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SEGURANÇA E TÉCNICA DE LABORATÓRIO
AULA 03: CONCENTRAÇÃO DE SOLUÇÕES
TÓPICO 02: UNIDADES DE CONCENTRAÇÃO
Uma solução é uma mistura homogênea de duas ou mais substancias.
Uma destas substâncias é chamada solvente; ele é usualmente o
componente que está presente em maior quantidade. As outras
substâncias da solução são chamadas solutos; elas são ditas estar
dissolvidas no solvente. A concentração de uma solução é a relação entre a
quantidade de soluto e a quantidade do solvente ou da solução. Uma vez
que as quantidades de soluto e solvente podem ser dadas em massa,
volume ou quantidade de matéria há diversas formas de se expressar as
concentrações de soluções. Iremos neste tópico definir algumas mais
utilizadas.
Fonte [1]
A CONCENTRAÇÃO EM GRAMA POR LITRO
Este termo é utilizado para indicar a relação entre a massa do soluto(m)
expressa em gramas e o volume (V) da solução em litros:
EXERCITANDO
O hipoclorito de sódio, NaClO, produz uma solução alvejante quando
dissolvido em água. A massa de NaClO, contida numa amostra de 5,0 mL
de alvejante foi determinada como sendo igual a 150 mg. Qual a
concentração em g/L do NaClO nessa solução?
RESPOSTA
A CONCENTRAÇÃO EM QUANTIDADE DE MATÉRIA
É a relação entre a quantidade de matéria do soluto (nsoluto) e o volume
da solução (V) em litros.
No passado esta unidade de concentração era denominada molaridade
ou concentração molar. Atualmente por recomendação da International
Union of Purê and Applied Chemistry (IUPAC), o emprego desses termos
vem sendo evitado. Em seu uso correto a palavra “molar” significa “por mol”
e não “mol por litro” como na antiga definição de molaridade. Neste sentido
uma das formas mais usuais de expressão de concentração de soluções
conhecida como molaridade é redefinida como concentração em quantidade
de matéria.
A quantidade de matéria do soluto (nsoluto anteriormente chamada
“numero de mol”) é a relação entre a massa do soluto (msoluto) e a sua
massa molar (M, massa de 1,0 mol de substancia) expressa em g/mol.
ou ainda
EXERCITANDO
1. Encontre a concentração em quantidade de matéria do ion cálcio
em uma solução que contem 1 mg do íon Ca2+ em 10 gotas ( 1mL = 20
gotas).
RESPOSTA
2. 500mL de solução contem 10g de sulfato férrico. Calcular a
concentração em quantidade de matéria do sal e dos íons Fe3- e SO4=.
RESPOSTA
FE2(SO4)3 → 2FE+3 + 3 SO4=
C(MOL/L)- SAL = 0,05 MOL/L
Ìon Fe3- = 2x sal
Ìon SO3+ = 3x sal
A MOLALIDADE (C*)
É a relação utilizada sempre que se pretende expressar concentrações
independentes da temperatura, pois é baseada na massa e não no volume das
soluções. A molalidade de uma solução é calculada como o quociente entre a
quantidade de matéria do soluto(nsoluto expresssa em mol) e a massa do
solvente (em kg).
EXERCITANDO
Calcule em que quantidade de água (EM ML) deve se dissolver 150g
de cloreto de sódio para obter uma solução 2 molal?
RESPOSTA
A FRAÇÃO EM MOL (X)
Muito utilizada em cálculos físico-químicos, a fração em mol (X) de um
componente A em solução (previamente denominada “fração molar” e
atualmente também chamada “Fração em Quantidade de Matéria”) é a razão
da quantidade de matéria do componente (n componente) pela quantidade
de matéria total de todas as substancias presentes na solução (n total).
Note-se que:
O símbolo X é comumente usado para fração em mol com um subscrito
para indicar o componente de interesse.
EXERCITANDO
Uma solução contem 60g de iodeto de sódio, 24g de hidróxido de
sódio e 702g de água. Calcular as frações em mol do iodeto e do hidróxido
na solução.
RESPOSTA
A COMPOSIÇÃO PERCENTUAL
Um método bastante usual de expressão da concentração baseia-se na
composição percentual da solução. Esta unidade de concentração relaciona a
massa(m) ou o volume(V) do soluto com a massa ou o volume do solvente ou
da solução conduzindo a notações tais como:
% m/m – percentagem em massa
% m/V – percentagem massa por volume
% V/V – percentagem em volume
Nesta forma de expressar a concentração, a proporção da massa ou
volume do soluto é relacionada sempre com 100 partes da massa do
material.
Assim a % em massa de um componente (% m/m) na solução é dada
por:
EXERCITANDO
1) Uma solução é feita dissolvendo 13,5 g de glicose (C6H12O6) em
0,10 kg de água. Qual a % em massa de soluto nesta solução?
RESPOSTA
massa solução = massa soluto + massa solvente
2) Uma solução aquosa de acido clorídrico contem 36% m/m de HCl.
Calcule a molalidade do ácido na solução.
RESPOSTA
Em cada 100g de solução tem-se 36g de soluto
A DENSIDADE DA SOLUÇÃO
A densidade da solução é outra forma de relacionar a massa da solução
com o volume da solução.
A relação entre massa e volume pode ser feita em diferentes proporções
ou unidades tais como: g.L-1, mg.L-1, entre outras. Entretanto, a relação
-1
G.ML
é muito utilizada para definir a densidade ( )
Ainda existem outras relações de unidade proporcional como: mg. L-1,
kg.L-1 que também podem ser usadas. A densidade pode variar com a
temperatura e pressão.
Quando se diz que a densidade de uma solução de cloreto de sódio por
exemplo é 1,35, isto significa que 1,35g de NaCl equivalem ou melhor,
ocupam o mesmo espaço, que 1mL desta solução.
Lembrando que concentração em gramas por litro , citada no primeiro
item deste tópico, relaciona massa do soluto com volume da solução e
densidade, relaciona massa e volume da solução.
AS RELAÇÕES EXPRESSAS EM PPM, PPB E PPT
Algumas vezes a quantidade da substancia é muito pequena em relação
a quantidade do material. Neste caso, as proporções são relacionadas em
função da proporção do soluto como um todo. Por exemplo, a presença de
ferro no corpo humano é da ordem de mg de ferro por kg da massa corpórea
(mg/kg). Como essa proporção é de 1.000.000 de vezes menor que a massa
corpórea , diz-se que a quantidade de ferro é da ordem de partes por milhão
ou ppm. Outro exemplo seria a proporção do Se no corpo humano que neste
caso é da ordem de partes por bilhão, ppb.
Podemos então expressar a concentração em parte por milhão (ppm)
usando a seguinte definição:
massa do componente na solução (g)
massa total da solução (g)
CONHECENDO MAIS SOBRE PPM, PPB E PPT
Vemos que uma solução cuja concentração é 1 ppm contem 1 g de
soluto por cada milhão (106) de gramas de solução o que é equivalente
a 1 mg de soluto por quilograma de solução. Como a densidade da
água é 1 g/mL, 1 Kg de solução aquosa diluída terá um volume muito
próximo de 1 L. Então 1 ppm também corresponderá a 1 mg de soluto
por litro de solução.
1 ppm = 1 g soluto / 106 g solução = 1 mg soluto / 1 kg solução
d = 1 g/mL = 1 kg/L
1 ppm = 1 mg/L
A máxima concentração aceitável de substancias tóxicas ou
carcinogênicas são sempre expressas em ppm. Para soluções ainda
mais diluídas parte por bilhão (ppb) é usada. A concentração de 1 ppb
representa 1g de soluto por bilhão (109)de gramas de solução ou 1
micrograma (μg) de soluto por litro de solução.
DILUIÇÃO
Uma prática comum em química é armazenar uma solução concentrada
chamada de “solução estoque” e então “diluí-la” até a concentração desejada.
Todo aluno de química precisa ser capaz de diluir as soluções
corretamente.
Além disso, o uso das soluções e de técnicas como diluição dão aos
químicos um controle muito preciso sobre as quantidades de substâncias que
estão manuseando , mesmo sendo quantidades muito pequenas.
Para realizar uma diluição precisaremos trabalhar com pipetas ou
buretas (vidrarias utilizadas para transferir líquidos precisamente) e com
balões volumétricos (balão calibrado para conter um volume especificado).
É importante que se saiba que:
“Quando um volume pequeno de uma solução é diluído em um volume
maior, o número total de mols de soluto, ou melhor dizendo, a quantidade de
matéria de soluto na solução não muda, mas a concentração do soluto é
diminuída”.
Como então poderemos calcular o volume da solução a ser diluída ?
Este procedimento está baseado em uma ideia simples: embora
possamos adicionar mais solvente a um volume dado de solução, não
alteramos a quantidade de matéria do soluto. Após a diluição, o soluto
apenas ocupa um volume maior da solução.
O procedimento tem então duas etapas:
1) Calcular a quantidade de matéria do soluto (n) na solução final. O
resultado corresponde à quantidade a transferir para o balão volumétrico.
Usando a expressão apresentada no inicio deste tópico:
Então temos:
N
=C
onde C
final e V
final
FINAL
final
.V
FINAL
é a concentração em quantidade de matéria da solução
o seu volume.
2) Calcular o volume da solução inicial não diluída que contem esta
quantidade de soluto.
V
INICIAL
=N/C
INICIAL
o o “n” é o mesmo nas duas expressões podemos combiná-las assim:
V
.C
INICIAL
INICIAL
=C
.V
FINAL
FINAL
Esta expressão bem conhecida significa que a quantidade de soluto na
solução final é a mesma que no volume da solução inicial.
EXERCITANDO
Calcule o volume de acido clorídrico 0,0155 mol/L que deveria ser
usado para preparar 100 mL de uma solução do mesmo acido na
concentração 5,23 x 10-4 mol/L.
RESPOSTA
ATIVIDADE DE PORTFÓLIO
01) Calcule o volume de solução na qual devem estar dissolvidos 13,14
g de cloreto de cálcio hexa-hidratado (CaCl2.6H2O) a fim de que a solução
tenha 0,3 mols/L.
02) Calcular a concentração em quantidade de matéria de uma
solução de BaCl2 que contém 548mg de Ba++ em 50 mL de solução.
03) Qual a quantidade de cloreto (Cl-) em gramas que existem em 30
mL de uma solução 0,45 mol/L de NaCl.?
04) Qual a concentração em quantidade de matéria do K+ em uma
solução aquosa que contem 63,3 ppm de K3Fe(CN)6.
05) Calcule a fração molar de cada componente em uma solução feita
pela mistura de 10,1g de benzeno(C6H6) e 20,5g de tolueno (C6H5CH3).
06) Que volume de acido clorídrico 0,25 mol/L poderemos obter pela
diluição de 50 mL de solução de HCl, de densidade 1,185 g/mL e 36,5%
m/m ?
07) Sabendo-se que a densidade de uma solução formada por 5,0 g de
tolueno (C7H8) e 225 g de benzeno (C6H6) é 0,876 g/mL, calcule a
concentração em quantidade de matéria e a % em massa desta solução.
08) A que volume devemos diluir 10ml de uma solução 40% m/v de
NaOH para obter uma solução 0,1 mol/L.
FONTES DAS IMAGENS
1. http://2.bp.blogspot.com/_rigwCHZlNR0/RxKAyEc9CRI/AAAAAAAAA
Eo/NVwrzYoHLQU/s320/qu%C3%ADmica.bmp
Responsável: Profª. Celia Maria Carneiro Diogenes
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