Dr. Kimio - Soluções - Classificação das Soluções

Classificação das Soluções

1)      De acordo com o estado de agregação da solução:

a)   Soluções sólidas: liga metálica cobre-níquel;

b)   Soluções líquidas: sal-água;

c)    Soluções gasosas: ar atmosférico.

2)      De acordo com os estados de agregação do soluto e do soluto:

a)    Soluções sólido-líquido: sal-água;

b)   Soluções líquido-líquido: álcool-água;

c)    Soluções gás-líquido: gás carbônico em bebidas gaseificadas;

d)   Soluções gás-gás: todas as misturas gasosas;

e)   Soluções sólido-sólido: liga metálica cobre-níquel.

3)      De acordo com a natureza das partículas dispersas:

a)    Soluções moleculares: açúcar-água (moléculas de açúcar  dissolvidas em água);

b)   Soluções iônicas: sal-água (íons sódio e cloro dispersos em água).

4)      De acordo com a proporção entre soluto e solvente:

Adicionando aos poucos sal à água, com temperatura constante e sob agitação contínua, verifica-se que, em dado momento, o sal não se dissolve mais na água, mas se deposita ou “precipita” no fundo do recipiente. Neste ponto, diz-se que a solução está saturada ou que atingiu o ponto de saturação.

O ponto de saturação depende do soluto, do solvente e das condições físicas – a temperatura sempre influencia e a pressão passa a ser importante em soluções onde existam gases.

OBS.: o fato de uma solução estar saturada com um soluto (sal, por exemplo) não a impede de dissolver o outro soluto (açúcar, por exemplo).

Assim, em função do Ponto de Saturação, classificamos as soluções em:

     A solução saturada corresponde ao “limite de estabilidade”, ao passar deste limite (adição de mais soluto) forma-se solução supersaturada que é sempre instável. Basta uma pequena agitação na solução supersaturada ou uma simples adição de um pequeno cristal de soluto (germe de cristalização) para que todo o excesso de soluto precipite, voltando a solução ao ponto de saturação.

    A solução supersaturada pode ser formada pela adição de soluto à solução mediante aquecimento, deixando-a resfriar lentamente.

  Quando a solução supersaturada volta a ser saturada, o precipitado (excesso de soluto que é separado da solução) pode receber dois nomes: corpo de fundo (quando o soluto possui maior densidade e fica no fundo) ou sobrenadante (quando o soluto possui menor densidade e fica na superfície da solução).

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Dr. Kimio - Soluções - Definições

Definições

                   Soluções verdadeiras (ou somente soluções) são misturas homogêneas de duas ou mais substâncias.

                    As soluções podem ter seus componentes separados por Processos Físicos de Separação.

                   Nas soluções, o disperso recebe o nome de soluto ou dissolvido, o dispersante o nome de solvente ou dissolvente. Assim, por exemplo, quando dissolvemos o sal comum em água, o sal é o soluto e a água o solvente.

                 No entanto, nem sempre é fácil distinguir o soluto e o solvente de uma solução; é o que acontece numa solução água-álcool. A regra geral é então considerar como soluto a substância que aparece em menor quantidade. Em soluções gasosas, entretanto, não há interesse em distinguir o soluto do solvente e, então, todas as substâncias são chamadas indistintamente de componentes da solução.

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Dr. Kimio - Soluções - Introdução

INTRODUÇÃO

                               Usa-se o termo Dispersão para sistema em que há uma, ou mais, substâncias disseminadas (difundidas, misturadas) sob forma de pequenas partículas numa segunda substância.

                               Estas duas substâncias recebem nomes especiais, a primeira substância, que foi disseminada, chama-se Disperso ou Fase Dispersa, a segunda chama-se Dispersante ou Fase de Dispersão.

                               CLASSIFICAÇÃO DAS DISPERSÕES:

                               As dispersões são classificadas, comumente, segundo o tamanho médio das partículas dispersas.

Características principais dos Principais Sistemas Dispersos:

Características	Soluções Verdadeiras	Soluções Coloidais	Suspensões
Sedimentação das partículas dispersas	Não há sedimentação de nenhum modo	Há sedimentação, utilizando ultra-centrífugas	Há sedimentação espontânea ou com uso de centrífugas comuns
Separação das partículas dispersas por filtração	Não é possível a separação	Há separação utilizando, ultra-filtros	Há fácil separação por uso de filtros comuns
Visibilidade das partículas	As partículas, não são vistas por nenhum processo	As partículas são visíveis ao ultra-microscópio	As partículas são visíveis ao microscópio comum

OBS.:   Ultra-centrífuga – é uma centríguga de alta rotação;

             Ultra-filtro – é um filtro com porosidade extremamente fina;

             Ultra-microscópico – é um microscópio óptico comum, de boa qualidade, onde as partículas em observação são fortemente iluminadas por um lado e observados contra um fundo escuro, para aumentar o efeito de contraste (efeito Tyndall).

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Dr. Kimio - Caso específico: Excesso

Questão: calcule a massa de água formada pela reação de 5 mols de gás oxigênio com 69 g de etanol.

1º) Calcular a massa molar do C₂H₆O;

                                               C₂H₆O: 12 x 2 + 1 x 6 + 16 = 46 g/mol

                       2º) Converter 138 g de etanol para mol;

                                               1 mol etanol → 46 g de etanol

                                                         X        → 69 g de etanol

                                                            X = 1,5 mols de etanol

                            3º) Retirar a relação entre os reagentes da equação balanceada;

                               Da equação: a reação de 1 mol de C₂H₆O reagem com 3 mols de O_2.

                  4º) Montar Regra e Três com as quantidades dos reagentes dadas para verificar se há excesso de algum reagente;

                                               1 mol C₂H₆O    → 3 mols O₂

                                               1,5 mol C₂H₆O →     Y

                                                               Y = 4,5 mols O₂ irão reagir com os 1,5 mols C₂H₆O.

                                O resultado indica que ao reagir 1,5 mols de C₂H₆O serão gastos 4,5 mols de O₂. Como há 5 mols de O₂, este reagente está em excesso; assim, quando reagir 4,5 mols de O₂ serão gastos 1,5 mols de C₂H₆O e a reação cessará. Como o C₂H₆O será totalmente consumido e fará com que a reação pare, este reagente é chamado Reagente Limitante. A quantidade de O₂ disponível é maior do que a necessária, por isso este reagente é chamado Reagente em Excesso.

                       5º) Calcular a quantidade de produto formado;

                          Como a duração da reação é limitada pela quantidade de C₂H₆O disponível (reagente limitante), usa-se este reagente para calcular a quantidade de produto formado.

                                               1 mol C₂H₆O    → 3 mols H₂O

                                               1,5 mol C₂H₆O →     Z

                                                               Z = 4,5 mols de H₂O são formados.

                       6º) Transformar 4,5 mols de H₂O em massa utilizando massa molar da água;

                                               H₂O: 1 g x 2 + 16 g = 18 g/mol

                                                         1 mol H₂O → 18 g de H₂O

                                                     4,5mols H₂O → W

                                                               W = 81 g de H₂O serão formados.

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Dr. Kmio - Caso específico: pureza

Questão: qual a massa de etanol consumida ao se produzir 1,5 mols de água, sabendo que o etanol tem 90% de pureza?

1º) Calcular a massa molar do C₂H₆O;

                                               C₂H₆O: 12 x 2 + 1 x 6 + 16 = 46 g/mol

                            2º) Retirar a relação entre os componentes da equação balanceada;

                                              Da equação: a reação de 1 mol de C₂H₆O formam 3 mols de H₂O

                               3º) Montar regra de três com as quantidades;

                                               46 g de C₂H₆O (1 mol)   →   3 mols de H₂O

                                                                     X                →   1,5 mols de H₂O

                                                                              X = 23 g de etanol serão consumidos.

                               4º) Ajustar a quantidade de etanol a ser consumida de acordo com  pureza;

                                         A pureza do etanol é 90%, isto significa que numa amostra de 100 g deste etanol, temos 90 g de etanol e 10 g de impureza, com isso monta-se uma regra de três para determinar a quantidade de etanol impuro que deve ser usado para garantir que haja os 46 g de etanol para a reação:

                                               100 g amostra → 90 g de etanol

                                                          Y          → 23 g de etanol

                                                                          Y = 25,6 g de amostra devem ser usados na reação.

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Dr. Kimio - Caso Específico: Volume de Líquido

Questão: qual o volume de etanol consumido ao se produzir 4,5 mols de água?

1º) Calcular a massa molar do C₂H₆O;

C₂H₆O: 12 x 2 + 1 x 6 + 16 = 46g/mol

2º) Transformar a massa de 1 mol de etanol em volume.

Para converter massa em volume ou volume em massa utilizamos a densidade. Para o etanol (álcool etílico) puro, a densidade é 0,789 g/cm³ a 20°C.

A densidade é calculada pela equação: d = m/v; como estamos interessados em calcular o volume de álcool, isolamos a variável ‘v’ da equação: v = m/d. Substituindo os valores de massa e densidade, tem-se: v = 46g / 0,789 g/cm³, então v = 58,3 cm³.

Descobrimos, então, que 1 mol de etanol possui 46g e essa massa ocupa um volume de 58,3 cm³.

Assim, usaremos o volume no lugar da massa de etanol.

3º) Retirar a relação entre os componentes da equação balanceada;

Da equação: a reação de 1 mol de C₂H₆O formam 3 mols de H₂O

4º) Montar regra de três com as quantidades;

                                               58,3 cm³ de C₂H₆O (1 mol)   →   3 mols de H₂O

                                                                     X                         →   4,5 mols de H₂O

                                                                              X = 87,45 cm³ de etanol serão consumidos.

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Dr. Kimio - Caso Geral: Massa e Quantidade

Questão: qual a massa de etanol necessária para produzir 100.000 moléculas de água?

Para relacionar a quantidade de moléculas na equação balanceada, utilizamos o conceito de mol. O mol nos serve como uma unidade de conversão, assim, de forma prática, sempre que falamos em 1 mol de qualquer entidade estamos falando que há 6,02 x 10²³ unidades desta entidade.

1º) Calcular a massa molar do C₂H₆O;

                                               C₂H₆O: 12 x 2 + 1 x 6 + 16 = 46 g/mol

2º) Retirar a relação entre os componentes da equação balanceada;

Da equação: a reação de 1 mol de C₂H₆O formam 3 mols de H₂O

3º) Calcular a quantidade de moléculas de H₂O que reagem de acordo com a equação:

                                               1 mol  →  6,02 x 10²³ moléculas

                                               3 mols → X

                                                               X = 18,06 x 10²³ moléculas de H₂O

Obs.: ATENÇÃO para não multiplicar errado o número 6,02 x 10²³, pois multiplicamos apenas a parte numérica (6,02) e deixamos como está a parte da potência (10²³) que indica o ‘tamanho’ do número.

4º) Montar regra de três com as quantidades;

46 g de C₂H₆O (1 mol) → 18,06 x 10²³ moléculas de H₂O (3 mols) {Dados da equação balanceada}

                Y                    →   100.000 moléculas de H₂O

                                              Y = 254706,5 x 10^-23 g =  2,55 x 10^-18 g de etanol serão consumidos.

Obs.: ATENÇÃO nesta conta, pois apenas um dos números possui expoente: ao executar os cálculos, tem-se:

46 de C₂H₆O x 100.000 moléculas de H₂O = 18,06 x 10²³ moléculas de H₂O x Y

De forma mais simples: 46x 100.000 = 18,06x10²³ x Y

4.600.000 = 18,06x10²³ x Y

Y = 4.600.000/18,06x10²³

Neste ponto, efetuamos a conta 4.600.000/18,06 somente, que resulta 254706,5. Usamos uma das propriedades da matemática que nos permite passar o termo 10²³ (que está em baixo – no denominador – da divisão) para cima trocando o sinal do expoente; ficando 254706,5 x 10^-23. Porém temos que usar a mesma notação para o número, ajustando para que esteja compreendido entre 0 e 9, como nos pede a notação científica. Portanto, o número 254706,5 deve ser escrito 2,54706,5; ficando 100.000 vezes menor; para compensar a diminuição do número temos que aumentar o expoente em 5 casas decimais que passa de 10^-23 para 10^-18; ficando o número 2,547065 x 10^-18; que é arredondado para 2,55 x 10^-18; para ficar com a mesma quantidade de algarismos significativos que foram usados no problema (6,02 x 10²³)

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