UNIVERSIDADE ESTADUAL DO NORTE FLUMINENSE
CENTRO DE EDUCAÇÃO SUPERIOR A DISTÂNCIA DO ESTADO
DO RIO DE JANEIRO - CEDERJ
SOLUÇÕES E SUAS PROPRIEDADES
Alan Alves da Costa
Carlos Ivan
Laboratório de Química Geral III
Agosto de 2018
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Soluções e Suas Propriedades: Solubilidade e Temperatura, Esquemas de Química
Este documento explica as propriedades de soluções aquosas, incluindo a dissolução de solutos em solventes, a solubilidade e a influência da temperatura. O texto também apresenta experimentos para ilustrar as ideias, com ênfase na solubilidade de diferentes substâncias e seu comportamento em temperaturas variadas.
O que você vai aprender
- Quais experimentos podem ser feitos para demonstrar a influência da temperatura na solubilidade?
- Qual é a diferença entre um solvente e um soluto em uma solução?
- Como a temperatura afeta a solubilidade de diferentes substâncias?
Tipologia: Esquemas
2020
1 / 10
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UNIVERSIDADE ESTADUAL DO NORTE FLUMINENSE
CENTRO DE EDUCAÇÃO SUPERIOR A DISTÂNCIA DO ESTADO
DO RIO DE JANEIRO - CEDERJ
SOLUÇÕES E SUAS PROPRIEDADES
Alan Alves da Costa
Carlos Ivan
Laboratório de Química Geral III
Agosto de 2018
1. INTRODUÇÃO
Quando ocorrem misturas homogêneas de substâncias, estamos realizando uma solução verdadeira, cujo aspecto deve ser uniforme em todo seu corpo. Em uma solução aquosa, por exemplo temos, um solvente que é a água (apresentando-se em maior quantidade na solução) e um soluto, podendo ser um sal (na maioria das vezes no estado sólido). Este soluto se dissolve perfeitamente ou as vezes dependendo da quantidade dissolvida num solvente, fica em excesso (precipitando) e não se dissolvendo por completo, formando um corpo de fundo. Existem solutos líquidos e gasosos também, que são solúveis em solvente líquido. E existem as ligas metálicas que são soluções sólidas. Ao descrevermos uma solução, é preciso distinguir a sua concentração, isto é, a sua composição relativa. Conforme já mencionado existe uma quantidade limite de soluto que pode se dissolver num dado solvente. Uma solução que contém a quantidade máxima de soluto dissolvido numa dada temperatura é chamada de solução saturada. Nesta solução não se apresenta corpo de fundo (excesso de soluto precipitado) e o termo solubilidade, expressa em gramas de soluto / 100 g de solvente, refere-se à concentração dessa solução. A concentração de uma solução, é denominada como a variação de composição de uma solução, como as que apresentam a composição do soluto. Elas podem ser expressas como gramas por litro, quantidade de matéria, molaridade, fração em mol, etc. e vão depender em que temperatura se apresentam. A solução que se apresenta em uma temperatura qualquer por exemplo, uma quantidade de soluto dissolvido menor que a sua solubilidade nesta temperatura, nomeia-se como solução insaturada. Quando apresentamos corpo de fundo (excesso de soluto precipitado) em uma dada temperatura, se o soluto dissolvido for maior que a sua solubilidade nesta mesma temperatura, ela se classifica como uma solução supersaturada. O comportamento de um determinado soluto pode ser observado através de curvas de solubilidade, onde em determinado ponto limite de solubilidade temos o ponto de saturação. Acima dessa curva teremos uma supersaturação devido estar em excesso o soluto e abaixo da curva temos a insaturação, onde se apresentam quantidades de soluto abaixo do limite para solução ser saturada.
2. OBJETIVOS
A finalidade deste experimento tem por didática compreender o conceito de soluto, solvente e solução, caracterizar o comportamento de soluções, identificando a ação de diferentes solutos e solventes e identificar aspectos associados ao calor durante o processo de solubilização.
3. MATERIAL E MÉTODOS 3.1 Materiais A Tabela 2, mostra os materiais e utensílios que serão utilizados no experimento. Tabela 2: Materiais e utensílios utilizados no experimento Materiais e Utensílios Tubo de Ensaio Béquer 80 mL Panela com banho Maria Cuba com gelo Estante para tubo de ensaio Balança Digital Agitador magnético com aquecimento Bastão de vidro Fonte: (COSTA, 2018) 3.2 Reagentes A Tabela 4, mostra os reagentes que serão utilizados no experimento. Tabela 3: Reagentes utilizados no experimento Quantidade Reagente 1 g acetato de sódio anidro, CH 3 COONa 3,5 mL água destilada 3 gotas ácido sulfúrico, H 2 SO 4 18M cristais cloreto de amônio, NH 4 Cl. 1,5 g nitrato de potássio, KNO 3 1 mL solução saturada de acetato de cálcio Fonte: (COSTA, 2018)
3.3 Solução Supersaturada 3.3.1 Dissolveu-se, em um tubo de ensaio, 1 ± 0,01 g de acetato de sódio anidro, CH 3 COONa, em cerca de 0,5 ± 0,1 mL de água. Aqueceu-se em banho maria até a solubilização total. Resfriou-se o tubo sem agitar e, em seguida, adicionou-se um pequeno cristal de acetato de sódio, e analisou-se o que havia acontecido nestes processos. 3.3.2 Solubilizou-se novamente o acetato de sódio por aquecimento e em seguida o resfriou sem agitação. Atritou-se, com um bastão de vidro, as paredes internas do tubo e observou-se o ocorrido, comparando com os resultados do item anterior. 3.2.3 Verificou-se, em um manual de laboratório, as propriedades físicas do acetato de sódio e, em especial, a sua solubilidade em água a diferentes temperaturas. 3.4 Calor de dissolução Neste processo de dissolução pode-se ser acompanhado de liberação de calor (exotérmico) ou de um resfriamento devido à absorção de calor (endotérmico), onde segue-se os passos a seguir: 3.4.1 Em um tubo de ensaio, contendo cerca de 1 ± 0,1 mL de água, adicionou-se 3 gotas de H 2 SO 4 18M. Ocorreu-se um aquecimento ou resfriamento da solução? Este processo mostrou-se endo ou exotérmico? 3.4.2 Em um tubo de ensaio, com cerca de 1 ± 0,1 mL de água, adicionou-se alguns cristais de cloreto de amônio, NH 4 Cl. Qual o efeito térmico observado? 3.5 Influência da temperatura na solubilidade
i) Inflamabilidade (sólido, gás) dados não disponíveis j) Limites de inflamabilidade superior / inferior ou explosivas dados não disponíveis k) Pressão de vapor dados não disponíveis l) Densidade do vapor dados não disponíveis m) Densidade relativa 1,528 g/cm n) Hidrossolubilidade 246 g/l a 20 °C - completamente solúvel o) Coeficiente de partição: n-octanol/ água log Pow: -4, p) Temperatura de autoignição dados não disponíveis q) Temperatura de decomposição dados não disponíveis r) Viscosidade dados não disponíveis s) Propriedades explosivas dados não disponíveis t) Propriedades oxidantes dados não disponíveis Fonte: (SIGMA-ALDRICH BRASIL LTDA, 2011) Podemos observar a solubilidade em água a diferentes temperaturas do acetato de sódio, conforme as tabelas abaixo: Tabela 5: Solubilidade do CH3COONa em etanol e água SOLUBILIDADE Água: 76 mg / 100 mL a 0°C (forma Hidratada) Muito solúvel (forma Anidra) Etanol: Parcialmente solúvel (forma Anidra) Fonte: (INSTITUTO OSWALDO CRUZ, 2003) Tabela 6: Solubilidade de alguns componentes químicos em água Substância solubilidade (g / 100g de água) 0°C 100°C* Acetato de cálcio - Ca(C 2 H 3 O 2 ) 2 37,4 29, Acetato de sódio - NaC 2 H 3 O 2 119 170, Cloreto de sódio - NaCl 35,7 39, Sulfato de cobre pentahidratado - CuSO 4. 5H 2 O 31,6 203, Sacarose - C 12 H 22 O 11 179,2 487, (*Handbook of Chemistry and Physics –1982-1983) As tabelas acima trazem algumas informações pertinentes ao progresso do experimento. Podemos observar que quanto maior a temperatura submetida ao acetato de sódio maior sua solubilidade. Aumentando a temperatura de 0C° para a 100°C, há um aumento de cerca de 70% em sua solubilidade. Continuando o experimento em 3.4.1, pingou-se uma gota de ácido sulfúrico em água destilada, e percebeu-se que a solução demonstrou-se liberar calor. Logo mostrou-se exotérmico o sistema, visto que se aumentou a temperatura da solução.
Como visto em 3.4.2, num outro tubo de ensaio, contendo água destilada ao adicionar alguns cristais de cloreto de amônio, notou-se que a solução absorveu o calor do vidro que era seu limitador, e esfriou-se. Ao absorver esse calor do vidro, perdeu-se calor, portanto, mostrando-se um sistema endotérmico. Na terceira parte deste experimento, vide em 3.5.1, após termos adicionado água destilada em nitrato de potássio, a solução não solubilizou estando em temperatura ambiente, mas quando posto em banho maria a uma temperatura média de 79°C, ela solubilizou-se totalmente. Quando colocado em banho de gelo após a solubilização, ocorreu a formação de cristais, ou seja, precipitou-se o excesso. Conforme o sub item 3.5.2, após aquecermos um tubo de ensaio com solução saturada de acetato de cálcio, deveríamos observar em banho maria a formação de cristais. E quando resfriássemos em banho de gelo ocorreria a solubilização novamente, porém não foi possível observar esses fenômenos com a solução de Ca(CH 3 COO) 2. Analizando a Tabela 6, percebemos que para o acetato de cálcio a solubilidade é diferente da do acetato de sódio. Sendo assim, observamos que quanto maior a temperatura submetida ao acetato de cálcio menor sua solubilidade. Aumentando a temperatura de 0ºC para 100°C, há um decréscimo de cerca de 20,6% em sua solubilidade. No Gráfico 1 a seguir, observamos que o nitrato de potássio, também com aumento de temperatura sofre crescimento expressivo em sua solubilidade. Gráfico 01: Coeficiente de solubilidade em função da temperatura
ALDRICH, S. Ficha de Dados de Segurança. Disponível em: http://sites.ffclrp.usp.br/cipa/fispq/Acetato%20de%20sodio.pdf. Acesso em: 04 ago. 2018. COSTA, A. A. – Soluções e suas propriedades – Laboratório de Química Geral III. Cederj, 2018. E. Giesbrecht et alii., PEQ - " Experiências de Química - Técnicas e Conceitos Básicos". Ed. Moderna e EDUSP, 1979. KRIEGER, N.; GIESE, S.; SAKAE, G. H. Disciplina de Química Geral Experimental. Disponível em: <www.quimica.ufpr.br/paginas/marcio-peres/wp- content/uploads/sites/6/2017/08/Apostila_CQ092-2_17-diurno.pdf>. Acesso em: 04 ago. 2018. LUBE, L. M. Química Geral III. Cederj, 2018. SÓDIO, Acetato – Ficha de Dados de segurança. Disponível em: <https://www.oswaldocruz.br/download/fichas/Acetato%20de%20s %C3%B3dio2003.pdf>. Acesso em: 04 ago. 2018. SUN, W. Q. Appendix: solutions for controlled dehydratation and rehydratation. In: BLACK, M.; PITCHARD, H. W. Desiccation and survival in plants: drying without dying. New York: CAB International 2002. p. 84-91. UNIFAL. Química Geral experimental. Disponível em: <http://www.unifal- mg.edu.br/gpqc/files/file/ApostilaQG.pdf>. Acesso em: 04 ago. 2018. WHEAST, R.C. Handbook of Chemistry and Physics. 63ª ed. Ed. CRCPRESS Boca Raton, Florida, 1982. Disponível em: http://www.cdcc.usp.br/exper/medio/quimica/4solucaog_2.pdf. Acesso em: 04 ago.