cap6 - soluções2006

7/21/2019 CAP6 - Soluções2006

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CAPÍTULO 6

SOLUÇÕES

SUMÁRIO

6.1 Introdução...........................................................................................................188

6.2 Definições e terminologias em soluções.............................................................188

6.3 Tipos de soluções................................................................................................190

6.3.1 Soluções gasosas............................................................................................191

6.3.2 Soluções l!uidas.............................................................................................191

6.3.3 Soluções s"lidas..............................................................................................191

6.# Solu$ilidade.........................................................................................................192

6.#.1 Solu$ilidade de l!uidos em l!uidos................................................................192

6.#.2 Solu$ilidade de s"lidos em l!uidos.................................................................193

6.#.3 % me&anismo de dissolução em soluções de l!uidos em l!uidos................19#

6.#.# % me&anismo de dissolução em soluções de s"lidos em l!uidos..................196

6.#.' (atores !ue influen&iam na solu$ilidade..........................................................198

6.#.6 Soluções saturadas) insaturadas e supersaturadas........................................200

6.#.* +ropriedades das soluções..............................................................................201

6.' ,nidades de &on&entração.................................................................................202

6.'.1 (ração molar....................................................................................................202

6.'.2 +or&entagem molar..........................................................................................202

6.'.3 -olaridade........................................................................................................202

6.'.# -olalidade........................................................................................................202

6.'.' +artes por milão /ppm...................................................................................2036.'.6 ormalidade.....................................................................................................203

6.6 letr"litos.............................................................................................................203

6.6.1 Disso&iação de eletr"litos ini&os....................................................................20'

6.6.2 Disso&iação de eletr"litos mole&ulares............................................................20*

6.6.3 (orças eletrolti&as...........................................................................................20*

6.6.# 4&idos) $ases e sais........................................................................................208

6.6.#.1 Teoria de 5rrenius.......................................................................................2096.6.#.2 Sistema solente...........................................................................................210

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6 SOLUÇÕES

%$@etios deste &aptulo

(inaliAado o &aptulo) o aluno ser= &apaA deB• distinguir os tipos de soluçõesC• des&reer as propriedades gerais das soluçõesC• utiliAar as unidades de &on&entraçãoC• interpretar relação entre as propriedades e &on&entração das soluçõesC• familiariAarse &om as teorias !ue definem =&idos) $ases e saisC• &one&er as propriedades de =&idos) $ases e sais e apli&ar as regras de

solu$ilidade.

6.1 Introdução

+ara !ue uma reação !umi&a o&orra entre duas su$stn&ias) os ons oumolE&ulas &onstituintes dos reagentes deem entrar em &ontato uns &om os outros.+or esta raAão) a elo&idade na !ual a&onte&e uma reação depende de !uãofa&ilmente as espE&ies reagentes são &apaAes de se intermisturarem. +or eFemplo) @untando &ristais de aGl/s e 5g%3/s) nenuma reação !umi&a not=el o&orrer=. 5gora) preparandose soluções de aGl/a! e 5g%3/a!) o !ue a&onte&e EB

aGl/a! H 5g%3/a! → aH H GlJ H 5gH H %3J → 5gGl H a%3

Isso o&orre por!ue nas soluções as su$stn&ias estão intimamente misturadas anel ini&o ou mole&ular e as transformações !umi&as podem o&orremrapidamente.

nfo&ando o assunto de soluções por um outro lado) podemos &onstatar !uea ida eFiste apenas na presença de =gua. 5&reditase !ue a ida originouse noso&eanos = aproFimadamente 2200 milões de anos) #000 milões de anos depoisde ter &omeçado o resfriamento da terra) '00 milões de anos antes do surgimentode $a&tErias anaer"$i&as /uni&elulares. -uitas espE&ies eolu&ionaram atE oest=gio de não pre&isar ier imersas) mas não &onseguiram eoluir osufi&ientemente para deiFar de pre&isar da =gua para a manutenção de suas idas.

% desta!ue !ue se d= Ks reações em sistemas a!uosos) alEm da grandedisponi$ilidade da =gua &omo solente) deese K tamana importn&ia da =gua&omo o meio onde o&orrem as reações $io!umi&as.

5 =gua pura não eFiste naturalmente) mas sim repleta de ons) gases eminerais dissolidos. a pr=ti&a) a maioria das su$stn&ias são soluções nanatureAa /o mar) por eFemplo) pro&essos itais /fluidos &orporais em todas asformas de ida) l=grimas) suor) sangue e nos pro&essos industriais) na produção doaço ou dos semi&ondutores tipon e tipop.

6.2 De!n!ç"e# e ter$!no%o&!'# e$ #o%uç"e#

,ma solução E uma mistura omog?nea de su$stn&ias puras /=tomos)molE&ulas ou ons na !ual não = pre&ipitação. Suas propriedades fsi&as e

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!umi&as podem não estar rela&ionadas &om a!uelas das su$stn&ias originais. +or eFemploB temperatura de fusão do gelo e da salmoura E menor !ue a temperaturade fusão da =gua e do sal. 5 seguir serão dadas algumas definições.

Su$stn&ia puraB su$stn&ia &om &omposição &ara&tersti&a e definida) &om

um &on@unto definido de propriedades) eFemplosB =gua) ferro /(e) sal /aGl) açL&ar &omestel) oFig?nio /%2.-isturaB são duas ou mais su$stn&ias diferentes @untas em um mesmo

sistema∗. 5s misturas podem ser &lassifi&adas em omog?neas /soluções eeterog?neas. 5s propriedades de uma mistura são uma &om$inação daspropriedades dos seus &omponentes. +ara misturas eterog?neas as propriedadessão uma &om$inação das propriedades das su$stan&ias indiiduais. Fiste ummEtodo &omum de la$orat"rio para identifi&ar uma solução de uma misturaeterog?nea) este $aseiase na medida da temperatura de mudança de fase

(!&ur' 6.1 Guras de a!ue&imento e ponto de fusão para /a uma misturaeterog?nea de dois &omponentes e /$ uma solução de dois &omponentes.

(aseB região distinta em um sistema) na !ual todas as propriedades são asmesmas. 5 isualiAação das fases pode ser feita a olo nu ou atraEs demi&ros&"pio. stados fsi&os diferentes &ara&teriAam fases diferentes.

SoluçãoB mistura omog?nea de su$stn&ias puras /=tomos) molE&ulas) onsna !ual não = pre&ipitação. Soluções são misturas omog?neas por!ue nelas

o&orre ligação a nel mole&ular ou atmi&o entre as su$stn&ias enolidas) nãoapresentando fases diferentes &omo as misturas eterog?neas. Suas propriedadesfsi&as e !umi&as podem não estar rela&ionadas &om a!uelas das su$stn&iasoriginais) diferentemente das propriedades de misturas eterog?neas !ue são&om$inações das propriedades das su$stn&ias indiiduais. 5s soluções in&luemdiersas &om$inações em !ue um s"lido) um l!uido ou um g=s atua &omodissolente /solente ou soluto.

SolenteB su$stn&ia presente em maior !uantidade em uma solução) por meio da !ual as part&ulas do/s soluto/s são preferen&ialmente dispersas. M muito&omum a utiliAação da =gua &omo solente) originando soluções a!uosas.

SolutoB su$stn&ia/s presente/s em menor !uantidade em uma solução. +or

eFemplo) ao se preparar uma F&ara de &afE solLel) temos &omo soluto o &afE e oaçL&ar e &omo solente a =gua !uente.

N Sistema E a porção do unierso !ue est= so$ o$seração.

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Gon&entração do solutoB E a proporção entre soluto e solente em umasolução. 5 &omposição de uma solução E eFpressa pela &on&entração de um ou maisde seus &omponentes

Soluções &on&entradas e diludasB são indi&ações !ualitatias da proporção

entre o soluto e o solente na solução. M in&orreto diAer !ue uma solução E forte oufra&a) pois estes termos apresentam outros signifi&ados em !umi&a indi&ando aforça de eletr"litos.

Solução saturada∗ NB E a!uela !ue) ao se ir adi&ionando um soluto s"lido a umsolente) atinge o ponto de e!uil$rio !ue E !uando não = mais &ondições dedissolução desse soluto.

Solução insaturada∗∗B E a!uela !ue tem uma &on&entração de soluto menor do!ue a de uma solução saturada) podendo ainda dissoler soluto adi&ional atE setornar uma solução saturada.

Solução supersaturada∗∗B E a!uela !ue tem uma &on&entração de soluto maior

do !ue a de uma solução saturada. M uma solução inst=el) não aendo e!uil$riode solu$ilidade e seu soluto tende a &ristaliAarse. sta situação E possel !uandouma solução saturada so$ &ertas &ondições E &olo&ada em &ondições diferentes detemperatura nas !uais o soluto E menos solLel) retendo assim mais soluto do !uereteria na temperatura original.

Solu$ilidadeB solu$ilidade do soluto E a !uantidade ne&ess=ria para formar uma solução saturada numa dada !uantidade de solente.

6.) T!*o# de #o%uç"e#

5s soluções podem ser &lassifi&adas !uanto ao seu estado fsi&oB s"lidol!uido ou gasoso. a ta$ela '.1) são apresentados eFemplos da preparação de=rios tipos de soluções.

T!*o# de #o%uç"e# E+e$*%o

#o%uç"e# &'#o#'#

g=s dissolido em g=s oFig?nio dissolido em nitrog?nio

l!uido dissolido em g=s&lorof"rmio dissolido em nitrog?nio

/aporiAado

s"lido dissolido em g=s gelo se&o dissolido em nitrog?nio/su$limado

#o%uç"e# %,-u!d'#

g=s dissolido em l!uido di"Fido de &ar$ono dissolido em =gua

l!uido dissolido em l!uidoetanol /=l&ool de &ereais dissolido em

=gua

s"lido dissolido em l!uido açL&ar dissolido em =gua

#o%uç"e# #%!d'#

g=s dissolido em s"lido idrog?nio dissolido em pal=dio

N∗ stes &on&eitos serão aprofundados no item referente K solu$ilidade.

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(!&ur' 6.2 struturas es!uem=ti&as de soluções s"lidas /a su$stituinte e /$intersti&ial.

6.0 So%u/!%!d'de

6.0.1 So%u/!%!d'de de %,-u!do# e$ %,-u!do#

Quando uma su$stn&ia se dissole em outra) part&ulas do soluto /tantomolE&ulas &omo ons) dependendo da natureAa do soluto deem ser distri$udasatraEs do solente e) de &erto modo) as part&ulas do soluto na solução o&upamposições !ue são normalmente o&upadas por molE&ulas do solente. m um l!uidoas molE&ulas estão muito pr"Fimas e interagem fortemente &om as molE&ulasiAinas. 5 fa&ilidade &om !ue uma part&ula de soluto pode su$stituir uma molE&ulade solente depende das forças relatias de atração das molE&ulas de solenteentre si) das part&ulas de soluto entre si e da intensidade das interações solutosolente. +or eFemplo) em uma solução formada entre $enAeno /G6P6 e tetra&loretode &ar$ono /GGl#) am$as as espE&ies são apolaresC portanto) eFperimentam apenasforças de :ondon relatiamente fra&as. 5ssim) a intensidade das forças atratiasentre pares de molE&ulas de $enAeno e entre pares de molE&ulas de tetra&loreto de&ar$ono são) prati&amente) de mesma intensidade !ue entre molE&ulas de $enAenoe tetra&loreto de &ar$ono. +or essa raAão) molE&ulas de $enAeno podem su$stituir)&om fa&ilidade) molE&ulas de GGl# em soluçãoC em &onse!R?n&ia) estas duassu$stan&ias são &ompletamente mis&eis /solLeis em todas as proporções.

5gora) amos er o !ue a&onte&e !uando tentamos dissoler =gua em GGl#. 5=gua E uma su$stn&ia muito polar) !ue interage &om outras molE&ulas de =guaatraEs da formação de pontes de idrog?nio. Gomparatiamente) a intensidade das

forças atratias entre a =gua e as molE&ulas apolares de GGl # E muito mais fra&a. Setentarmos dispersar molE&ulas de =gua em GGl#) erifi&aremos !ue) !uando asmolE&ulas de =gua se en&ontram) tendem a fi&ar @untas) simplesmente por!ue seatraem muito mais fortemente do !ue o faAem &om as molE&ulas do solente. staaglomeração prossegue atE as duas su$stn&ias terem formado duas fasesdistintas) uma &onsistindo de =gua &om uma !uantidade muito pe!uena de GGl # e aoutra &onsistindo de GGl# &ontendo uma !uantidade pe!uena de P2%.

Quando duas su$stn&ias polares) &omo etanol e =gua) são misturadas)temos outra eA uma situação na !ual as forças de interação solutosoluto são deintensidade &ompar=el Ks forças atratias solentesolente) em !ue as molE&ulasde soluto e solente interagem fortemente umas &om as outras. ,ma eA mais) =

&ondição para !ue as part&ulas de soluto possam prontamente su$stituir as dosolente e) por essa raAão) =gua e etanol são mis&eis.

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ntre os dois eFtremos de &ompleta mis&i$ilidade /$enAenotetra&loreto de&ar$ono) =guaetanol e total imis&i$ilidade /GGl#P2%) temos muitas su$stn&ias!ue são apenas par&ialmente solLeis entre si. +or eFemplo) na ta$ela '.2) assolu$ilidades de uma sErie de =l&oois diferentes estão listadas em mols de soluto

/=l&ool por 100g de =gua. U medida !ue passamos aos de mais altos pesosmole&ulares) o grupo polar %P representa uma porção &ada eA menor dasmolE&ulasC &omo resultado) as molE&ulas de =l&ool tornamse menos pare&idas &oma =gua) K medida !ue se tornam maiores. +aralelamente ao aumento do tamanodas porções apolares de idro&ar$oneto destes =l&oois) o$seramos um&orrespondente de&rEs&imo na solu$ilidade em =gua.

Su/#tn!' (r$u%'So%u/!%!d'de

3$o%# de #o%uto4155& de 2O7metanol GP3%P ∞

etanol G2P'%P ∞

propanol G3P*%P ∞

$utanol G#P9%P 0)12pentanol G'P11%P 0)031eFanol G6P13%P 0)00'9eptanol G*P1'%P 0)001'

T'/e%' 6.2 Solu$ilidade de alguns =l&oois em =gua.

6.0.2 So%u/!%!d'de de #%!do# e$ %,-u!do#

Quando um s"lido se dissole em um l!uido) fatores um pou&o diferentes

deem ser &onsiderados. m um s"lido) as molE&ulas ou ons estão arrumados emum arran@o muito regular e as forças atratias estão no seu m=Fimo. m prin&pio)para as part&ulas do soluto entrarem numa solução) as forças de atração solutosolente deerão ser sufi&ientemente fortes para superar as forças atratias !uemant?m o s"lido ligado. os &ristais mole&ulares) estas forças atratias sãorelatiamente fra&asC sendo do tipo dipolodipolo ou de :ondon) e são maisfa&ilmente superadas. Su$stn&ias &u@os &ristais estão ligados por forças de :ondonserão) portanto) dissolidas em apre&i=el eFtensão) em solentes apolares. lesnão são) todaia) solLeis em eleado grau) em solentes polares) pela mesmaraAão !ue os l!uidos apolares não são solLeis em solentes polares. Isto signifi&a!ue as molE&ulas de solente polar atraemse muito fortemente para seremsu$stitudas por molE&ulas pelas !uais são apenas fra&amente atradas. +or eFemplo) o iodo s"lido) !ue E formado de molE&ulas I 2 apolares) e apre&iaelmentesolLel em GGl# /dando uma $onita solução ioleta) mas apenas ligeiramentesolLel em =gua /onde produA uma p=lida solução marromamarelada. %s solutosmuito polares e os s"lidos ini&os não são solLeis em solentes apolares. 5s fra&asinterações solutosolente) &omparadas Ks atrações entre part&ulas de soluto) nãosão sufi&ientemente fortes para desfaAer a rede. S"lidos ini&os) em parti&ular) estãoligados pelas intensas forças eletrost=ti&as entre onsC portanto) E ne&ess=rio umsolente muito polar) &omo a =gua) para desfaAer uma rede ini&a. +or isso) oaGl EsolLel em =gua) mas não em gasolina) !ue E uma mistura de idro&ar$onetos

/&ompostos &ontendo apenas G e P apolares.Quando uma su$stn&ia ini&a se dissole em =gua) os ons ad@a&entes nos"lido tornamse separados e são &er&ados por molE&ulas de =gua. a fig. 6.3)temos uma isão do !ue o&orre durante esse pro&esso. as proFimidades imediatas

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de um on positio) as molE&ulas &ir&uniAinas de =gua estão orientadas de talforma !ue as eFtremidades negatias de seus dipolos apontam na direção da &argapositia) en!uanto !ue) &er&ando um on negatio) as molE&ulas de =gua t?m suaseFtremidades positias dirigidas para o on. ,m on preso dentro desta gaiola de

molE&ulas de =gua E &onsiderado idratado e) em geral) !uando uma part&ula desoluto fi&a &er&ada por molE&ulas de um solente) diAemos !ue est= solatadaC aidratação E um &aso espe&ial do fenmeno mais geral de solatação.

(!&ur' 6.) Pidratação de ons em solução.

5 &amada de molE&ulas orientadas !ue &er&am um on a@uda a neutraliAar a&arga do on e sere para impedir os ons de &argas opostas de se atraremfortemente a grandes distn&ias dentro da solução. De&erto modo) o solente isolaos ons uns dos outros. Solentes apolares não dissolem &ompostos ini&os)por!ue tanto não podem romper uma rede ini&a &omo não ofere&em !ual!uer $lindagem para os ons. m um solente apolar) os ons rapidamente se agregam ese separam da solução &omo um s"lido.

m resumo) su$stn&ias !ue eFi$em forças atratias intermole&ularessemelantes tendem a ser solLeis umas nas outras. sta o$seração Efre!uentemente esta$ele&ida &omo semelante dissole semelante. Su$stn&iasapolares são solLeis em solentes apolares) en!uanto !ue &ompostos polares ouini&os se dissolem em solentes polares.

6.0.) O $e'n!#$o de d!##o%ução e$ #o%uç"e# de %,-u!do# e$ %,-u!do#

Quando um l!uido se dissole em outro) imaginamos !ue as molE&ulas dosolente se@am forçadas a se afastar para dar lugar Ks molE&ulas do soluto. Domesmo modo) para o soluto entrar na solução) suas molE&ulas deem) tam$Em) seseparar) para !ue possam o&upar seus lugares na mistura. ,ma eA !ue eFistemforças atratias entre s molE&ulas) tanto no solente &omo no soluto) o pro&esso deseparação de suas molE&ulas re!uer um disp?ndio de energia) isto E) dee ser eFe&utado tra$alo) tanto no solente &omo no soluto) para separar suas molE&ulasumas das outras. (inalmente) !uando o soluto e o solente) em seus estadoseFpandidos) são &olo&ados @untos) E li$erada energia por &ausa das atrações !ueeFistem entre as molE&ulas de soluto e solente.

m algumas su$stn&ias) &omo $enAeno e o tetra&loreto de &ar$ono) asforças atratias intermole&ulares são !uase da mesma intensidadeC portanto) estes&ompostos formam soluções) prati&amente) sem !ual!uer li$eração ou a$sorção de

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&alor. Soluções nas !uais as interações solutosoluto) solutosolente e solentesolente são todas iguais são &amadas soluções ideais.

Quando as molE&ulas de soluto e solente são fortemente atradas umaspelas outras) mais energia pode ser li$erada na etapa final) !uando a solução E

formada) do !ue E ne&ess=ria para separar ini&ialmente as molE&ulas do soluto e asmolE&ulas do solente /fig. 6.#. So$ estas &ir&unstn&ias) o pro&esso glo$al dedissolução resulta na li$eração de &alor) sendo) portanto) eFotErmi&o. Isto o&orre!uando a&etona) um importante solente /remoedor de esmalte de unas) e =guasão misturadas.

(!&ur' 6.0 +ro&esso de dissolução eFotErmi&o.

Quando as forças atratias solutosolente são mais fra&as do !ue as forçasentre soluto puro ou solente puro) a formação de uma solução re!uer um disp?ndiol!uido de energia. Isto se dee ao fato de !ue mais energia E a$sorida paraseparar as molE&ulas nas duas primeiras etapas do !ue E re&uperada !uando osoluto e o solente são aproFimados) na ter&eira etapa /fig. 6.'. esse &aso) asolução) !uando E formada) tornase fria) indi&ando !ue o&orreu uma tro&aendotErmi&a. Isto a&onte&e) por eFemplo) !uando misturamos etanol e umidro&ar$oneto tal &omo o eFano. 5s molE&ulas apolares de eFano penetram entreas molE&ulas de etanol ligadas por pontes de idrog?nio) destruindo) efetiamente)

estas pontes. sse pro&esso a$sore energia e a solução tornase fria.

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(!&ur' 6.8 +ro&esso de dissolução endotErmi&o.

6.0.0 O $e'n!#$o de d!##o%ução e$ #o%uç"e# de #%!do# e$ %,-u!do#

+odemos a$ordar a energia enolida na dissolução de um s"lido em uml!uido da mesma forma !ue o fiAemos para um l!uido em um l!uido.>e&one&emos !ue o ato de dissoler um &omposto) &omo VI) em =gua) enole aremoção dos ons VH e I do s"lido e a &olo&ação destes em um am$iente onde estão&er&ados por molE&ulas de =gua. Suponamos) agora) !ue podemos separar estasduas etapas. 5 primeira etapa enole a separação dos ons) de modo !ue se@aminfinitamente afastadosC a segunda &onsiste em pegar ons estes ons agora isoladose &olo&ar na =gua) onde fi&am &er&ados por molE&ulas do solente. +ara eFe&utar aprimeira etapa) E ne&ess=rio desfaAer a rede) afastando os ons uns dos outrosB

0g/I0g/VVI/s0 −+

+→

5ssim) o pro&esso re!uer forne&imento de energia) ou se@a) E endotErmi&o.:em$rese de !ue a !uantidade de energia ne&ess=ria para romper o s"lido e o$ter part&ulas isoladas E &amada energia de rede. Su$stn&ias ini&as) em irtude dasforças eletrost=ti&as muito intensas entre os ons de &argas opostas) t?m energiasde rede muito grandes. S"lidos mole&ulares) todaia) t?m pe!uenas energias derede) em irtude de suas forças atratias intermole&ulares serem relatiamentefra&as.

a segunda etapa de nosso pro&esso de dissolução) imaginemos !ue&olo&amos os ons VH e I na =gua) onde se tornam idratados. Gomo foi des&ritoanteriormente) um on em =gua est= &er&ado por uma gaiola de molE&ulas de =guaorientadas. +ortanto) um on idratado sofre uma atração efetia pelos dipolos dosolente. m irtude destra atração) uma !uantidade de energia) &one&ida &omoenergia de idratação) E li$erada !uando um on E &olo&ado em =gua. m geral)para um solente diferente da =gua) esta energia E &amada energia de solatação.Indi&amos assim a ariação !ue o&orre nesta etapa de idrataçãoB

0a!/I0a!/V%WP0g/I0g/V 2

−+−+

+→++

!ue nos diA !ue um nLmero W de molE&ulas de =gua se tornam ligadas aos onspot=ssio e iodeto !uando estes se tornam idratados em solução a!uosa.

5 transformação glo$al !ue o&orre !uando VI se dissole em =gua pode ser representada &omo a soma das duas etapas !ue a&a$amos de &onsiderarB

0g/I0g/VVI/s0 −+

+→

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a!/Ia!/V%WPg/Ig/V 2

−+−+

+→++

0a!/I0a!/V0g/I0g/V%WP0g/I0g/VVI/s0 2

−+−+−+

+++→+++

% &alor de dissolução) ∆Psol) &orresponde K tro&a de energia glo$al !ue o&orre

e E igual a diferença entre a !uantidade de energia forne&ida durante a primeiraetapa e a !uantidade de energia li$erada durante a segunda /fig. 6.6. Se a energiada rede E maior !ue a energia de idratação) = um forne&imento l!uido de energia!uando a su$stan&ia se dissoleC o pro&esso E endotErmi&o. Isto a&onte&e &om o VI.Inersamente) !uando a energia de idratação eF&ede a energia da rede) situação!ue o&orre &om o :iGl) E li$erada mais energia !uando os ons se tornam idratadosdo !ue E ne&ess=ria para desfaAer a rede ini&a) o$serandose) assim) uma tro&aeFotErmi&a) !uando o s"lido se dissole.

(!&ur' 6.6 Xariações de energia !ue o&orrem !uando o VI se dissole em =gua.

5 relação entre a energia da rede e a energia de idratação pode ser ista nata$ela 6.3. otemos !ue a &on&ordn&ia entre os &alores de dissolução &al&ulados eos determinados eFperimentalmente est= longe de ser perfeita. Isto resulta deimpre&isões nos modelos te"ri&os usados para &al&ular estas !uantidades deenergia. Gontudo) ainda podemos er !ue) !uando a teoria esta$ele&e uma grande

ariação eFotErmi&a) a !uantidade eFperimental &orresponde a uma grandeli$eração de energia. De modo semelante) !uando a teoria determina umatend?n&ia em ∆Psol) assim &omo &om VGl) V7r) e VI) sufi&iente para apoiar osargumentos !ue defendemos.

19*

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T'/e%' 6.) nergia da rede) energia de idratação e &alor de dissolução paraalguns aletos al&alinos.

5s eFplanações pre&edentes nos permitem &ompreender as ariações deenergia !ue o&orrem durante o pro&esso de dissolução. InfeliAmente) porEm) E muitodif&il prediAer ante&ipadamente) em !ual!uer &aso parti&ular) se a formação de umasolução ser= eFotErmi&a ou endotErmi&a) por!ue os mesmos fatores !ue &onduAema uma alta energia de idratação tendem) tam$Em) a produAir uma alta energia darede. 5 eFtensão em !ue um on E atrado por um dipolo do solente aumenta Kmedida !ue o on se torna menor) por!ue um on menor podese aproFimar mais deuma molE&ula de solente do !ue um on maior. 5 interação do solente &om um ontam$Em aumenta !uando a &arga no on se torna maior. Todaia) o grau em !ue osons se atraem no s"lido tam$Em &res&e &om o de&rEs&imo do tamano e oaumento da &arga) de modo !ue a energia de idratação tornase maior) da mesmamaneira !ue a energia da rede. 5ssim) temos dois fatores !ue são afetados nomesmo sentido pelas ariações de tamano e &arga) e E prati&amente imposseldiAer de antemão !ue efeito ser= predominante.

6.0.8 ('tore# -ue !n%uen!'$ n' #o%u/!%!d'de

X=rios fatores afetam a !uantidade de soluto !ue pode ser dissolida em umsolente. :ogi&amente) a natureAa de am$os E fator &ru&ial no pro&esso dedissolução do soluto) mas tam$Em a temperatura) a pressão) o tamano daspart&ulas afetam a elo&idade na !ual um soluto se dissole.

5gitaçãoB Xerifi&ase) por eFemplo) !ue os &ristais de aGl em =guadesapare&em mais rapidamente !uando a solução E agitada. Isso o&orre por!ue aagitação da solução possi$ilita !ue partes noas de solente fres&o entrem em&ontato &om o soluto. %utro eFemplo semelante seria a dissolução do açL&ar no&afE.

TemperaturaB ste fator influen&ia na elo&idade na !ual o soluto se dissolepor!ue a energia &inEti&a das molE&ulas) a fre!u?n&ia e a força de suas &olisões&om os &ristais da superf&ie das part&ulas de soluto são maiores em temperaturasmais eleadas. m geral) a solu$ilidade da maioria das su$stn&ias s"lidas el!uidas em um solente l!uido aumenta &om o aumento da temperatura. +aragases em l!uidos temse o$serado o &omportamento oposto /uma &onse!R?n&ia

adersa E a poluição tErmi&a de rios e lagos proo&ada pelo despe@o de de@etosindustriais !uentes das usinas nu&leares ou plantas de pro&essos) @= !ue o aumentoda T da =gua E inade!uada para =ida a!u=ti&a . Quando a $aiFas temperaturas)

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as molE&ulas da maioria dos l!uidos se aproFimam. % ponto de &ongelamento de!ual!uer l!uido E a!uele no !ual as forças de atração entre as molE&ulas são$astante grandes para proo&ar a mudança de fase. 5s molE&ulas de solente numasolução estão ligeiramente mais separadas entre si /deido K presença de part&ulas

de soluto do !ue no solente puro. 5 temperatura de &ongelamento de soluções Emenor !ue de su$stn&ias puras. ntretanto) &omo toda generaliAação) esta regranão E infalel. m alguns pou&os &asos o efeito E &ontr=rio a esta regra) assim &omo aGl a solu$ilidade muda ligeiramente &om a diminuição da temperatura. 5lgunss"lidos &omo aS%# anidro e muitos l!uidos e gases se dissolem por pro&essoeFotErmi&o e) portanto) sua solu$ilidade diminui ao ser aumentada a temperatura.S"lidos em l!uidos) a solu$ilidade aumenta &om a temperatura. Yases em s"lidosou l!uidos) a solu$ilidade diminui !uando se aumenta a temperatura /eFemploBgarrafa de refrigerante !uente. 5 solu$ilidade de gases em l!uidos diminui !uandose aumenta a temperatura) o !ue !uase sempre E erdadeiro. +or eFemplo) !uandoferemos =gua) apare&em pe!uenas $or$ulas na superf&ie do re&ipiente) antes

desta &omeçar a ferer. stas $or$ulas são de ar) !ue sai da solução !uando a=gua se torna !uente. Tam$Em usamos este &omportamento geral de solu$ilidadede gases !uando guardamos fras&os a$ertos de $e$idas gaseifi&adas norefrigerador. stes l!uidos ret?m G%2 dissolido por longo tempo) !uando sãomantidos em am$iente frio) por!ue) neles) o G%2 E mais solLel a $aiFastemperaturas. 5 an=lise da !uantidade de gases dissolidos em ria&os) lagoas erios reela ainda outro eFemplo deste fenmeno. 5 &on&entração de oFig?niodissolido) !ue E imperatio para a ida a!u=ti&a) de&res&e nos meses de erão) em&omparação &om an=lises semelantes realiAadas durante os meses de inerno Zdesde !ue todas as outras &ondições se@am as mesmas) naturalmente. 5solu$ilidade de %2 diminui em 22O &om o aumento da T) assim a 2'°G a solu$ilidadede %2 E 0)000#'g[: e a '0°G E 0) 0003'g[:.

5 pressão) em geral) tem muito pou&o efeito so$re a solu$ilidade de l!uidosou s"lidos em solentes l!uidos. 5 solu$ilidade de gases) todaia) sempre aumenta&om o aumento da pressão. 7e$idas gaseifi&adas) por eFemplo) são engarrafadasso$ pressão) para assegurar uma eleada &on&entração de G%2C uma eA a$erta agarrafa) a $e$ida rapidamente perde sua gaseifi&ação) a menos !ue se@a fe&adaoutra eA. % mesmo fenmeno E respons=el pelo malestar da des&ompressão&amado em$riagu?s. Quando um mergulador ou um es&aador de tLneis olta Ksuperf&ie muito rapidamente) o nitrog?nio e o oFig?nio) !ue estão dissolidos nosangue a alta pressão) são repentinamente li$erados nos asos sanguneos) em

forma de $olas. Isso E muito doloroso e) em &asos eFtremos) pode ir a &ausar amorte.% efeito da pressão so$re a solu$ilidade de um g=s não E muito dif&il de ser

entendido. Imaginemos !ue um l!uido este@a saturado &om um soluto gasoso e !ueessa solução este@a em &ontato &om o g=s a uma determinada pressão. ,ma eAmais temos um e!uil$rio dinmi&o) em !ue molE&ulas de soluto estão deiFando asolução e entrando na solução) &omo E mostrado na fig. 6.*/a. Gomo E de seesperar) a elo&idade na !ual as molE&ulas entram na solução depende do nLmerode &olisões por segundo !ue o g=s eFperimenta &om a superf&ie do l!uidoC domesmo modo) a elo&idade segundo a !ual as molE&ulas de soluto deiFam asolução depende de sua &on&entração. Se) repetidamente) aumentarmos a pressão

do g=s) as molE&ulas se aproFimam e o nLmero de &olisões por segundo !ue asmolE&ulas do g=s sofrem &om a superf&ie do l!uido tornase maior. Quando issoa&onte&e) a elo&idade segundo a !ual as molE&ulas do g=s entram na solução

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tam$Em se torna maior) sem um &orrespondente aumento na elo&idade de sada/fig. 6.*/$. Gomo resultado) a &on&entração de molE&ulas de soluto na soluçãoaumenta) atE a elo&idade &om a !ual elas deiFam a solução igualarse) outra eA) Kelo&idade &om !ue entramC nesse ponto) temos o e!uil$rio resta$ele&ido /fig.

6.*/&.

(!&ur' 6.9 feito da pressão so$re a solu$ilidade de um g=sB /a = um e!uil$rioentre o g=s e a sua soluçãoC /$ o e!uil$rio E pertur$adoC /& o e!uil$rio E

resta$ele&ido para dissolução de mais g=s.

% &omportamento da solu$ilidade de gases &om relação K pressão tam$Empode ser eFpli&ado fa&ilmente em termos do prin&pio de :? Gtelier. Deemosrepresentar o e!uil$rio pela seguinte e!uaçãoB

soluto /g H solente /l ↔ solução /lSe a pressão for aumentada) o prin&pio de :? Gtelier nos diA !ue o sistemaresponder= de modo a faAer &om !ue a pressão se@a reduAida a um alor pr"Fimo deseu alor ini&ial. Isso poder= o&orrer se mais g=s for dissolido) pois) assim) eFistirãomenos molE&ulas na fase gasosa a eFer&er pressão.

Quantitatiamente) a influ?n&ia da pressão na solu$ilidade de um g=s E dadapela lei de Penr<) !ue esta$ele&e !ue a &on&entração do soluto gasoso na solução)Gg) E diretamente propor&ional K pressão par&ial do g=s so$re a solução) isto E)

Dg\gpg

onde a &onstante de propor&ionalidade) ]g) E &amada &onstante de Penr<. starelação permitenos &al&ular a solu$ilidade de um g=s a uma dada pressão) desde

!ue &oneçamos sua solu$ilidade a alguma outra pressão. >ealmente) a lei dePenr< s" E pre&isa para &on&entrações e pressões relatiamente $aiFas e paragases !ue não rea@am signifi&atiamente &om o solente.

6.0.6 So%uç"e# #'tur'd'#: !n#'tur'd'# e #u*er#'tur'd'#

%s &on&eitos de solução saturada) insaturada e supersaturada estãorela&ionados &om os fatores !ue afetam a solu$ilidade. 5 uma dada temperatura) aelo&idade de dissolução de um s"lido aumenta !uando grandes &ristais sãomodos) pois = o aumento a =rea superfi&ial) possi$ilitando uma maior =rea de&ontato das part&ulas de solutos &om o solente. 5o se &olo&ar um s"lido em =gua)

algumas part&ulas se dissolem. 5 elo&idade deste pro&esso diminui &om o passar do tempo por!ue a =rea superfi&ial se reduA &om o tempo. Simultaneamente) onLmero de part&ulas na solução aumenta e ao &olidirem entre se &om maior

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onde n 5 E o nLmero de mols do soluto 5 e m 7 E a massa de solente 7 em ]g. ,masolução &ontendo 2mol[]g diAse 2 molal e es&reese 2m.

6.8.8 P'rte# *or $!%>ão 3**$7

,nidade &oneniente para eFpressar a &on&entração de su$stn&iaseFtremamente diludas) &omo por eFemplo) os &ontaminantes do ar. M a relaçãoentre a massa de soluto e a massa da solução em gramas) multipli&ada por 1000000) ou se@aB

6 5 10m

mppm ×= /6.'

onde m 5 representa a massa do soluto 5 em gramas e m a massa da solução.

6.8.6 <or$'%!d'de

5 normalidade de uma solução E definida &omo sendo o nLmero dee!uialentesgramas do soluto em 1 litro de solução. M uma unidade geralmenteutiliAada para &ertos &=l&ulos de an=lise !uantitatia. 5 normalidade de uma soluçãopode ser eFpressa porB

X

+

m

1 e!5

5

=

/6.6

m 5 massa do soluto em gramas) +e!5 E o e!uialente de soluto) !ue E a massa deum mol de soluto∗ /mm 5 por sua al?n&ia e X E o olume da solução em litros) ou

se@aB

X

al?n&iamm

m

5

5

=

/6.*

5 al?n&ia depende do tipo da su$stn&iaB• =&idosB E o nLmero de P =&idos !ue possuem• $asesB E o nLmero de grupos %P =&idos !ue &ontEm• saisB &al&ulase multipli&ando o ndi&e do &=tion ou do nion pela al?n&ia

respe&tia.

6.6 E%etr%!to#

Desde as primeiras eFperi?n&ias &om eletri&idade) erifi&ouse !ue assoluções de algumas su$stn&ias &onduAem eletri&idade. %s solutos !ue proo&ameste efeito em solução são &amados de eletr"litos. Gomo foi originalmentedemonstrado por 5rrenius) em 188*) eFistem muitos &asos nos !uais o pro&esso dedissolução E a&ompanado pela disso&iação ou ruptura de molE&ulas. %sfragmentos disso&iados fre!uentemente t?m &arga elEtri&a) ou se@a) são ons) o !uepossi$ilita a &ondução de eletri&idade na solução. (oi o$serado !ue eletr"litos

N 5 massa de um mol de uma su$stn&ia E a massa molar da mesma em unidade de massa /gramas)por eFemplo) a massa molar de uma molE&ula de P2% E 18g[mol) portanto) a massa de 1 mol de P2%E 18g /\ 1 mol F 18g[mol.

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inariaelmente perten&em a um dos tr?s grupos de &ompostosB =&idos) $ases ousais. ,ma solução de um eletr"lito &onduA melor a eletri&idade do !ue o solentepuro. +or eFemplo) a =gua pura est= disso&iada apenas em 2F10 *O a 2'^G) sendo)portanto) um mau &ondutor.

,ma su$stn&ia !ue não E um eletr"lito não forne&e ons K solução aodisso&iarse. 5s part&ulas dispersas atraEs da solução são des&arregadas) sendoestas molE&ulas ou =tomos.

+ara eFemplifi&ar) imaginemos o seguinte eFperimentoB &one&tar doiseletrodos em sErie &om uma fonte e um ampermetro e &olo&ar os eletrodos em=gua. Gom a fonte ligada e os eletrodos imersos em =gua pura) nada a&onte&e. 5di&ionando açL&ar K =gua) nada o&orre. -as) imergindo os eletrodos em soluçãode =gua &om aGl) o ampermetro a&usa passagem de &orrente pelo &ir&uitomontado) ou se@a) = uma $oa &ondutiidade nesta solução. 5traEs destaeFperi?n&ia) podese &onstatar !ue = su$stn&ias !ue produAem soluções&ondutoras) !ue são &one&idas &omo eletr"litos) e su$stn&ias !ue produAem

soluções não &ondutoras. Su$stn&ias !ue não são eletr"litos não li$eram ons nasolução K medida !ue se dissole) pois suas part&ulas não apresentam &argas)sendo !ue estas molE&ulas ou =tomos) não se moimentam) permane&endo nasolução &omo no estado s"lido. m &onse!R?n&ia) a solução de =gua &om açL&ar não &onduA &orrente elEtri&a por!ue as molE&ulas de açL&ar mant?m sua identidadesem se romperem em ons) &omo o&orre no &aso da solução &om aGl e de outroseletr"litos.

m uma solução de um nãoeletr"lito) não = disso&iação) as molE&ulas desoluto mant?m sua identidade sem se romperem. +or eFemplo) !uando o açL&ar Edissolido em =gua) &omo mostrado na figura 6.8) as molE&ulas neutras de açL&ar !ue estaam no s"lido permane&em iguais na solução. 5 espE&ie açL&ar não possui&arga) de forma tal !ue !uando são inseridos eletrodos positio e negatio nasolução) as molE&ulas de açL&ar não t?m por!ue se moimentarem. m&onse!R?n&ia disso não = &ondutiidade elEtri&a.

(!&ur' 6.? >epresentação es!uem=ti&a da dissolução do açL&ar) a!ui as esferases&uras representam molE&ulas de açL&ar e as esferas &laras) molE&ulas de =gua.

20#

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%s eletr"litos são &lassifi&ados &omo fortes !uando produAem soluções $oas&ondutoras) disso&iandose totalmente) ou fra&os) !uando geram soluçõesligeiramente &ondutoras. % prin&ipal solente utiliAado E a =gua. ,m eletr"lito pode

ser ini&o ou mole&ular. a ta$ela 6.# são dados alguns eFemplos de eletr"litos fortee eletr"litos fra&os.

E%etr%!to# orte# E%etr%!to# r'o#PGl 4&ido &lordri&o PG2P3%2 4&ido a&Eti&o

a%P Pidr"Fido de s"dio P3 5mona&oaGl Gloreto de s"dio PgGl2 Gloreto de mer&LrioVG Gianureto de pot=ssio PG 4&ido &iandri&o

7aS%# Sulfato de $=rio GdS%# Sulfato de &=dmioT'/e%' 6.0 Femplos de eletr"litos forte e eletr"litos fra&os.

%utra &ara&tersti&a das soluções de eletr"litos E o a$aiFamento do ponto de&ongelamento em &omparação &om o solente puro. ssa diminuição do ponto de&ongelamento E propor&ional ao nLmero de part&ulas dissolidas num dado olume.Sa$ese !ue as soluções de nãoeletr"litos em P2%) &om o açL&ar ou =l&ool) namesma &on&entração) t?m o mesmo ponto de &ongelamento. ntretanto) soluçõesde =&idos) $ases e sais sofrem o a$aiFamento do ponto de &ongelamento. 5 reduçãodo ponto de &ongelamento indi&a !ue mais part&ulas foram produAidas de umamassa mole&ular /1 mol de um eletr"lito em solução.

6.6.1 D!##o!'ção de e%etr%!to# !@n!o#

,m eletr"lito ini&o) a eFemplo do aGl) não surpreende pelo fato de gerar &argas) @= !ue s"lidos ini&os apresentam &argas mesmo não estando dissolidos.Quando se dissole aGl em =gua) apare&em os ons aH e Gl) retirados do ret&ulopelos dipolos da =gua. 5 solução resultante &ontEm ons aH e Gl) &ada um rodeadopor um aglomerado de molE&ulas de P2% idratantes. ste pro&esso E representadoporB

a!/Gla!/as/aGl −+

+→

N ão &onfundir &om o termo ioniAação. 5 disso&iação E o pro&esso de separação dos ons de umeletr"lito en!uanto !ue a ioniAação E a formação de um on a partir de um =tomo ou molE&ula pelaperda de um elEtron.

20'

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(!&ur' 6. >epresentação es!uem=ti&a da dissolução de aGl.

(!&ur' 6.15 Dissolução e disso&iação de um s"lido ini&o.

Gomo se pode er na fig. 6.10) o eFtremo positio das molE&ulas de =guaatraem os ons Gl) o !ue d= origem ao &loreto idratado. 5 espE&ie &omo um todoapresenta &arga negatia. %s ons aH sofrem idratação semelante @unto aoeFtremo negatio das molE&ulas de =gua.

a solução formada) o&orre um transporte total de &argas negatias epositias !ue fi&a eiden&iado ao se introduAir eletrodos) !uando os ons aH sãoatrados para o eletrodo negatio e os ons Gl para o eletrodo positio) possi$ilitando

a passagem de &orrente elEtri&a.

6.6.2 D!##o!'ção de e%etr%!to# $o%eu%'re#

206

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,m eFemplo de eletr"lito mole&ular E o PGl. % PGl puro) nos estados s"lido)l!uido ou gasoso) não E &ondutor por!ue E formado de molE&ulas dis&retas.ntretanto) !uando PGl/g E &olo&ado em =gua a temperatura e pressão am$iente)

este E $astante solLel e &onduA &orrente elEtri&a. Isso por!ue as molE&ulas de PGlsão polares e os dipolos de P2% são tão fortemente atrados por suas eFtremidades!ue o PGl E !ue$rado) isto E

0a!/Gl0a!/P0g/PGl −+

+→

este pro&esso) um pr"ton E transferido do PGl para o P 2%) pois o on PH Efortemente idratado formando ponte de idrog?nio &om o dipolo da =gua. steagrupamento E usualmente represento por +

W2%P/P ) mas usualmenterepresentado por P3%H /on idrnio ou oFnio. %s ons Gl possuem molE&ulas deP2% grudadas ao seu redor) não aendo mais PGl puro e sim ons idratados P 3%H

e GlB−+

+→+

Gl%PPGl%P 32

(!&ur' 6.11 Disso&iação es!uem=ti&a de uma molE&ula polar.

6.6.) (orç'# e%etro%,t!'#

Gomo foi isto) soluções a!uosas de aGl e PGl apresentam eleada&ondutiidade elEtri&a. +or outro lado) uma solução de P() na mesma &on&entração)possui $aiFa &ondutiidade) porEm) ainda mais eleada !ue a da =gua pura. Isso Euma eid?n&ia de !ue para a mesma !uantidade de mols de soluto por litro desolução) = a formação de menos ons de P( do !ue de aGl ou PGl podendose&on&luir !ue) em solução) nem todas as molE&ulas de P( se disso&iam. Deido aessa &ara&tersti&a dos eletr"litos) as su$stn&ias são &lassifi&adas emB• eletr"litos fortesB a eFemplo do PGl) são a!ueles !ue disso&iamse

&ompletamente em solução) eF&eto !uando esta E muito &on&entrada) deiFandoem solução apenas nions e &=tions) sem nenuma molE&ula do soluto.

• eletr"litos fra&osB &omo no &aso de P() são a!ueles !ue deiFam molE&ulas nãodisso&iadas &oeFistindo &om os pou!ussimos ons formados pela disso&iação.Isso o&orre por!ue a força das ligações interatmi&as nas molE&ulas de soluto Emuito forte e faAendo &om !ue os ons disso&iados se re&om$inem. U medida

!ue as &on&entrações de ons em solução aumentam) esta re&om$inaçãotam$Em aumenta e a elo&idade de disso&iação das molE&ulas de soluto diminuipois diminui sua !uantidade atE o ponto em !ue as taFas de disso&iação e

20*

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re&om$inação tornamse iguais e o sistema entra em e!uil$rio dinmi&o e maisnenuma mudança efetia o&orre na solução. o &aso do P() o ponto dee!uil$rio E representado porB

0a!/(0a!/P0a!/P( −+

−←

+→

-edições realiAadas &om diersos eletr"litos indi&am !ue a por&entagem dedisso&iação dependeB /a da natureAa espe&fi&a do eletr"lito /eletr"litos fortes apenas ons ou soluções e eletr"litos fra&os Z na solução en&ontramse ons emolE&ulas não disso&iados) /$ da natureAa do solente) /& da &on&entração dosoluto e /d da temperatura /a temperatura não E uma regra) depende do soluto

Quando uma molE&ula 57 se disso&ia) formamse 5H e 7 deido aorompimento da ligação 57. 5 magnitude desse pro&esso depende da natureAa de 5e 7) ou se@a) da natureAa do eletr"lito. +or eFemplo) PGl em =gua disso&iase 100O/eletr"lito forte en!uanto !ue P( em =gua disso&iase somente 8O /eletr"lito fra&o.

5 natureAa do solente geralmente E ignorada por!ue na grade maioria dos

&asos utiliAase a =gua /P2%. m dissolentes diferentes da =gua) o &omportamentodo eletr"lito pode ser totalmente dierso. +or eFemplo) PGl em G6P6 disso&iaseapenas 1O en!uanto !ue em P2%) &omo imos) ele disso&iase totalmente.

5 por&entagem ou grau de disso&iação de um dado eletr"lito aumenta&onforme a &on&entração do soluto diminui) ou se@a) K medida !ue a solução tornase mais diluda. m soluções muito diludas atE eletr"litos fra&os apresentam maior grau de disso&iação) pois o ponto de e!uil$rio se deslo&a) faore&endo adisso&iação. Gomo eletr"litos &onsiderados fra&os) !uando em soluções altamentediludas) podem apresentar uma por&entagem de disso&iação pr"Fima a 100O)&onen&ionase erifi&ar o grau de disso&iação de um eletr"lito !uando em soluçãode &on&entração 1mol[:. esta &on&entração /solução 1 molar) se uma su$stn&ia

for totalmente disso&iada) esta E um eletr"lito forte) se ligeiramente disso&iada) E umeletr"lito fra&o.

6.6.0 Á!do#: /'#e# e #'!#

os prim"rdios da !umi&a) os =&idos eram definidos e identifi&ados emfunção do gosto =&ido ou aAedo e por sua ação so$re &ertos pigmentos egetais.7ases eram su$stn&ias !ue reagiam &om =&idos para formar sais e as reaçõeseram feitas !uase !ue eF&lusiamente em =gua.

Po@e) são &onsideradas !uatro teorias !ue pretendem eFpli&ar o&omportamento de =&idos e de $ases.

%s sais são resultantes de reações entre uma solução de um =&ido &om uma$ase) nas !uais o&orre a neutraliAação dos ons PH e %P !ue &ara&teriAam aspropriedades dos =&idos e $ases) respe&tiamente) formando =gua e o sais.

a!/Gla!/Pg/PGl −+

+→

0a!/%P0a!/1a1a%P 0s/

−+

+→ %P0a!/%P0a!/P 2→+

−+

s/aGla!/Gla!/a →+ −+ ∗

6.6.0.1 Teor!' de Arr>en!u#

N 5 formação de aGl não o&orre na solução. ste sal E um eletr"lito forte e solLel) e assim não =atração entre os ons !uando se en&ontram em solução. 5 formação o&orreria se a =gua fosseeaporada) tornando a solução saturada) forçando a &ristaliAação do aGl.

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5ntigamente) os =&idos eram definidos e identifi&ados em função do gosto=&ido ou aAedo e por sua ação so$re pigmentos egetais.

m 188#) Sante 5rrenius props a teoria da disso&iação eletrolti&a !ue lepermitiu formular sua teoria so$re as reações =&ido$ase e autoprot"lise /ou

autodisso&iação da =gua. 5 teoria de 5rrenius E) em sua ess?n&ia) &onsiderada &orreta atE o@e. lapre&oniAa !ueB• =&idos são as su$stn&ias !ue &ont?m P e !ue em solução li$eram ons PH e• $ases são as su$stn&ias !ue &ont?m %P e !ue em solução li$eram %P.

5 neutraliAação foi des&rita por 5rrenius &omo a &om$inação dos ons PH e%P para formar =gua.

P%Pa!/%Pa!/P →+ −+ ou P2%/l

+or eFemplo) &onsideremos a neutraliAação de uma solução a!uosa de a%P/&ontendo aH e %P !uando misturada a uma solução a!uosa de PGl /PH e GlB

−+−+−+

+→+

Gl1aP%P%P1aGlP%s ons &ontinuam na solução) a não ser !uando a solu$ilidade E $aiFa ou a soluçãosaturase pre&ipitando o sal ou se a =gua for eaporada

s/aGla!/Gla!/a →+ −+

m solução a!uosa) a &on&entração de PH E dada fre!Rentemente em termosde pP) sendo

JP

1logpP

+= /6.8

onde PHJ E a &on&entração ou atiidade do on idrog?nio.m$ora se &ara&teriAe pela simpli&idade e se@a satisfat"ria para eFpli&ar as

reações de =&idos protni&os &om idr"Fidos met=li&os /$ases idroFidadas) a

teoria de 5rrenius apresenta falas graesB• limitase a soluções a!uosasC• ignora muitas su$stn&ias e outras espE&iesC• não &onsidera !ue não são todos os &ompostos &ontendo idrog?nio !ue são

=&idos) a eFemplo de P2%) P3) GP# e G12P22%11C• não eFpli&a !ue muitas su$stn&ias !ue não são &ompostos &ontendo idrog?nio

ou idr"Fido aumentam a &on&entração de PH e %P !uando adi&ionadas K =gua.+ara eFemplifi&ar o !uarto ponto da &rti&a K teoria de 5rrenius) temse !ue a

solução de G%2 em P2% gera solução =&ida por formar P2G%3 /=&ido &ar$ni&o) ouse@a PH H −

3PG% J) sendo !ue na pr=ti&a) no G%2 a!uoso) menos de 1O de G%2 se

transforma em P2G%3 . %utro eFemplo E a solução de P 3 em P2%) !ue gerasolução $=si&a por formar P#%P /idr"Fido de amnio) P# H %PJ) sendo !uenun&a se dete&tou a presença da espE&ie dis&reta P#%P.

209

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−+

+→+ %P%P%P%P 322

5 =gua E um eletr"lito muito fra&o) pois a magnitude da disso&iação Epe!uena /PHJ \ 1F10*-. m mEdia) somente 2 molE&ulas em 1000 milões estãodisso&iadas. +or eFemplo) o PGl) um =&ido forte) disso&iase &ompletamente em P H

e GlC um =&ido fra&o) &omo o =&ido a&Eti&o 9232232 %PGP%PPG ++→ /a&etato E

ligeiramente disso&iado. Gomo &onse!u?n&ia) a =gua pura não E um $om &ondutor de eletri&idade.

%utros solentes apresentam autodisso&iação semelante. +or eFemplo) aamnia) P3) l!uida a 33^G) 1 atm disso&iase em P3 l!uida

−+

−←

+→ 23 PPP $ase / −

2P

!ue E geralmente mostrada &omo++

−←

+→ 2#3 1P1P1P2 =&ido / +

#P

% S%2 l!uido sofre autodisso&iação semelante em S%2 l!uido−+

−←

+→ 2

3

2

2 S%S%S%2

5 teoria do sistema solente &onsidera !ual!uer su$stn&ia &apaA de sofrer autodisso&iaçãoB

−+

−←

+→ #23 7r(7r(7r(2

−+

−←

+→ 3#2 1%1%%1

5ssim) a definição pelo sistema solente de =&idos e $ases estende o&on&eito de 5rrenius para outros solentes !ue apresentam autodisso&iação. Dea&ordo &om esta definição) temse !ueB

• =&ido E uma su$stn&ia !ue aumenta a &on&entração de &=tions /ons positiosrela&ionados &om o solente e

• $ase E uma su$stn&ia !ue aumenta a &on&entração de nions /ons negatiosrela&ionados &om o solente.

5ssim) em =gua) um =&ido E uma su$stn&ia !ue produA ons PH /ou P3%H euma $ase E uma su$stn&ia !ue produA ons %P . o solente P3) um =&ido produA

+

#P e uma $ase) −

2P . o solente S%2) um =&ido produA S%2H e uma $ase)−23S% .

6.6.0.) Teor!' de rn#tedLoFrG

Tra$alando indiidualmente /1923 na tentatia de estender a apli&a$ilidadeda teoria de 5rrenius) `. . 7rnsted /Dinamar&a e T. -. :o;r< /Inglaterrapropuseram a teoria da transfer?n&ia de pr"tons de 7rnsted:o;r<) segundo a !ualB• =&ido E !ual!uer su$stn&ia /molE&ula ou on !ue tende a doar pr"tons e• $ase E !ual!uer su$stn&ia !ue tende a re&e$er pr"tons uma $ase.

5ssim) uma reação =&ido$ase E uma reação de transfer?n&ia de pr"tons. +or eFemplo) PGl em =gua) E um =&ido de 5rrenius. a teoria de 7rnsted:o;r<) oPGl E um =&ido em !ual!uer solente /não s" em =gua ou mesmo puro por!uepode doar pr"tons PH. sta teoria passa a ser usada para todos os solentes.

% on amnio+

#P pode doar um pr"ton) o !ue faA dele um =&ido)P%PP%PP

3# +→+

−+

en!uanto !ue P3 /amnia E uma $ase) pois re&e$e um pr"ton da =guaB

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−+

+→+ %P1P%P1P #23

Segundo a teoria de 7rnsted:o;r<) todo =&ido apresenta uma $ase&on@ugada

+−

−←

+→

P7 5onde 5 representa o =&ido e 7 a $ase &on@ugada. FemploB−+

−←

+→+ Gl%P%PPGl 32

PGl e Gl são) respe&tiamente) =&ido e sua $ase &on@ugada /par 1. Gomo a =guaP2% re&e$e pr"tons) ela E a $ase &on@ugada do =&ido P3%H /par =&ido$ase&on@ugado 2. m geral) !uanto mais forte E um =&ido) mais fra&a E sua $ase&on@ugadaC !uanto mais forte E uma $ase) mais fra&o E seu =&ido &on@ugado.

% grau em !ue uma su$stn&ia dissolida pode atuar &omo =&ido ou $asedepende em grande parte do solente. %utro eFemploB

−+

+→+ %P1P%P1P #23

P3 re&e$e pr"ton da =gua−+

+→+ GlPPPGl #3

sta reação a&onte&e na aus?n&ia de solente) formando &loreto de amnioP#Gl /s"lido ini&o

Gl1P1PPGl #3 →+

De a&ordo &om esta teoria) a =gua pode reagir tanto &omo =&ido /para formar sua $ase &on@ugada %P !uanto &omo $ase /para formar seu =&ido &on@ugado

P3%H) pro&essos estes !ue o&orrem na autodisso&iação da =gua.% soluto s" pode eFi$ir &ara&tersti&as =&idas se sua &apa&idade em doar

pr"tons for superior K do solente. +or eFemplo) o P( atua &omo $ase em PGl%#B−+

+→+ #2# Gl%(PP(PGl%

4&idos inorgni&os dissolidos em =gua apresentam maior tend?n&ia de doar pr"tons. Todos os =&idos inorgni&os &omuns doam pr"tons K =gua disso&iandose&ompletamente. ,m solente nestas &ondições E &amado solente nielador) poisele &omuni&a aos =&idos inorgni&os em !uestão) mais ou menos a mesma energia!ue E li$erada.

Solentes diferen&iadores &omo =&ido a&Eti&o gla&ial PG2P3%2) a&entuam a

diferença da força =&ida de alguns =&idos inorgni&os !ue são somentepar&ialmente disso&iados. Isto por!ue E um re&eptor de pr"tons fra&o) @= &om&ara&tersti&as de doador. ste &omportamento lea a &on&luir !ue um soluto !ueatua &omo $ase fra&a em =gua se &omporta &omo $ase forte em =&ido a&Eti&o. %solente assim eFer&e um efeito nielador so$re as $ases.

=&ido 1 $ase 2 =&ido 2 $ase 1

$ase 1 =&ido 2 =&ido 1 $ase 2

212

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T'/e%' 6.6 (orças relatias de pares =&ido$ase &on@ugados de 7rnsted:o;r<.

6.6.0.0 Teor!' de LeF!#

Y. . :e;is /1923 ampliou a definição de =&idos e $ases) tornandoaindependente da presença de pr"tons e do emprego de solentes. +ara :e;is)

=&idos são su$stn&ias &apaAes de re&e$er um par de elEtrons e $ase su$stn&ias&apaAes de doar um par de elEtrons. 4&ido E uma espE&ie &om um or$ital aAio&apaA de re&e$er um par de elEtrons) en!uanto !ue a $ase E &apaA de doar doiselEtrons para formar ligação &oalente &oordenada. 5ssim) por eFemplo) o pr"ton Eum =&ido de :e;is e a amnia uma $ase de :e;is) @= !ue o par de elEtrons !ueso$ra no nitrog?nio pode ser doado ao pr"ton.

+•

•

+

←→+ J1PP1PP 33

5nalogamente PGl E um =&ido de :e;is pois pode re&e$er um par de elEtronsde uma $ase) &omo P2%) em$ora esta reação se@a seguida por uma disso&iaçãoB

−+

+→→→+ Gl%PJPGl%PPGl%P 322

5 teoria de :e;is E $astante usada por apresentar um ponto de ista maisamplo !ue as demais teorias. ão = es&ala de a&ideA ou $asi&idade) pois estadepende da reação e !uase todas as reações tornamse =&ido$ase neste sistema.

213

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6.6.0.8 (orç' de H!do# e /'#e#

De a&ordo &om a isão de 7rnsted e :o;r<) a força de um =&ido E a

tend?n&ia deste em doar um pr"ton) en!uanto !ue a força de uma $ase E a suatend?n&ia em re&e$er um pr"ton.Fistem pou&os =&idos fortes /&apaAes de produAir eleada &on&entração de

ons PH em solução) &omo P2S%#) P%3 e PGl. Isso o&orre por!ue = uma!uantidade de =tomos aos !uais os idrog?nios estão ligados) &om fre!u?n&iaoFig?nio) por ligação &oalente !ue não E fa&ilmente !ue$rada pela atração damolE&ula polar de P2%. 5penas uma pe!uena fração ou por&entagem de idrog?niopode es&apar para formar ons P3%. 5ssim) eles nun&a produAem alta &on&entraçãode ons P3% e estes são &amados de =&idos fra&os. Femplo de =&ido fra&o E o P(!ue eFiste em solução &omo uma mistura de ons e molE&ulas nãodisso&iadas emsolução.

a primeira etapa) o P( simplesmente se dissole deido Ks fortes interaçõesdipolodipolo entre P( e P2%

0a!/P(0g/P( →

ntão) molE&ulas de =gua ini&iam a !ue$ra das molE&ulas de P( dissolidas emseus ons idratadosC algumas molE&ulas de P( se disso&iamB

a!/(a!/Pa!/P( −+

+→

-as a ligação P( não E tão f=&il de ser rompida &omo a ligação PGl) e aatração entre PH e ( em solução E mais forte !ue a PH e Gl . Gomo resultado) osons PH e ( em solução podem se re&om$inar para formar molE&ulas de P(B

a!/P(a!/(a!/P →+ −+

U medida !ue as &on&entrações de PH

e (

aumentam) a elo&idade dere&om$inação aumenta) en!uanto !ue a elo&idade de disso&iação das molE&ulasde P( diminui por!ue estão em menor !uantidade. entualmente) a taFa dedisso&iação de P( tornase igual K de re&om$inação. 5 partir deste momento) nãoo&orre mais nenuma mudança efetia e o sistema se en&ontra em e!uil$riodinmi&o.

a!/(a!/Pa!/P(%P2

−++→

+ara &ada 1 mol de molE&ulas de P( em 1 litro de =gua /(P 1 mol[:) em mEdia &om100 molE&ulas de P( originalmente adi&ionadas) 9* estão ainda presentes e asoutras tr?s &omo ons idratados PH e ( ) o !ue eFpli&a a $aiFa &ondutiidade das

soluções de P(. 5 fa&ilidade &om !ue os =&idos se ioniAam depende da fa&ilidade de ruptura

da ligação PW e da esta$ilidade dos ons resultantes em solução. %u se@a) o P( seioniAa leemente em solução a!uosa) en!uanto !ue PGl) P7r) PI se ioniAam&ompletamente em solução a!uosa diludas por!ue as forças de ligaçãoP(PGlP7rPI. % por!u? de o P( ser mais fra&o !ue os outros =&idos) deeseaos seguintes aspe&tosB• a diferença de eletronegatiidadeB 1)90)90)*0)#C• a força de ligação P( E &onsideraelmente maior !ue as forças de ligação nas

outras tr?s molE&ulasC

• o pe!ueno tamano do on (

proo&a maior difi&uldade em se disso&iar) deidoao maior ordenamento mole&ular.

21#

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ntretanto) um =&ido fra&o pode ser altamente reatio. +or eFemplo) o P(dissole a areia e o idroB

0l/%P20g/Si(0l/P(#0s/Si% 2#2 +→+

5lguns outros eFemplos de =&idos fra&os são P2S) P2S%3) P2G%3) P37%3 e =&idos

orgni&os) !ue em geral) são fra&os.

6.6.0.6 Anoter!#$o

Sa$ese !ue "Fidos de nãometais t?m &ara&tersti&as =&idas e !ue "Fidos demetais atios em solução formam idr"Fidos /$ases. M raAo=el !ue "Fidos doselementos entre os eFtremos da ta$ela peri"di&a mostrem am$as &ara&tersti&as. %Ain&o) estano e alumnio são eFemplos tpi&os disto. %s idr"Fidos destes metais)altamente &oalentes) reagem &om =&idos fortes ou $ases fortes para formar sais.les deem ser &onsiderados tanto =&idos &omo $ases) ou se@a) são anf"teros /dogrego) ampoterus \ am$os. 5lgumas reações do estano !ue mostram seuanforerismoB

%P2SnGlPGl2%P/Sn 222 +→+

%P2a2Sn%a%P%P/Sn 2222 ++→+

+−

6.9 Reern!'# /!/%!o&rH!'# do '*,tu%o

• :) `. D. Ju,$!' !nor&n!'B um noo teFto &on&iso. 3. ed. São +auloB .7lu&er) 1980.

• -5P5) 7. PC -b>S) >. `. Ju,$!'B um &urso uniersit=rio. #. ed. São +auloB

. 7lu&er) 199*.• >,SS::) `. 7. Ju,$!' &er'%. 2. ed. São +auloB -a]ron 7oo]s) 199#. X. 2.• SIV%) -. `.C +:5) >. 5. Ju,$!'B prin&ipios < apli&a&iones. -EFi&oB

-&Yra;Pill) 1990.

21'

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LISTA DE EKERCÍCIOS

SOLUÇÕES

17 5 0^G apenas 3')*g de aGl dissolerseão em 100&m3 de P2%) no entanto a100^G serão 39)1g de aGl. Gal&ule a solu$ilidade do aGl a '0^G.

27 ,m produto utiliAado industrialmente para a limpeAa de tu$ulações &ontEm 'g de=gua e 'g de a%P. Qual a fração molar de &ada &omponentec

)7 Se 28)6g de sa&arose forem dissolidos em 101)9g de =gua) &al&uleB07 a molalidade da sa&arose na solução se a densidade for 1)09g[&m3C87 a molalidade.67 ,ma solução foi preparada dissolendose 2'g de a%P em 160g de =gua.

Determine a &on&entração da solução emB

a molaridadeC$ molalidadeC& normalidade.97 5 densidade da solução E 1)08g[&m3 a 20^G.?7 2]g de =gua &ontEm 3mg de a(. Determine a &on&entração do a( em ppm.7 Dada uma solução &om 10g de etanol e 30g de =gua) &al&ule as frações molares

dos &omponentes.157 (aça os seguintes eFer&&ios do >ussel) ol. I Gap. 11B 11.9 a 11.29 e 11.39 a

11.#1.117 5di&ionando 19)8g de P3+%# a 1)#: de =gua) !ual E a normalidade da soluçãoc127 Queremos preparar uma dissolução de 62'g de aGl/a! a 12O em massa. a

Qual a massa de =gua e aGl !ue deeremos misturarc $ Qual a &on&entraçãoda solução em g[: se a densidade da dissolução for 1)0'g[&m3c

1)7 o la$orat"rio) temos sulfato ferroso eptaidratado. Se misturarmos 6)2*gdesse sulfato &om 8'g de =gua) determineB

a a &on&entração em O massa de sulfatoC$ a fração molar de sulfato ferroso anidro em =gua.107 4gua E adi&ionada a '8)9g de VI para formar uma solução 3)61mol[:. Qual o

olume da solução em &m3c187 Quantos moles de -gGl2 estão presentes em uma solução 0)##8mol[: !ue tem

um olume de a 1)00dm3 e $ 122m:. />ussel 2)#9

167 12'&m3

de aGl a 2)#6mol[: são diludos para ter um olume final de 8#'&m3

.Qual a molaridadde do aGl na solução finalc />ussel 2)'1197 Qual a molaridade de uma solução o$tida da adição de '00m: de solução 0)1-

de a%P &om 0)2: de solução 0)3- de a%Pc

1#8

cap6 - soluções2006

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