Preparo de soluções

Introdução

Solução verdadeira é o nome dado a dispersões cujo tamanho das partículas dispersas é menor que 1 nanômetro (0,000000001 m). A solução  verdadeira caracterizada por formar um sistema homogêneo (a olho nu e ao microscópio), por ser impossível separar o disperso do dispersante por processos físicos convencionais. Os componentes de uma solução são: soluto e solvente. O soluto é a substância dissolvida no solvente, em geral, está em menor quantidade na solução(1). Solvente é a substância que dissolve o soluto. Elas têm grande aplicação na atividade em laboratórios, seja em nível acadêmico, seja em nível industrial.

OBS: As dispersões são classificadas em soluções verdadeiras (0 a 1 nm), soluções coloidais (0 a 1000 nm) e suspensões (acima de 1.000 nm). Nosso tópico será apenas as soluções verdadeiras,as quais serão chamadas apenas de soluções.

Classificação das soluções quanto ao seu estado físico: podem ser sólidas, líquidas ou gasosas.

solução líquida: pelo menos um dos componentes encontra-se no estado líquido exemplos: refrigerantes, HCl 1M... 

solução sólida: os componentes estão no estado sólido a temperatura ambiente exemplos: bronze  que é uma liga de Cu+Sn, Ouro(Au) 18K é uma liga composta de (75%Au+12,5%Cu+12,5%Ag). 

solução gasosa: todos os componentes se encontram no estado gasoso um bom exemplo é o nosso ar atmosférico, desde que seja filtrado para remover a poeira, basicamente composto por oxigênio 21%, nitrogênio 78%, gás carbônico 0,03% e mais seis gases 0,97% argônio, criptônio, hélio, neônio, radônio e xenônio. 

 Classificação das soluções quanto a solubilidade:

  

Cada substância possui seu coeficiente de solubilidade, oque isso quer dizer? A uma certa temperatura tem uma quantidade máxima de soluto que o solvente consegue dissolver.

Ex:Coeficiente de solubilidade do NaCl 36g/100mL Você consegue dissolver 36g do sal em 100mL á 25°C,mais que isso apresentará corpo de chão,ou seja, o que exeder as 36g vai se depositar no fundo do recipiente.  

 Solução insaturada: Ocorre quando dissolvemos uma quantidade menor de soluto do que o ponto de saturação, no exemplo do NaCl qualquer valor < 36g para 100mL de água dissolvidos tu obterá uma solução insaturada.

Solução saturada: É quando tu atinge o ponto de saturação,ou seja o valor máximo que o solvente consegue dissolver no exemplo do NaCl isso é atingido quando dissolvemos 36g em 100mL a 25°c.

Solução supersaturada: Ocorre quando conseguimos dissolver uma quantidade superior ao coeficiente de saturação sem corpo de chão, como assim?deste modo:

Imagine que eu aqueça a água um pouco e consiga dissolver 40g de NaCl e deixe esse recipiente resfriar lentamente eu conseguirei dissolver uma quantidade superior ao ponto de saturação caracterizando uma solução supersaturada.Pena que ela é muito instável qualquer agitação mais brusca ela precipitará o excesso.

OBS: E quando eu apenas adicionar uma quantidade superior ao coeficiente de saturação, eu terei uma solução supersaturada? Não você terá uma solução saturada com corpo de chão CERTO!!!!

Tipos de soluções: 

Solução padrão: usadas para fins analíticos contendo uma quantidade exatamente conhecida de um reagente qualquer, na unidade de volume. Essa concentração é expressa com exatidão (quatro casas decimais).

Exemplo: HF 1,2580 M ,veremos em outro tópico como padronizar uma solução de concentração aproximada a partir de um padrão primário.

Soluções não padronizadas:  usadas para fins não analíticos sendo sua concentração aproximada. Não é requerida a mesma exatidão, com relação as soluções  padronizadas.

Exemplo: KOH 1,0 M 

Unidades de concentração:

Podemos estabelecer diferentes relações entre a quantidade de soluto, de solvente e de solução. Tais relações são denominadas genericamente concentrações.

a) Concentração comum (C)

Também chamada concentração em g/L (grama por litro), relaciona a massa do soluto em gramas com o volume da solução em litros.

C = m₁/V(L)  

 A unidade utilizada é g/L mas  encontramos em g/mL, g/cm³

^{Neste exemplo temos 50 g de sulfato de níquel para 1 L desta solução.}

b) Densidade da solução (D)

Relaciona a massa e o volume da solução:

Você já deve ter se feito a  seguinte pergunta: Por que um iceberg não afunda? a resposta está na densidade dele, o gelo apresenta uma densidade inferior a da água no estado líquido.

d = m/V     

Geralmente, as unidades usadas são g/mL ou g/cm3.

c) Concentração Molar ou Molaridade

Relaciona o número de mols do soluto com o volume de solução:

M = n/V    onde   n = m₁/MM  juntando as duas 

M = m₁/MM.V         

A unidade utilizada é mol.L^-1.

d)Título relaciona a massa do soluto com a massa da solução.

T= m₁/ m

Exemplo: Qual o título de  uma solução de ácido clorídrico que apresenta 436,6 g de soluto e 743,4 g de solvente?

Ora m₁= 436,6g, m₂= 436,6g + 743,4g  logo o T= 0,37 ou 37%

Onde:

m₁= massa do soluto

m2= massa do solvente

m=massa da solução(m1 +m2)

V= volume da solução

MM= massa molar (retirado da tabela periódica somando a massa de cada elemento químico da fórmula do soluto, exemplo: NaOH MM = 23 + 16 +1 = 40 g/mol)

Uma grande dúvida que surge nos acadêmicos é o cálculo de solução envolvendo líquidos, pois geralmente eles envolvem cálculo de título ex: HCl P.A 37% , NH₄OH 32%...,para tentar auxiliar nesse sentido segue abaixo o procedimento para um preparo de uma solução de Ácido clorídrico com concentração Molar 0,1 mol.L^-1 e uma solução de Hidróxido de sódio com concentração Molar 0,1 mol.L^-1.   

Materiais:

Balão volumétrico 1000 mL

Becker de 100 mL

Pêra

Pipeta graduada 10 mL

Pipeta Pasteur

Conta gotas

Bastão de vidro

Funil comum

Frasco plástico para estocar a solução de NaOH(2) cap. 1000 mL

Frasco vidro âmbar para estocar solução de HCl(3) cap. 1000 mL

Balança analítica

Espátula 

Reagentes:

HCl 37%

NaOH P.A

Água destilada

Métodos:

Procedimento1: (preparação de 1000 mL de  HCl 0,1 mol.L^-)

Calcula-se o volume a ser utilizado para o preparo do HCl, vou demonstrar de duas maneiras CERTO!!!

Dados do HCl: MM 36,5 g/mol, pureza 37% e densidade 1,18 g/mL

  Primeira maneira!!!

Calculando a massa da solução:

d = m/V    1,18g/mL = m/1000mL  m= 1180 g ou seja a massa de todo frasco é de 1180g.

Agora através da formula do título podemos calcular a massa de HCl na solução deste modo:

T= m₁/m  0,37= m₁/1180g  m₁= 436,6 g então em 1L de solução de HCl 37% temos 436,6g de HCl logo aplicando na fórmula da molaridade temos:  

M = m₁ / MM.V  ͢͢ M= 436,6g/36,5g/mol.1L  
M= 11,96 mol.L^-1

Então em 1L de HCl 37% temos 11,97 mol de HCl agora a pergunta é quantos mL devo pipetar desta solução para preparar 1L de uma solução 0,1 M?

É só aplicar na fórmula M₁.V₁= M₂.V₂  da seguinte maneira: que volume V₁  devo pipetar de uma solução 11,97 M para obter 1000 mL de uma solução 0,1 M  Jogando na fórmula:

11,96M.V₁ = 0,1M . 1000mL           V₁= 8,4mL

Segunda maneira!!!

Queremos preparar 1L 0,1M, então aplicando na fórmula da molaridade temos o seguinte raciocínio:Que massa de ácido eu necessito para preparar 1L na concentração de 0,1M? aplicando na fórmula:                 

M = m₁/MM.V 

0,1M= m1/36,5.1L   m1=3,65g 

Bem mas como pipetar 3,65g de HCl?Simples é só aplicarmos na fórmula da densidade com o seguinte raciocínio: Que volume V devo pipetar de um ácido com densidade 1,18g/mL para conter 3,65g desse ácido? aplicando na fórmula:

d = m/V

1,18g/mL= 3,65g/V     V=3,1mL

Caso nosso ácido fosse 100% nossos cálculos terminavam por aqui,porém ele é 37% então vamos ter mais um cálculo assim:

Vamos fazer uma relação volume volume já que para cada 100mL do HCl P.A eu tenho 37 mL do ácido e 63mL do solvente, assim:

37 mL -----------------100mL

3,1mL -----------------  X

X= 8,4mL

Portanto devemos pipetar 8,4 mL da solução concentrada e avolumar  para 1000 mL assim obtendo a concentração de 0,1M desejada.CERTO!!! Os cálculos envolvendo título vão sempre assim, portanto devemos sempre ter estas fórmulas em mente!!!

Obs: Antes do procedimento experimental cabe salientar sobre um erro comum que acontece em laboratórios, o chamado erro de paralaxe que está associado ao modo de posição da visão ao acertar o menisco no traço de referência nas vidrarias volumétricas.

 O procedimento adequado está na linha central o menisco deve ser visualizado na altura dos olhos.Outra observação importante é que caso necessite levantar a vidraria volumétrica para acertar o volume a mesma nunca deve ser "agarrada" pela parte inferior, pois a temperatura da mão pode ocasionar uma dilatação no líquido causando um erro no volume final.

Menisco: ângulo formado pelo líquido com as paredes da vidraria, pode ser côncavo ou convexo exemplo: Hg_{2 ,} depende da natureza da substância, normalmente são côncavos.

OBS: No caso da solução ser muito  escura devemos tomar como referência a parte superior do menisco,ou seja as bordas.

Procedimento experimental:

Coloca-se em um balão volumétrico de 1000 mL, uma alíquota de água destilada, adiciona-se 8,4 mL de HCl P.A(4) com auxílio da pipeta graduada e pêra de sucção em capela de exaustão, completa-se com água destilada até o traço de referência do balão, cuidando para que o menisco (ângulo formado pelo liquido com as paredes do balão), tangencie-o, a adição final de água destilada deve ser feita com pipeta Pasteur para evitar que passe do traço de referência. Tampa-se o balão, agita-se e inverte-se por pelo menos 10 vezes para homogenizar o sistema. Transferi-se a solução preparada com auxílio de um funil ao recipiente de vidro âmbar, identifica-se com nome do ácido, concentração, data de preparo e responsável pela preparação.

Procedimento 2: (preparo de 1000 ml da NaOH 0,1 mol.L^-1)

Calcula-se a massa a ser utilizado para o preparo do NaOH:

Dados do NaOH : MM 40 g/mol 

Muito fácil, quando é sólido puro é só aplicar direto na fórmula da molaridade, assim:

M = m₁ / MM.V    

0,1mol/L = m₁ / 40 g/mol x1L  

m_{1= 4,0 g}

Procedimento experimental:

Pesa-se no Becker quantitativamente 4,0g de NaOH P.A(4) em balança analítica anteriormente calibrada.  Adiciona-se água destilada ao Becker, dissolve-se com auxílio de um bastão de vidro até que o soluto esteja completamente dissolvido na solução, esfria-se em capela, transfere-se para o balão volumétrico de 1000 mL, completa-se com água destilada até o traço de referência do balão, cuidando para que o menisco formado pela solução  tangencie-o, a adição final de água destilada deve ser feita com pipeta Pasteur. Tampa-se o balão, agita-se e inverte-se por pelo menos 10 vezes. Transferi-se a solução preparada com auxílio de funil ao recipiente plástico, identifica-se com nome da base, concentração, data de preparo e responsável pela preparação.

Diluição de soluções:

Veremos agora como fazer uma diluição de uma solução:

Vamos pegar como exemplo 1 L de de uma solução de hidróxido de sódio (NaOH) 3M, apartir desta preciso fazer 1L de uma solução 2,5M como proceder??

Bem Simples!! é só aplicar na fórmula da diluição com o seguinte raciocínio: Que volume V₁ devo pipetar de uma solução 3M para preparar 1L de uma Solução 2,5M assim:

M₁.V₁= M₂.V₂  

3M.V1=2,5M.1000mL  

   V_{1= 833,3mL}

Logo meço este volume, transfiro-o quantitativamente para um balão volumétrico de 1000mL e completo o volume com água destilada.

Comentários: 

(1) Como a água é considerada solvente universal, em alguns casos o soluto está em maior quantidade exemplo: álcool 70% tu tem 70mL de álcool e 30mL de água,note a água está em menor quantidade.  

(2) Bases devem ser armazenadas em frascos de plástico, pois atacam o vidro.

(3) Ácidos devem ser armazenados em frascos de vidro, já que algumas misturas oxidantes podem atacar o plástico, com exceção do ácido fluorídrico (HF) e o ortofosfórico à quente (H₃PO₄) que devem ser sempre armazenados em plástico. 

 OBS: Industrialmente é comum o uso de bombonas de 50 L de ácido clorídrico por exemplo, comercializados em bombonas de polietileno de alta densidade corretamente, o problema está em utilizar plástico para misturas oxidantes de ácidos que acabam  atacando-o, por isso o indicado para ácidos no geral é o vidro.

(4) Reagente P.A ou Pró análise: São aqueles empregados nas análises comuns.Trazem no rótulo um certificado de análise com as impurezas máximas que pode conter. Aqueles de melhor qualidade trazem os termos ACS Reagente, isto é a garantia que o fabricante segue as especificações da americam Chemical Society , e que realizou testes de pureza por esta entidade. Os bons reagentes têm um selo de garantia plástico que vem junto a tampa e que não pode ser violado. As principais marcas são Merck, Baker,Vetec...

Em desenvolvimento...