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Slides aula 15

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    Slides aula 15 Slides aula 15 Document Transcript

    • Aula 15 Soluções e suas propriedades Classificação das Misturas • Misturas Heterogêneas são aquelas nas quais a dispersão não é uniforme tendo regiões de diferentes composições, isto é, existem fronteiras observávies entre os componentes. (ex. Gelo-água, poeira no ar). • Misturas Homogeneas são aquelas nas quais a dispersão é uniforme e composição constante; Não existem fronteiras observáveis pois as substâncias são intermiscíveis no nível molecular. (ex. Sal-água, açúcar- água, ar). • A natureza tende a favorecer a formação de misturas homogêneas - energeticamente favorável;
    • Misturas homogêneas • Soluções contém partículas com diâmetros na faixa de 0,1!2 nm (tamanho típico de pequenos íons ou moléculas). Soluções são transparentes. (ex.: sal água, açúcar água, gasolina, ar) • Colóides contém partículas com diâmetro na faixa de 2– 500 nm. São normalmente opacos. (ex.: leite, nevoeiro, sabão em água) • Suspensões são misturas tendo partículas grandes; Não são totalmente homogêneas, pois as partículas podem ser separadas por decantação e são visíveis com microscópios (ex.: sangue, aerosol). Soluções • soluto é a substância dissolvida; !aparenta “desaparecer”; !“assume o estado” do solvente; • solvente é a substância na qual o soluto se dissolve; !aparentemente não muda de estado • Quando soluto e solvente apresentam o mesmo estado, o solvente é o componente presente em maior percentagem; • As soluções nas quais o solvente é a água são chamadas de soluções aquosas.
    • Soluções Soluções • Soluções que contém Hg e outro metal são chamadas de amálgamas; • Soluções que contém metais como soluto e solvente são chamadas de ligas;
    • Soluções Solubilidade • Quando uma substância (soluto) se dissolve em uma outra (solvente) se diz que esta é solúvel; !sal é solúvel em água; !bromo é solúvel em cloreto de metileno; • Quando uma substância não se dissove em outra se diz que esta é insolúvel; !O óleo é insolúvel em água; • A solubilidade de uma substância em outra depende de dois fatores – tendência natural para a mistura, e os tipos de forças atrativas intermoleculares
    • Solubilidade • Normalmente há um limite para a solubilidade de uma substância em outra; !gases são sempre solúveis um no outro; !dois líquidos que são mútuamente solúveis são considerados miscíveis; "álcool e água são miscíveis "óleo e água são imiscíveis • A máxima quantidade de soluto que pode ser dissolvido em uma dada quantidade de solvente é um indicativo da solubilidade; • A solubilidade de uma substância em outra varia com a temperatura e a pressão. Um pouco de Termodinâmica • Enthalpia (H) é a medida da variação energética em um sistema (!H = variação de entalpia/energia). • Entropia (S) é a medida da aleatoriedade molecular ou desordem em um sistema. (unidades J/K). - Quanto maior o valor de S, maior a desordem das partículas do sistema; - A maioria dos sistemas naturalmente tendem a tornar-se desordenado com o tempo; • Energia livre de Gibbs G, representa a energia disponível no sistema para realização de trabalho; - !G < 0 espontâneo; !G > 0 não espontâneo; !G = 0 equilíbrio. • Processos espontâneos tendem a ser exotérmicos (!H < 0) e com aumento na desordem (!S > 0).
    • Forças intermoleculares no processo de dissolução • Solução de dois gases ocorrem devido a tendência natural de um sistema de se tornar mais e mais desordenado com o tempo (entropia). • Na mistura de dois líquidos, ou mistura de sólidos e líquidos, deve-se também considerar as forças atrativas entre as partículas individuais. • O fator determinante para se formar uma solução é a energia relativa das forças intermoleculares dentro soluto e entre o soluto e o solvente. Forças intermoleculares no processo de dissolução • As variações de energia na formação da maioria das soluções também envolvem diferenças nas forças atrativas entre as moléculas; • As interações soluto - solvente devem superar as forças atrativas que mantém as partículas de soluto unidas; ! Processo endotérmico; • devem superar algumas das forças atrativas solvente - solvente ! Processo endotérmico; • Pelo menos parte da energia para que isso ocorra advém do surgimento de novas formas de interação atrativas soluto - solvente; ! Processo exotérmico;
    • Forças intermoleculares no processo de dissolução Interações e formação das soluções Soluto-Soluto + Forma-se Soluto-Solvente > solução Solvente-Solvente Soluto-Soluto + Forma-se Soluto-Solvente = Solvente-Solvente solução Soluto-Soluto + Pode ou não Soluto-Solvente < formar-se a Solvente-Solvente solução • Quando as atrações soluto-solvente são mais fracas do que a soma das atrações entre soluto-soluto e solvente- solvente, a solução se formará apenas se a diferença de energia é pequena o suficiente para ser superada pela entropia.
    • Energética da formação das soluções • A variação de entalpia que ocorre quando um soluto se dissolve é a entalpia de dissolução, !Hdissol (ou calor de solução); • Os valores podem ser exotérmicos ou endotérmicos, dependendo das forças intermoleculares; • A variação de entropia que ocorre quando um soluto se dissolve é a entropia de dissolução, !Sdissol; • Variações de entropia são normalmente positivas devido ao aumento da desordem molecular durante a dissolução. Energética da formação das soluções Entropias de solução são normalmente positivas devido ao aumento da desordem molecular quando (a) um sólido se dissolve em um líquido ou (b) um líquido se dissolve em outro.
    • Energética da formação das soluções Há três etapas energéticas na formação de uma solução: (i) Superar as atrações entre as partículas de soluto. etapa endotérmica; (ii) Superar algumas atrações entre moléculas do solvente. etapa endotérmica; (iii) Paras as novas atrações entre as moleculas de solvente e as partículas do soluto. etapa exotérmica • O resultado global, "Hdissol, depende do valor relativo do somatório destes três processos; "Hdissol = "Hsoluto "Hsolvente + "Hmistura • Se o !Hdissol é muito endotérmico, não haverá a formação de uma solução. Energética da formação das soluções
    • Energética da formação das soluções Se o custo energético total para romper as forças de atração entre as partículas do soluto e do solvente é menor do que a energia liberada na formação de novas interações entre o soluto e o solvente, então o processo será exotérmico. Energética da formação das soluções Se o custo energético total para romper as forças de atração entre as partículas do soluto e do solvente é maior do que a energia liberada na formação de novas interações entre o soluto e o solvente, então o processo será endotérmico.
    • O calor de hidratação • Para soluções aquosas iônicas, a energia fornecida para superar as atrações entre as moléculas de água e a energia liberada ao formar atrações entre as moléculas de água e os íons é combinada em um termo chamado de calor de hidração; ! forças atrativas na água = ligações de hidrogênio; ! forças atrativas entre íon e água = interações íon- dipolo; ! "Hhidratação = calor liberado quando 1 mol de íons gasosos se dissolvem em água. O calor de hidratação
    • O calor de hidratação • Quando os íons se dissolvem em água eles tornam-se hidratados; • cada íon é rodeado por moléculas de água (solvatação); O calor de hidratação
    • O calor de hidratação Equilíbrio em solução • A dissolução de um soluto em um solvente é um processo de equilíbrio; • Inicialmente, o único processo possível é dissolução; • partículas do soluto podem começar a se recombinarem para formar novamente moléculas de soluto – mas a velocidade de dissolução >> velocidade de cristalização e o soluto continua a se dissolver; • Eventualmente, a velocidade de dissolução se iguala à velocidade de cristalização • a solução é saturada e não ocorrerá mais dissolução do soluto.
    • Equilíbrio em solução Limite de solubilidade • Uma solução que tem o máximo de soluto dissolvida está saturada; ! depende da quantidade de solvente; ! depende da temperatura; " e da pressão; • Uma solução que tem menos soluto do que a saturação está não saturada • Uma solução que tem mais soluto do que a saturação está supersaturada; • Soluções supersaturadas são instáveis e sofrem recristalização de todo o seu soluto acima da saturação quando é perturbada.
    • Limite de solubilidade Fatores que afetam a solubilidade • A solubilidade é dada em gramas de soluto que se dissolverão em 100 g de água; • Para a maioria dos sólidos, a solubilidade tende a aumentar com o aumento da temperatura; – Ocorre quando !Hdissol é endotérmico; • Algumas vezes, a solubilidade diminui quando a temperatura aumenta. • As curvas de solubilidade podem ser usadas para prever se uma solução com uma dada quantidade de um soluto em particular dissolvido em água é saturado (na linha), não saturada (abaixo da linha) ou supersaturada (acima da linha);
    • Fatores que afetam a solubilidade Fatores que afetam a solubilidade • A solubilidade de gases na água diminui com o aumento da temperatura; - O "Hdissol é exotérmico pois não é necessário superar forças de atração soluto-soluto; • A poluição térmica: se a água dos lagos se aquece muito, o O2 se torna menos solúvel e fica indisponível para os animais.
    • Fatores que afetam a solubilidade Fatores que afetam a solubilidade • A solubilidade de um gás em um líquido é uma função da pressão do gás; • Quanto maior a pressão, mais próximas as moléculas de gás estarão do solvente e maior a chance da molécula de gás atingir a superfície e entrar na solução; • Conseqüentemente, quanto maior for a pressão, maior a solubilidade; • Quanto menor a pressão, menor a quantidade de moléculas de gás próximas ao solvente e menor a solubilidade.
    • Fatores que afetam a solubilidade • Se Sgás é a solubilidade de um gás, k é uma constante e Pgás é a pressão parcial de um gás, então, a Lei de Henry nos fornece: Sgás = k H Pgás • kH é chamada de constante de Henry; • A solubilidade de um gás aumenta na proporção direta a sua pressão parcial acima da solução. ! Fatores que afetam a solubilidade
    • Fatores que afetam a solubilidade • As bebidas carbonadas são engarrafadas com uma pressão parcial de CO2 > 1 atm. • Ao abrirmos a garrafa, a pressão parcial de CO2 diminui e a solubilidade do CO 2 também diminui. • Conseqüentemente, bolhas de CO2 escapam da solução. Fatores que afetam a solubilidade
    • Concentração de soluções • As soluções apresentam concentração variável; • Para descrever uma solução, é necessário descrever os componentes e suas quantidades relativas; • Os termos diluído e concentrado podem ser usados como descrições qualitativas das quantidades de soluto em uma solução; • concentração = Representa a medida da quantidade de soluto em uma dada quantidade de solução; Concentração de soluções • A molaridade (M), representa a relação entre o número de mols de soluto por 1 litro de solução; • Descreve quantas moléculas de soluto encontram- se presentes em cada litro de solução; • Molaridade é dependente da temperatura, uma vez que volume e densidade são afetados pela temperatura. número de mols de soluto Molaridade = , mol/L Volume de solução, L
    • Concentração de soluções • A molalidade (₥), representa a relação entre o número de mols de soluto por kilograma de solvente; • A molalidade é independente da temperatura, uma vez que é definida em termos de massas e não de volumes; número de mols de soluto Molalidade = , mol/kg massa de solvente, Kg ! Concentração de soluções • A porcentagem, representa a quantidade de partes de soluto por cada 100 partes da solução; • Percentual em massa é a massa de soluto presente em 100 partes da solução, em massa; • Se uma dada solução é 0,9% em massa, então há 0,9 gramas de soluto em cada 100 gramas de solução, ou 0,9 kg soluto em cada 100 kg de solução; massa de soluto, g Percentual em massa, % m/m = x100% massa solução, g massa do soluto + massa do solvente = massa da solução
    • Concentração de soluções massa de soluto, g Percentual em massa, % m/m = x100% massa solução, g massa do soluto + massa do solvente = massa da solução Massa de soluto, g Percentual massa/volume, %m/v = x100% Volume solução, mL ! Massa do soluto + Volume do solvente " Volume da solução Volume de soluto, g Percentual massa/volume, % v/v = x100% Volume solução, mL ! Volume do soluto + Volume do solvente " Volume da solução ! Concentração de soluções • A fração molar (X), representa a fração de mols de um componente em mols totais de todos os componentes em uma mistura; • O número de mols total da mistura deve ser = 1; • A fração molar é adimensional; • A porcentagem molar é o percentual de mols de um componente em mols totais de todos os componentes em uma solução. numero de mols de A Fração molar de A = X A = , número de mols total na solução Percentual molar = X A x 100%
    • Preparo de soluções • No preparo de soluções é necessário saber a quantidade de solução e a concentração da solução; • Calcular a massa de soluto necessária; !Comece com a quantidade de solução; !Utilize as concentrações como fatores de conversão; "5% em mass # 5 g soluto $ 100 g solução !“Dissolve-se a massa de soluto em uma quantidade adequada de solvente.” Preparo de soluções Como você prepararia 250 g de uma solução 5.00% em mass de glicose? Dado: 250,0 g solução Determine: g Glucose Equivalência: 5,00 g Glicose $ 100 g de solução g solução g Glicose 5,00 g Glicose 100 g de solução 5,00 g Glicose 250,0 g de solução x = 12,5 g de glicose Resposta: 100 g de solução ! Dissolver 12,5 g de glicose em volume suficiente de água até o total de 250,0 g !
    • Preparo de soluções Preparo de soluções
    • Fim da Aula