Autor: Vinicius Miranda | Publicado: 2011-10-04T17:44:00-07:00


Química



Composição quantitativa de uma
solução



Soluto, solvente e solução



Uma solução é uma mistura homogénea de duas ou mais
substâncias, o(s) soluto(s), substância(s) dissolvida(s), e o solvente,
substância que dissolve.

Quando o solvente é a água dizemos que se trata de uma solução
aquosa.

Quanto maior for a quantidade (ou massa) de soluto dissolvido por
unidade de volume de solução, mais concentrada é a solução obtida.














Concentração de um soluto numa solução





A concentração de um soluto numa solução 
é dada pela razão entre a quantidade de soluto dissolvido  e o
volume de solução :



A partir desta expressão podemos exprimir tanto a quantidade de soluto
como o volume de solução em função da concentração:



Embora no SI a concentração de um soluto numa solução se exprima em
mol m-3, é habitual exprimi-la em mol L-1 ou mol dm-3.

Para indicar a concentração de uma dada substância , escreve-se o símbolo/fórmula da substância, rodeado por dois
parêntesis rectos:







Como determinar o
volume final de uma solução diluída a partir de um dado volume de solução inicial?




Como apenas se
adiciona água ao volume da solução a diluir, a quantidade de soluto mantém-se
constante e então podemos indicar que ni = nf logo, ci x
Vi = cf x Vf, o que é equivalente a termos ci
/ cf = Vi / Vf.





Aos quocientes
ci / cf ou Vf / Vi
chamamos factor de diluição (f), que nos indica o
número de vezes que se deve diluir um dado volume da solução inicial (solução
concentrada), de concentração ci, para se obter a solução final (solução
diluída), de concentração cf, tal que f = ci / cf
ou f = Vf / Vi.






Exemplos


  
Calcular a concentração, em , de uma solução resultante da
    dissolução de 2,0 mol desta substância em água, perfazendo um volume de solução de
    meio litro.

Resolução




Determinar a quantidade de  dissolvido em 250 cm3 de
    uma solução 0,200 mol dm-3 neste sal.

Resolução






Calcular a concentração em ião sódio e em ião sulfato de uma solução 1,0 mol L-1
    em sulfato de sódio.






Resolução



Sabendo que:

Sulfato de sódio: 

Ião sódio: 

Ião sulfato: 

Verifica-se que a proporção de combinação dos iões  e  no composto  é
de 2:1.

Por cada mole de  que se dissolve ficam em
solução duas moles de iões  e uma mole de iões . Desta forma, o número de iões  em
solução é o dobro do número de iões  e o dobro do número de
unidades  que se dissolveram.

O processo de dissolução é acompanhado por uma dissociação das
unidades  em  e ,
tal que:



Logo, sabendo que:

, vem 

, e





Conclusão



Uma solução pode ter uma dada concentração em relação a uma certa
substância dissolvida e ter concentração diferente relativamente a um ou mais dos seus
iões.

















Concentração em massa de um soluto numa
solução





A concentração em massa de um soluto numa solução, ou concentração
mássica, , é dada pela razão entre a massa de soluto
dissolvida e o volume de solução , tal
que:



A partir desta expressão podemos exprimir tanto a quantidade de soluto
como o volume de solução em função da concentração:



Embora no SI a unidade seja o kg m-3, é habitual exprimir a
concentração mássica em g dm-3.














Relação
entre a concentração mássica e a concentração


















Percentagem em massa, em volume e em massa/volume





Percentagem em massa % (m/m)











Pode exprimir-se a composição de uma solução em
função da massa de soluto e da massa de solução. 
É uma grandeza adimensional.





Percentagem em volume % (V/V)











Pode exprimir-se a composição de uma solução em
função do volume de soluto e do volume de solução. 
É uma grandeza adimensional.





Percentagem em massa/volume %
(m/V)











Pode exprimir-se a composição de uma solução em
função da massa de soluto e do volume de solução. 
É uma grandeza que não é adimensional, exprimindo-se vulgarmente em g / 100 mL de
solução.





Aplicações





1. Observa a tabela seguinte que diz
respeito às propriedades de misturas de água e ácido sulfúrico (H2SO4).






  

    &nbsp;
    % (m/m) de H2SO4
    d (H2SO4) a 20ºC
  

    solução de H2SO4
    de bateria de automóvel
    38
    1,3
  

    solução de H2SO4
    comercial
    90
    1,8
  






Explica que volume de
solução de bateria de automóvel se consegue obter através da diluição de 1,00 L de
ácido sulfúrico comercial com água.











tópicos de
resolução





A densidade da solução de
H2SO4 de bateria de automóvel é igual a 1,3 g cm-3.





A densidade da solução de
H2SO4 comercial é igual a 1,8 g cm-3.





Cálculo da M(H2SO4)
= 98,09 g mol-1.





Cálculo da massa de 1000 cm3
de solução de H2SO4 comercial a 90% igual a 1800 g.





Cálculo da massa de soluto
presente na solução de H2SO4 comercial a 90% igual a 1620 g.





Cálculo da massa de 1000 cm3
de solução de H2SO4 da bateria de automóvel a 38% igual a 1300 g.





Cálculo da massa de soluto
presente na solução de H2SO4 da bateria de automóvel a 38% igual
a 494 g.





Cálculo do nº de moles de
H2SO4 presentes em 1,00 L de solução comercial igual a 16,52 mol.





Cálculo da concentração
da solução de H2SO4 comercial igual a 16,52 mol dm-3.





Cálculo do nº de moles de
H2SO4 presentes em 1,00 L de solução de bateria de automóvel
igual a 5,036 mol.





Cálculo da concentração
da solução de H2SO4 de bateria de automóvel igual a 5,036 mol dm-3.





Como [H2SO4]comercial
x Vcomercial = [H2SO4]bateria x Vbateria
logo, 16,52 x 1,00 = 5,036 x Vbateria e então





Vbateria = 3,28 L





Conclusão, este é o volume
de solução de bateria de automóvel obtido por diluição de 1,00 L de solução de
ácido sulfúrico comercial a 90%.











2. Um whisky apresenta um
teor alcoólico de 43% (V/V); um vinho do Porto 13,5% (V/V) e um conhaque 40% (V/V).
Admite que o copo para servir estas bebidas tem a capacidade de 150 mL.





Explica qual o número de
copos de cada bebida necessário para a ingestão de 100 mL de etanol.











tópicos de
resolução





A percentagem volúmica de
etanol é determinada através da relação .





Logo, o volume de whisky
consumido, sendo o volume de etanol ingerido igual a 100 mL, seria de 232,6 mL, o volume
de vinho do Porto consumido seria de 740,7 mL e o volume de conhaque ingerido de 250 mL.





O número de copos ingerido
de cada bebida é calculado como a relação entre o volume de bebida ingerido e o volume
do copo, isto é, 





nº copos = Vsolução
/ V copo.





Logo, temos 232,6 / 150 =
1,6 copos de whisky; 740,7 / 150 = 4,9 copos de vinho do Porto; 250 / 150 = 1,7 copos de
conhaque.











3. O conteúdo do ácido
acético (CH3COOH) no vinagre é cerca de 3% (m/m). A densidade do vinagre é
cerca de 1,0 g/mL.





Determina a concentração
de ácido acético no vinagre.











tópicos de
resolução





A densidade do vinagre é a
massa volúmica, isto é, a massa de vinagre por unidade de volume.





Cálculo da massa de vinagre
por 1000 mL de vinagre igual a 1000 g.





Utilizando a relação  temos que a massa de ácido acético (CH3COOH) nestes 1000 g de
vinagre é de 30 g.





Cálculo da massa molar do
ácido acético, M(CH3COOH) = 60,06 g/mol.





Cálculo do nº de moles de
ácido acético, nestes 1000 g de vinagre, n(CH3COOH) = 0,50 mol.





Cálculo da concentração
molar de ácido acético, [CH3COOH] = 0,50 mol/L.

















Partes
por milhão (ppm)





Existem situações em que as concentrações têm
valores tão pequenos que exigem uma outra forma de expressão, como é o caso dos
poluentes que afectam o ambiente ou dos contaminantes dos alimentos.





1 ppm significa que existe 1 g de soluto em 1 x 106
g de solvente.





Assim, por exemplo, quando se refere que o teor em
monóxido de carbono na atmosfera, numa zona de tráfego intenso, é de 100 ppm, tal
significa que por 1 milhão de g de ar atmosférico existem 100 g de monóxido de carbono,
CO.





No caso das soluções aquosas pode dizer-se que 1 ppm
equivale a 1 mg de soluto por dm3 de solução, isto é, que 1ppm = 1 mg/L.











Aplicações





1. Uma embalagem de ácido sulfúrico (H2SO4)
"AnalaR" apresenta no rótulo as seguintes indicações:





d = 1,84





%(m/m) = 98%





Limites máximos de impurezas





  

    matéria
    não volátil
    0,002%
    cálcio
    (Ca)
    0,0001%
    magnésio
    (Mg)
    0,00005%
  

    cloreto
    (Cl)
    0,00002%
    cobalto
    (Co)
    0,000002%
    níquel
    (Ni)
    0,000005%
  

    nitrato
    (NO3)
    0,00002%
    cobre (Cu)
    0,000002%
    potássio
    (K)
    0,00005%
  

    amónio
    (NH4)
    0,0002%
    ferro (Fe)
    0,0001%
    sódio
    (Na)
    0,0005%
  

    cádmio
    (Cd)
    0,000005%
    chumbo
    (Pb)
    0,000005%
    zinco (Zn)
    0,00005%
  






Converte as diferentes
percentagens de impurezas em ppm.











tópicos de
resolução





Então é assim:





0,002% = 2 x 10-3%
= 2 x 10-5 =20 x 10-6 = 20 ppm





0,00002% = 2 x 10-5%
= 2 x 10-7 =0,2 x 10-6 = 0,2 ppm





0,0002% = 2 x 10-4%
= 2 x 10-6 =2 x 10-6 = 2 ppm





0,000005% = 5 x 10-6%
= 5 x 10-8 =0,05 x 10-6 = 0,05 ppm





0,00005% = 5 x 10-5%
= 5 x 10-7 =0,5 x 10-6 = 0,5 ppm





0,0005% = 5 x 10-4%
= 5 x 10-6 = 5 ppm





0,0001% = 1 x 10-4%
= 1 x 10-6 = 1 ppm





0,000002% = 2 x 10-6%
= 2 x 10-8 =0,02 x 10-6 = 0,02 ppm





Logo,





  

    matéria
    não volátil
    20 ppm
    cálcio
    (Ca)
    1 ppm
    magnésio
    (Mg)
    0,5 ppm
  

    cloreto
    (Cl)
    0,2 ppm
    cobalto
    (Co)
    0,02 ppm
    níquel
    (Ni)
    0,05 ppm
  

    nitrato
    (NO3)
    0,2 ppm
    cobre (Cu)
    0,02 ppm
    potássio
    (K)
    0,5 ppm
  

    amónio
    (NH4)
    2 ppm
    ferro (Fe)
    1 ppm
    sódio
    (Na)
    5 ppm
  

    cádmio
    (Cd)
    0,05 ppm
    chumbo
    (Pb)
    0,05 ppm
    zinco (Zn)
    0,5 ppm
  












2. Uma embalagem de ácido sulfúrico (H2SO4)
"Spectrosol" apresenta no rótulo as seguintes indicações:





d = 1,84





%(m/m) = 98%





Limites máximos de impurezas





  

    cádmio
    (Cd)
    0,01 ppm
    ferro (Fe)
    0,1 ppm
    zinco (Zn)
    0,1 ppm
  

    cálcio
    (Ca)
    0,5 ppm
    magnésio
    (Mg)
    0,03 ppm
    &nbsp;
    &nbsp;
  

    cobalto
    (Co)
    0,02 ppm
    níquel
    (Ni)
    0,02 ppm
    &nbsp;
    &nbsp;
  

    cobre (Cu)
    0,02 ppm
    potássio
    (K)
    0,2 ppm
    &nbsp;
    &nbsp;
  

    chumbo
    (Pb)
    0,02 ppm
    sódio
    (Na)
    1 ppm
    &nbsp;
    &nbsp;
  






Converte as diferentes
impurezas expressas ppm em percentagem.











tópicos de
resolução





Então é assim:





Como 1 ppm = 1 x 10-6
= = 1 x 10-4% = 0,0001%, seguindo este raciocínio temos que





  

    cádmio
    (Cd)
    0,000001%
    ferro (Fe)
    0,00001%
    zinco (Zn)
    0,00001%
  

    cálcio
    (Ca)
    0,00005%
    magnésio
    (Mg)
    0,000003%
    &nbsp;
    &nbsp;
  

    cobalto
    (Co)
    0,000002%
    níquel
    (Ni)
    0,000002%
    &nbsp;
    &nbsp;
  

    cobre (Cu)
    0,000002%
    potássio
    (K)
    0,00002%
    &nbsp;
    &nbsp;
  

    chumbo
    (Pb)
    0,000002%
    sódio
    (Na)
    0,0001%
    &nbsp;
    &nbsp;
  


















Fracção
molar (xi)





A fracção molar é uma relação entre a quantidade
química do componente i, que pode ser um soluto, ou seja, o número de moles do
componente i, e a quantidade química total, ou seja, o número de moles total, indicado
por em que  é o número de moles do componente i e  é o
número total de moles em questão.





Esta grandeza é uma grandeza adimensional.





A fracção molar permite dar uma ideia acerca da
composição de uma mistura em função de todos os seus componentes e é fácil de
reconhecer que, numa mistura, a soma das fracções molares de todos os seus componentes
é igual a 1 (100%).











Aplicações





1. Dois recipientes A e B
contêm, respectivamente, nA e nB
moles de dois gases diferentes, nas mesmas condições de pressão e temperatura.





Sabendo que nB = 3 x nA
, qual a relação entre:





a) os volumes VA e VB






b) as&nbsp; pressões parciais dos gases A
e B, ou seja, PA e PB












tópicos de
resolução





Então é assim:





a) Como a relação entre o
volume e o nº de moles é constante, então VA / VB = nA
/ nB, logo VA / VB = 1/3.





b) xA = nA
/ n e xB = nB / n logo, xA = nA / n e xB
= 3nA / n. Então, como PA = xAP e PB = xBP,
&nbsp; a relação pedida é PA / PB = 1/3.













Molalidade
de um soluto x (mx)





A molalidade de um soluto x representa a relação entre
a quantidade química desse soluto, vulgo o seu número de moles, , e a massa de solvente, , tal que,&nbsp; .





A molalidade de um soluto x exprime-se em mol/kg, isto
é, mol de soluto por kg de solvente.


















Bibliografia:

Pereira, Bercinda Ramos; Exercícios de Química, Porto Editora, págs. 42 e 43





Simões, Teresa;Queirós, Mª
Alexandra;Simões, Mª Otilde; Técnicas Laboratoriais de Química - Bloco I, Porto
Editora, págs. 143-148



Esta publicação foi retirada na íntegra e com referências de http://profs.ccems.pt/PauloPortugal/CFQ/Composio/Composio.html