais substâncias”.
Numa solução o disperso é denominado de
soluto e o dispersante de solvente.
Como a água apresenta a propriedade de
dissolver muitas substâncias, é considerada como
solvente universal. Em nosso estudo, salvo algumas
exceções, vamos considerar a água como o solvente.
Como podemos ter um grande número de
soluções diferentes, estas são classificadas por
diferentes critérios.
3.2 - Classificação das soluções.
3.2.1 - Quanto à natureza do soluto dissolvido:
a) Iônicas (ou eletrolíticas): são soluções que apresentam íons livres. Exemplo: solução de cloreto de sódio.
b) Moleculares (ou não eletrolíticas): são
soluções que apresentam somente moléculas
dissolvidas.
Exemplo: solução de sacarose.
3.2.2 - Quanto ao estado de agregação da solução.
a) Soluções sólidas. As soluções sólidas são obtidas pela mistura
de um solvente sólido e um soluto que pode ser
sólido, líquido ou gasoso.
Exemplos:
zinco com cobre (latão);
prata com mercúrio ( amálgama de prata);
níquel com hidrogênio.
b) Soluções líquidas. As soluções líquidas são obtidas pela mistura
de um solvente líquido e um soluto que pode ser
sólido, líquido ou gasoso. As soluções líquidas são as
mais importantes para o nosso estudo.
Exemplos:
água com cloreto de sódio;
água com álcool;
água com oxigênio.
c) Soluções gasosas. As soluções gasosas são formadas pela
mistura de soluto e solvente gasosos.
Exemplo: ar filtrado.
3.2.3 - Quanto à proporção entre soluto e solvente.
a) Soluções diluídas.
São soluções que apresentam pequena
quantidade de soluto ( 0,1 mol/L) em relação à
quantidade de solvente.
Exemplo:
0,0585g de NaCl em 1000 g de H2O.
b) Soluções concentradas. São soluções que apresentam grande
quantidade de soluto (> 0,1 mol/L) em relação à
quantidade de solvente.
Exemplo: 58,5g de NaCl em 1000 g de H2O.
3.2.4 - Quanto à saturação das soluções. A dissolução de um soluto em um
determinado solvente depende da natureza das
substâncias, das interações intermoleculares entre
elas e das condições físicas.
A regra mais comum de uma substância
dissolver-se em outra é que:
“Semelhante dissolve semelhante”, ou seja,
uma substância polar dissolve mais facilmente uma
substância polar, e uma substância apolar, dissolve
mais facilmente uma substância apolar.
Exemplos:
água (polar) dissolve álcool (polar);
gasolina (apolar) dissolve querosene
(apolar);
água (polar) não dissolve gasolina (apolar).
De um modo geral a solubilidade de um soluto
depende da quantidade de solvente e da
temperatura.
A quantidade máxima de soluto que uma
quantidade fixa de solvente (100g ou 1000g)
dissolve, em determinadas condições de
temperatura e pressão é denominado de Coeficiente
de solubilidade (CS).
Exemplo:
coeficiente de solubilidade (CS) do NaCl é 36g de NaCl/100g de água, a 20oC.
Como a quantidade máxima de soluto que
pode ser dissolvida em uma determinada quantidade
fixa de solvente depende da temperatura, como
descreve a tabela a seguir. Podemos obter um gráfico
da solubilidade deste soluto em função da
temperatura. A curva que se obtém no gráfico é
denominada de Curva de solubilidade.
Temperatura (oC) g KNO3/100g H2O
0 13,5
10 21,0
20 31,5
30 45,5
40 62,5
50 84,5
60 108,5
70 137,0
80 168,0
90 202,5
100 245,5
Curva de solubilidade do KNO3
0 20 40 60 80 1000
50
100
150
200
250
g K
NO
3/ 100 g
H2O
Temperatura (oC)
De acordo com o coeficiente de solubilidade
(CS) as soluções podem ser classificadas em:
saturada, insaturada e supersaturada.
Uma solução que contém a quantidade
máxima (CS) de soluto dissolvido é denominado de
SATURADA.
Uma solução que contém uma quantidade de
soluto dissolvida menor que a máxima (CS) é
denominada INSATURADA.
Uma solução que contém, em condições
especiais, uma quantidade de soluto dissolvida maior
que a máxima (CS) é denominada de
SUPERSATURADA. Essa solução é instável e
qualquer perturbação que o sistema sofrer a
quantidade em excesso (maior que a máxima) irá
precipitar. Nessa situação teremos uma solução
denominada de solução saturada com corpo de
fundo.
No diagrama abaixo, podemos visualizar este
critério de classificação, onde o ponto A representa
uma solução supersaturada, o ponto B uma solução
saturada e o ponto C uma solução insaturada.
Exercícios
1) Quais são as principais características de uma suspensão?
R.:_________________________________________
___________________________________________
2) Quais são as principais características de uma dispersão coloidal?
R.:_________________________________________
___________________________________________
3) Quais são as principais características de uma solução?
R.:_________________________________________
___________________________________________
4) De acordo com a natureza do soluto, como pode ser classificada uma solução?
R.:_________________________________________
__________________________________________
0 20 40 60 80 1000
50
100
150
200
250
**
*C
B
A
g s
ubstâ
ncia
/100
g H
2O
Temperatura (oC)
5) Conceitue coeficiente de solubilidade. R.:_________________________________________
___________________________________________
6) O coeficiente de solubilidade de um sal é de 60g por 100g de água a 80oC. Determinar a massa em gramas desse sal, nessa temperatura, necessária para saturar 320g de água.
7) Evapora-se completamente a água de 40g de solução de nitrato de prata, saturada, sem corpo de fundo e obtém-se 15g de resíduo sólido. Determine o coeficiente de solubilidade do nitrato de prata para 100g de água na temperatura da solução inicial.
8) Sabendo que o coeficiente de solubilidade do NH4Cl é 60g do sal em 100g de H2O em 70oC. Determine: a) a massa de NH4Cl que pode ser dissolvida em
450g de água a 70oC.
b) a massa de água necessária para dissolver 300g de NH4Cl a 70oC.
c) foram dissolvidos 200g de NH4Cl em 250g de H2O a 90oC. Esta solução foi resfriada até 70oC. Sabendo-se que a solução resultante ficou saturada, determine a massa do sal que precipitou.
9) O diagrama abaixo mostra as solubilidades das substâncias A, B, C e D em 100g de água, entre 10 e 90oC.
10 20 30 40 50 60 70 80 9020
30
40
50
60
D
C
A
B
Solubilidade(g/100 água)
Temperatura ( C)o
a) Qual substância apresenta maior solubilidade a 60oC?
b) Qual é quantidade máxima da substância B, em gramas, que é possível dissolver em 250g H2O, a 50oC.
c) Qual é a quantidade de água necessária para preparar uma solução saturada que contém 325g da substância A, a 70oC.
10) A uma solução de cloreto de sódio foi adicionado um cristal desse sal e verificou-se que este não se dissolveu, provocando ainda, a formação de um precipitado. Podemos dizer que a solução original estava ___________________________
4 – Unidades de Concentração.
4.1 - Introdução.
As reações químicas, são realizadas, na
sua maioria, com reagentes em solução e para se
determinar com precisão estequiométrica as
quantidades de reagentes ou de produtos, é
necessário preparar estas soluções com
quantidades conhecidas de reagentes. As
quantidades de reagentes (soluto) em uma
solução pode ser expressa por grandezas como
massa, mol, volume e a relação entre essas
grandezas com a solução é expressa através das
chamadas unidades de concentração.
As unidades de concentração que vamos
estudar, relaciona massa de soluto com volume
de solução (concentração comum), quantidade
de matéria (número de mols) de soluto com
volume de solução (molaridade) e a massa de
soluto com massa de solução (% em massa).
Obs.:
1o) Para os cálculos de unidade de concentração
adotaremos a seguinte convenção:
Índice 1: refere-se ao soluto.
Índice 2: refere-se ao solvente.
Sem índice: refere-se ao solução.
2o) A maioria das unidades de concentração
utiliza como unidade de volume, o litro. Para
facilitar a transformação para esta unidade,
temos:
1000 mL = 1,0 L
900 mL = 0,9 L
500 mL = 0,5 L
250 mL = 0,25 L
100 mL = 0,10 L
50 mL = 0,05 L
1 0 mL = 0,01 L
1 mL = 0,001 L
Sendo 1 mL = 1cm3
4.1 – Concentração em gramas por litro ou
concentração comum (C).
Essa unidade nos fornece a massa, em
gramas de soluto existente em um litro de
solução.
onde:
m1 = massa de soluto em gramas.
V = volume da solução em litros.
Problemas
1) Determinar a concentração em gramas por litro de uma solução que contém 8g de hidróxido de sódio dissolvidos em 250 mL de solução.
2) Determinar a massa de soluto, em gramas, existentes em 500 mL de solução de concentração 80g/L.
Dados: m1 = ?
V = 500 mL = 0,5 L
C = 80 g/L.
Cm1
V=
=80 g/L m1
0,5 L
m1 = 40 g
3) Uma solução possui 15g de soluto em 100mL
de solução. Qual é a concentração da solução,
em gramas por litro?
4) Determinar o volume da solução que contém
75 g deste soluto, sabendo que esta solução
apresenta concentração de 200 g/L.
5) Determine a massa de NaOH dissolvido em
água suficiente para 600 mL de solução, cuja
concentração é 48g/L.
4.2 - Concentração em quantidade de matéria do soluto por litro de solução ou molaridade
(m) : indica a quantidade de matéria de
soluto (número de mols) existentes em um litro de solução.
Uma solução de NaOH 0,5 mol/L (0,5M)
indica que em 1 litro de solução contém 0,5
mol/L de NaOH.
Obs.: O termo molaridade como unidade de
concentração já está absoleto e deve ser
substituído por quantidade de matéria ou
substância. Como este termo ainda é bastante
usado, no nosso estudo vamos mantê-lo.
A molaridade de uma solução é dada pela
relação entre o número de mols de soluto pelo
volume da solução, ou seja:
=n1
M1V
como n1 =m1 temos:
=m1
M1.V(mol/L)
onde:
m1 = massa do soluto (g)
n1 = quantidade de matéria (no mols)
M1 = massa molar (g/mol)
V = volume da solução (L)
Problemas
1) Determinar a molaridade de uma solução que contém 20g de NaOH dissolvidos em 250 mL de solução.
Dados: m1 = 20g de NaOH
V = 250 mL = 0,25L
M1 = 40 g/mol
=m1
M1.Vmol/L=
202
40.0,25=
2) São dissolvidos 19,6 g de H2SO4 em água
suficiente para 500 mL de solução. Qual é a
molaridade dessa solução?
3) São dissolvidos 23,4 g de NaCl em água
suficiente para 2 000 L de solução. Determinar a
molaridade dessa solução.
4) Temos 400 mL de uma solução 0,15 mol/L de
NaOH. Determinar a massa de NaOH existente
nessa solução.
5) Quantos gramas de brometo de cálcio estão
dissolvidos em 30 mL de solução 1,0.10-3
mol/L dessa substância?
4.3 - Concentração massa-massa. Uma outra maneira de expressar a
concentração de uma solução é relacionar a
massa do soluto com a massa da solução. Esta
forma de concentração é expressa através do
título ( ) e da percentagem em massa.
Título ( ): indica a massa de soluto, em
gramas, existente em 1g de solução.
Uma solução que apresenta título ( ) 0,2
indica que em 1g de solução (m) existem 0,2g de
soluto (m1) e 0,8g de solvente (m2), ou seja:
1g de solução0,2 g de soluto
0,8 g de solvente
O título ( ) é o quociente da massa da
soluto (m1) pela massa da solução (m).
Obs.: O título é um número adimensional e está
adimensional e o seu valor está compreendido
entre 0 e 1 (0 < < 1).
Percentagem em massa ou Título percentual
( %): indica a massa do soluto, em gramas,
existentes em 100g de solução.
Uma solução que apresenta 20% em
massa de soluto indica que em 100g de solução
existem 20g de soluto e 80 g de solvente, ou
seja:
A concentração de uma solução que
apresenta título 0,2 é igual a concentração de
uma solução que apresenta percentagem em
massa 20%. A única diferença é apenas o
referencial da massa da solução, ou seja:
]
Problemas
1) Prepara-se uma solução dissolvendo-se 10 g
de sacarose em 190 g de água. Qual é o título
e a percentagem em massa dessa solução?
Dados: m1 = 10g de sacarose
m2 = 190g de água.
= ?
m1 + m2
m1=
10 g
10 + 190 g= = 0,05
Título percentual:
=% 100.
% 100= .0,2 = 5%
2) O NaCl está presente na água do mar com
2,5% em massa. Que massa de água do mar
deve ser transferida para uma salina para que,
por evaporação da água, restem 150 g de sal?
3) Determinar o título e a percentagem em massa
de uma solução que apresenta 40g de
hidróxido de sódio em 160g de água.
4) Uma solução aquosa de ácido clorídrico
apresenta 8% em massa de soluto. Isso
significa que, para cada 100 g de solução,
teremos ______ g de soluto e _____ g de
solvente.
5) São dissolvidos 45 g de ácido sulfúrico em
água. Calcule a massa de água, sabendo que o
soluto corresponde a 15%, em massa, da
solução.
6) O título de uma solução é 0,25. Calcule a
massa do soluto, sabendo que a do solvente é
de 60 g.
8) Um ácido sulfúrico comercial apresenta 95%
em massa de H2SO4. Qual é a massa de água
existente em 500g desta solução?
4.4 - Relação entre as unidades de
concentração.
a) Relação entre concentração em g/L e Título:
Concentração (g/L)
m1 = C.V
Título
m1
m=
m1 = .m
Como as grandezas massa de soluto (m1) são
iguais, então:
C.V = .m
m=C .
Vcomo m
V= d, temos:
C = .d
Como a unidade de densidade é g/mL, o título é
adimensional. Para que a unidade de
concentração seja gramas por litro (g/L),
devemos multiplicar o produto ( .d) por 1000,
então:
C = 1000. .d
b) Relação entre concentração em g/L e
molaridade:
Concentração (g/L)
m1 = C.V
Molaridade (mol/L)
=m1
M1.Vmol/L( )
m1 = .M1.V
Como as grandezas massa de soluto (m1)
são iguais, então:
.M1.VC.V =
Portanto a relação entre as três unidades
é expressa por:
Problemas
1) Qual é a concentração em g/L e de uma solução de Na2CO3 que apresenta 20% de soluto em peso, e densidade 1,2g/mL?
C = 1000. .d
C = 1000.0,2.1,2
C = 240 g/L.
2) Uma solução aquosa de carbonato de sódio com 40% em massa de soluto, apresenta
densidade igual a 1,15 g/ml. Calcule a molaridade dessa solução. Na = 23u, C = 12u, O = 16u.
3) O conteúdo do ácido acético no vinagre é de aproximadamente 3% em peso. Sabendo-se que a massa molar do ácido acético é 60g/mol e que a densidade do vinagre é de 1,0 g/mL, calcule a molaridade do ácido acético no vinagre.
4) Uma solução aquosa de CaBr2 tem concentração igual a 10,0 g/L e densidade praticamente igual a 1,00 g/mL. Calcule o título e a molaridade da solução. (Dados: CaBr2 = 200 g/mol.)
5) Uma solução aquosa, 24% em peso, de um ácido de
fórmula H2A, tem densidade igual a 1,50g/cm3. A massa
molar do ácido é de 300g/mol e da água 18g/mol.
Calcular:
a) a concentração em g/L
b) a concentração em mol/L.
LEITURA COMPLEMENTAR
Partes por milhão - ppm
Para soluções onde a quantidade de
soluto é muito pequena em relação a
quantidade de solução, as unidades de
concentração vistas anteriormente não são
especialmente usadas. Neste caso costuma-se
expressar em ppm (partes por milhão).
A unidade ppm indica quantas unidades
de soluto existem em um milhão (106) de
unidades de solução.
A quantidade de neônio existente em um
ar seco e não poluído é 18 ppm em volume. Isto
indica que em cada 106 litros (1000 m3) de ar
existem 18 litros de neônio.
Em um peixe, pescado um rio próximo a
um garimpo, depois analisado, apresentou uma
concentração de 0,60 ppm em massa de
mercúrio (Hg). Isto indica que em cada 106
gramas de peixe existem 0,60g de mercúrio
(Hg), ou seja, 0,6.10-3 g/kg de peixe.
Considerando que a quantidade limite de
mercúrio permitida em um alimento é de 0,5.10-
3g/kg por quilograma de alimento, indica que o
mesmo não pode ser consumido.
5 - Diluição de Soluções.
De acordo com a quantidade de soluto
em uma solução podemos ter solução
concentrada ou diluída. Quanto maior a
quantidade de soluto em um determinado
volume de solução, mais concentrada será a
solução e, quanto menor a quantidade de soluto
em um determinado volume de solução, mais
diluída será a solução.
Existem duas maneiras de alterar a
concentração de uma solução sem alterar a
quantidade de soluto: evaporando o solvente,
tornando-a mais concentrada ou adicionando
solvente, tornando-a mais diluída.
A massa de soluto de uma solução,
quando se adiciona solvente não se altera, mas a
sua concentração (gramas por litro, molaridade e
percentagem) diminui devido ao aumento do
volume (ou massa) da solução.
A concentração da solução resultante da
diluição de uma solução mais concentrada pode
ser determinada empregando o seguinte
raciocínio:
+ solventeC'V'm1'
C"V"m1"
m1’ = C’.V’ m1” = C”.V”
como m1’ = m1” temos:
C’.V’ = C”.V”
Analogamente para os outras unidades,
temos:
- para a molaridade:
' " "'V V=
- para o título:
' ' " "=m m
Problemas
1) 50 mL de uma solução aquosa de H2SO4 com concentração 40 g/L foi diluída, através da adição de água, até completar o volume de 250 mL de solução. Determine a concentração, em g/L, da solução final.
Dados: C’ = 40 g/L
V’ = 50 mL
V” = 250 mL
C” = ?
C’.V’ = C”.V”
40.50 = C”.250
C” = 8 g/L de H2SO4
2) Calcular o volume de água que devemos adicionar a 500 mL de HCl 73g/L para obtermos ácido clorídrico 28,25 g/L.
3) Adicionando-se, a 300 mL de uma solução de NaCl 0,2 mol/L, água suficiente para obter o volume de 1 L. Qual é a molaridade da solução resultante ?
4) Um volume igual a 400 mL de uma solução aquosa 2,0 mol/L de NaOH foi diluída até um volume final de 800 mL. Calcule a molaridade da solução final.
5) Qual a massa de água que deve ser
adicionada a 500g de uma solução de BaCl2 de
20%, em massa, para transformá-la em uma
solução a 5 % em massa?
6) Um volume igual a 100 mL de solução aquosa de CaCl2 0,6 mol/L é diluído com água até um volume final de 300mL. Calcule a concentração molar e a concentração em g/L da solução resultante.
7) Explique como se pode preparar 200 mL de solução 0,5 mol/L de H2SO4, a partir de uma solução 4,0 molar desse ácido?
6 - Mistura de soluções de mesmo soluto e
mesmo solvente.
A mistura de soluções é um
procedimento bastante empregado nos
laboratórios e nas indústrias. A determinação da
concentração resultante e tão importante
quanto a ocorrência ou não de reações entre
elas.
Quando misturamos duas soluções
podemos ter dois casos diferentes: mistura de
soluções sem ocorrência de reação e mistura de
soluções com ocorrência de reação.
No nosso estudo daremos importância as
misturas de soluções de mesmo soluto e
solvente e titulação, que é a mistura de solutos
diferentes e mesmo solvente com ocorrência de
reações.
Mistura de soluções de mesmo soluto e
mesmo solvente.
Ao misturar duas ou mais soluções de
mesmo soluto com concentrações diferentes,
conclui-se que a massa do soluto (ou número de
mols) da solução resultante é igual a soma das
massas do soluto (ou número de mols) das
soluções que são misturadas e o volume da
solução resultante também é a soma dos
volumes das soluções misturadas. Logo, temos:
+C'V'm1'
C"V"m1"
CVm1
Solução'
C'V'
m1' C"V"
m1" CV
m1
Solução resultanteSolução"
===
C'.V'm1' C".V"m1" .Vm1=== C como
m1 = m1 + m1 temos:
C.V = C'.V' + C".V"
' "
Analogamente para a molaridade e
título, temos:
' " "'V V= +V
' ' " "= m m+m
Problemas
1) 100 mL de solução de glicose de 0,5 mol/L são adicionados a 300 mL de solução de
glicose de 0,2 mol/L. Calcule a concentração em mol/L da solução obtida.
Dados:
'
" "
'V
V
=
V
=
= =
= =
100 mL0,5 mol/L
300 mL0,2 mol/L
? 400 mL
e
e
e
sol.1
sol.2
Result.
=
' " "'V V= +V
. 400 = 0,5.100 + 0,2.300
0,275 mol/L
2) Calcular a molaridade da solução que resulta da mistura de 200 mL de solução de NaOH 0,1 mol/L com 300 mL de outra solução de NaOH 0,5 mol/L.
3) 40g de uma solução, a 20% em massa, de NaCl são misturados com 60g de outra solução de NaCl, a 8% em massa. Determine a porcentagem em massa da solução resultante.
4) A 100 mL de uma solução 50 g/L de H2SO4 são adicionados 100 mL de uma solução 120 g/L do mesmo ácido. Calcule a concentração, em g/L, da solução resultante da mistura.
7 - Análise Volumétrica - Titulação.
Analisar uma amostra de material
desconhecido consiste em determinar as
espécies químicas que o constituem e suas
quantidades.
Através de diferentes processo, dentre
eles, reações químicas características, podemos
determinar as espécies químicas que
constituem o material. Este tipo de análise é
denominada de análise qualitativa.
Depois de conhecer as espécies químicas
que constituem o material é feita análise para
determinar as quantidades de cada espécie que
constituem o material. Este tipo de análise é
denominada de análise quantitativa.
Dentre os tipos de análises quantitativas
é de nosso interesse a análise volumétrica.
A análise volumétrica consiste em
determinar quantitativamente as espécies
através do volume.
A análise volumétrica mais utilizada é a
que consiste em determinar a concentração
desconhecida de uma solução através de outra
solução de concentração conhecida.
O conjunto de operações envolvido
neste processo volumétrico é denominado de
Titulação.
De acordo com o tipo de reação
envolvida na análise, a volumetria pode ser de
três tipos: volumetria de neutralização,
precipitação e oxirredução, sendo a de
neutralização de interesse ao nosso estudo.
A volumetria de neutralização pode ser
classificada em acidimetria e alcalimetria.
A determinação da concentração de uma
solução ácida através de uma solução básica de
concentração conhecida é denominada de
acidimetria e a determinação da concentração
de uma solução básica através de uma solução
ácida de concentração conhecida é denominada
de alcalimetria.
Os cálculos da volumetria de
neutralização, como acidimetria e alcalimetria,
baseia-se no princípio da equivalência, ou seja,
as substâncias reagem numa proporção
estequiométrica de quantidade de matéria
(número de mols).
Numa reação química a proporção em
quantidade de matéria (número de mols) é dada
pelos coeficientes da equação química.
Para calcular a molaridade de uma
solução a partir de outra solução de molaridade
conhecida, deve-se proceder como nos exemplos
abaixo:
a) Numa titulação de 20 mL de solução de HCl foram gastos 10 mL de solução de NaOH 0,1 mol/L. Qual a concentração, em mol/L de HCl?
Dados:
=
=
= 20 mL
10 mL
0,1 mol/L
?
V
=
VHCl { A
B
A
NaOH{B
Resolução:
1 NaOH + 1 HCl 1 NaCl + 1 H2O
1 mol 1 mol
A proporção entre os reagentes (NaOH e
HCl) é 1:1, ou seja:
1 mol NaOH 1 mol HCl
nB nA
logo:
1 nB = 1 nA
Esta é a proporção equivalente em
número de mols dos reagentes.
Como:
V=
n1 .V=n1então,
temos:
=
=
A
A
nB
.V=
nA
A ABB.V
10.01 = .20
0,05 mol/LA
b) Qual o volume de solução 1,0 M de NaOH
gasto para titular 60 mL de solução de H2SO4
2,0M?
Dados:
=
=
= 60 mL
1,0 mol/L
V
=
VH2SO4{ A
B
A
NaOH{B
?
2,0 mol/L
Resolução:
2 NaOH + 1 H2SO4 1 Na2SO4 + 2 H2O
2 mols 1 mol
A proporção entre os reagentes (NaOH e
H2SO4) é 2:1, ou seja:
2 mol NaOH 1 mol H2SO4
nB nA
logo:
1 nB = 2 nA
Esta é a proporção equivalente em
número de mols dos reagentes, temos:
=
=
nB
.V=
nA
AABB.V
1,0 = 2 x 2,0 x 60
240 mL
2
2
.VB
VB
c) 50 mL de solução de NaOH foram neutralizados, numa titulação, por 25 mL de solução 0,2 molar de HCl. Determine a concentração molar da base.
d) 40 mL de uma solução de hidróxido de sódio consumiram, para neutralização, 20 mL de solução 0,05M de ácido sulfúrico. Calcule a molaridade da solução da base.
Exercícios
Problemas sobre unidades de concentração.
1) Determinar a concentração em gramas por litro (ou comum) de uma solução que apresenta num volume de 500mL uma massa de 10,6g de carbonato de sódio.
2) Qual a massa de ácido sulfúrico dissolvida em 250mL de solução de concentração 4g/L?
3) Qual a massa de nitrato de prata necessária para preparar 200mL de solução na concentração de 17g/L?
4) Uma solução aquosa de NaCl apresenta (m) =
12,5% em massa. Isso significa que, para cada
100 g de solução, teremos____ g de soluto e
___g de solvente.
5) Determinar a percentagem em massa de uma solução que apresenta 30g de soluto dissolvidos em 270g de água.
6) Determinar a massa de soluto que deve ser dissolvida em 200g de água para formar uma solução a 30% em massa de soluto.
7) Que massa de solução aquosa de cloreto de sódio a 4% em massa de soluto, é necessária para obter 6g de soluto?
8) Determinar a massa de soluto que se deve dissolver em 490g de solvente a fim de obter uma solução a 8% em massa de soluto.
9) Determinar a densidade de uma solução que apresenta 455,6g de ácido sulfúrico dissolvidos em 1822,4g de água perfazendo um volume de 2 litros.
10) Qual a massa de um litro de solução de ácido clorídrico de densidade 1,198g/mL?
Problemas sobre diluição
11) Diluindo, em 250 mL de água, 200 mL de solução 5 mol/L de H2SO4, qual será a molaridade final?
12) Calcule o volume de água a ser adicionada a 1 L de solução aquosa de H2SO4 1 normal para torná-la 0,2 molar.
13) Juntamos 50 mL de água a 200 mL de H2SO4 5 mol/L. Qual é a molaridade da solução final?
14) Considere 40 mL de uma solução 0,5 mol/L de NaCl. Que volume de água deve ser adicionado para que a sua concentração passa a ser 0,2 mol/L?
15) Temos 80 mL de uma solução 0,1 mol/L de H2SO4, à qual adicionados 120 mL de água. Determinar a molaridade da solução obtida.
16) Calcule a concentração molar de uma solução obtida a partir de 1 L de solução de KNO3 0,3 mol/L, à qual são acrescentados 500 mL de água.
17) Determine o volume de água que deve ser adicionado a 2 L de uma solução 0,5 mo/L de KBr, para torná-la 0,1 mol/L.
18) Quando adicionamos 100 mL de água a uma solução de NaCl, obtemos 1 litro de solução
0,09 mol/L. Determine a molaridade da solução inicial de cloreto de sódio.
19) 50mL de solução de H2SO4 2,4 mol/L, devem ser diluídos de modo a obtermos uma solução 1 mol/L. Determine o volume da solução diluída.
20) Qual o volume máximo de ácido sulfúrico 0,5 molar que poderemos obter pela diluição de 30 mL de solução de H2SO4 de densidade 1,3 g/mL e que apresenta 58,8% de H2SO4 em massa?
Problemas de mistura de mesmo soluto
21) Que volumes de soluções 8,0 mol/L e 3,0 mol/L de HCl dever ser misturados para fornecer 1,0 litro de solução 6,0 mol/l de HCl?
22) 200 mL de uma solução aquosa 0,5 mol/L de H2SO4 são adicionados a 500mL de uma solução aquosa do mesmo ácido, de concentração igual a 78,4 g/L. A seguir, adicionam-se mais 300 mL de água. Calcule a molaridade da solução da solução final.
23) Para efetuar um experimento, um químico necessita de 1.000 mL de solução aquosa 5,0 mol/L de HCl. Procurando no laboratório ele encontra somente dois frascos contendo solução aquosa de HCl. Num dos frascos se lê HCl 3,0 mol/L e no outro se lê 6,0 mol/L. Que volume o químico deve retirar de cada uma das soluções para que, após misturadas, obtenha a solução desejada?
24) Num laboratório um químico precisa de 500 mL de solução de NaOH de concentração 0,4 mol/L, e dispõe de duas soluções aquosas de NaOH, com concentrações 1,0 mol/L e 0,25 mol/L, respectivamente. Calcule o volume de cada solução disponível que o químico deve misturar para obter a solução de que necessita.
25) Que volume de solução de NaCl de concentração igual a 50 g/L deve ser adicionado a 200 mL de solução de NaCl de concentração igual a 100 g/L para obtermos uma solução de concentração igual a 60 g/L?
26) Que volumes de soluções de concentrações 1,0 mol/L e 2,0 mol/L de NaCl devem ser misturados para obtermos 100 mL de solução de NaCl de concentração 1,2 mol/L?
27) Que massa de solução aquosa com 12% em massa de NaOH deve ser adicionada a 200 g de solução aquosa com 20% em massa de
NaOH para obtermos uma solução aquosa com 18% em massa de NaOH?
28) Calcule a molaridade de uma solução obtida pela adição de 9,8g de H3PO4 em 500mL de solução 0,3mol/L do mesmo ácido.
29) 30 mL de solução 0,1 molar de HNO3 foram adicionados a 20 mL de solução 0,2 molar do mesmo ácido. Calcule a molaridade da solução resultante.
Problemas de titulação
30) 20 mL de solução 0,1 M de hidróxido de potássio são titulados com uma solução 0,05 M de ácido nítrico. Determine o volume de ácido gasto para a neutralização completa da base.
31) Em uma titulação, adiciona-se 30 mL de solução de KOH 0,5 M a 25 mL de HNO3 para completa neutralização. Calcular a molaridade do ácido utilizado.
32) O volume de 50 mL de uma solução aquosa de HCl 0,2 M é titulado com solução aquosa de NaOH 0,1 M. Calcular o volume de solução de NaOH que deverá ser adicionado para obter-se a equivalência do sistema.
33) Na titulação de 25mL de solução de Na2CO3
foram gastos 20 mL de solução de H2SO4 0,1M.
Qual a concentração da solução de Na2CO3 em
mol/L?
34) 20 mL de HCl 0,1M neutraliza 25 mL de uma solução de Na2CO3. Determinar a concentração molar da solução de carbonato de sódio.
35) Quantos mL de solução de H2SO4 1,0 mol/L
serão necessários para neutralizar 2g de Mg(OH)2 ?
36) Calcule a massa de KOH necessária para
neutralizar completamente 100mL de solução
aquosa de ácido sulfúrico de concentração 0,1M.
37) 40 mL de solução de NaOH neutraliza 10 mL
de solução de ácido clorídrico de densidade
1,074g/mL a 17% em massa de soluto. Calcule a
concentração em mol/L da solução da base.
38) Foi preparada uma solução com 24,5g de ácido sulfúrico puro e água suficiente para 500 mL de solução. Determine a massa de carbonato de sódio que neutraliza completamente 100 mL da solução de ácido.
39) Quantos mL de solução 1 mol/L de NaOH,
serão necessários para neutralizar 10g de
solução de ácido clorídrico a 15% em massa de
soluto?
40) Uma indústria comprou hidróxido de sódio
como matéria prima e sabendo-se que o NaOH
não era puro, resolveu fazer uma análise. Pesou-
se 3g dessa base e titulou com 20mL de solução
de HCl 3M. Qual a percentagem de pureza deste
hidróxido de sódio?