Concentrações das soluções.

TIPOS DE CONCENTRAÇÃO

Concentração é o termo que utilizamos para fazer a relação entre a quantidade de soluto e a quantidade de solvente em uma solução.
As quantidades podem ser dadas em massa, volume, mol, etc.
Observe:
m1= 2g
n2 = 0,5mol
V = 14L

Cada grandeza tem um índice. Utilizamos índice:
1 = para quantidades relativas ao soluto
2 = para quantidades relativas ao solvente
nenhum índice = para quantidades relativas à solução

Exemplos:
massa de 2g do soluto NaCl: m1= 2g
número de mols de 0,5mol do solvente água: n2 = 0,5mol
volume da solução de 14L: V = 14L

As concentrações podem ser:

1. Concentração Comum
2. Molaridade
3. Título
4. Fração Molar
5. Normalidade

Concentração Comum (C)

É a relação entre a massa do soluto em gramas e o volume da solução em litros.

Onde:                                                                                                          
C = concentração comum (g/L)
m1= massa do soluto(g)
V = volume da solução (L)

Exemplo:
Qual a concentração comum em g/L de uma solução de 3L com 60g de NaCl?

Concentração comum é diferente de densidade, apesar da fórmula ser parecida. Veja a diferença:

A densidade é sempre da solução, então:

Na concentração comum, calcula-se apenas a msoluto, ou seja, m1

                                                         Exercícios

1) (UFRN-RN)

Uma das potencialidades econômicas do Rio Grande do Norte é a produção de sal marinho. O cloreto de sódio é obtido a partir da água do mar nas salinas construídas nas proximidades do litoral. De modo geral, a água do mar percorre diversos tanques de cristalização até uma concentração determinada. Suponha que, numa das etapas do processo, um técnico retirou 3 amostras de 500 mL de um tanque de cristalização, realizou a evaporação com cada amostra e anotou a massa de sal resultante na tabela a seguir:

A concentração média das amostras será de:

a) 48 g/L.             b) 44 g/L.               c) 42 g/L.                      d) 40 g/L

- Primeiramente, calculamos a concentração comum de cada amostra. Como a unidade pedida no exercício é g/L, o volume de 500 mL será passado para litros, dando um resultado de 0,5 L:

                                                C = m₁
                                                        V      

Amostra 1:                        Amostra 2:                              Amostra 3: 

C₁ = 22 g                            C₂ = 20 g                                      C₃ = 24 g       
         0,5 L                                 0,5 L                                              0,5 L

C₁ = 44 g/L                         C₂= 40 g/L                             C₃ = 48 g/L                     

-          Tirando a média:        

C_média = C₁ + C₂ + C₃  →C_média = (44 + 40+ 48)g/L   →C_média = 44 g/L
                         3                                          3

2) (Unicamp-SP) Evapora-se totalmente o solvente de 250 mL de uma solução aquosa de MgCl₂ de concentração 8,0 g/L. Quantos gramas de soluto são obtidos?

a)      8,0         b)      6,0         c)      4,0         d)      2,0          e)      1,0a questão

Alternativa “d”

C = m₁
       V

8,0 g/L = __m_{1__}
                 0,25 L

m₁ = 8,0 g/L . 0,25 L
m₁ =2,0 g

3) Uma solução foi preparada dissolvendo-se 4,0 g de cloreto de sódio (NaCl) em 2,0 litros de água. Considerando que o volume da solução permaneceu 2,0 L, qual é a concentração da solução final?

a)      2g/L     b)      4g/L      c)      6 g/L     d)      8 g/L      e)      10 g/L

               
Alternativa “a”

C = m₁ →C = 4,0 g →C = 2,0 g/L
       V             2,0 L

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Molaridade (M)

A molaridade de uma solução é a concentração em número de mols de soluto e o volumede 1L de solução.

Onde:                                                           
M = molaridade (mol/L)
n1= número de mols do soluto (mol)
V = volume da solução (L)

O cálculo da molaridade é feito através da fórmula acima ou por regra de três. Outra fórmula que utilizamos é para achar o número de mols de um soluto:

Onde:
n = número de mols (mol)
m1 = massa do soluto (g)
MM = massa molar (g/mol)

Exemplo:      
Qual a molaridade de uma solução de 3L com 87,75g de NaCl?
                    

                  
                

Podemos utilizar uma única fórmula unindo a molaridade e o número de mols:

Onde:
M = molaridade (mol/L)
m1 = massa do soluto (g)
MM1= massa molar do soluto (g/mol)
V = volume da solução (L)

Exercícios

1) Fuvest-SP) A concentração de íons fluoreto em uma água de uso doméstico é de 5,0 · 10^–5 mol/litro. Se uma pessoa tomar 3,0 litros dessa água por dia, ao fim de um dia, a massa de fluoreto, em miligramas, que essa pessoa ingeriu é igual a: (massa molar do fluoreto: 19,0 g/mol)

a)      0,9.       b)      1,3.         c)      2,8.         d)      5,7.          e)      15.

Alternativa “c”

- Dados do exercício:

m₁ = ? (é o que se quer encontrar)

M₁= 19,0 g/mol         

V (L) = 3 L    

M = 5 . 10^-5 mol/L

Aplicando os dados na fórmula da concentração em mol/L, temos:

M = __m₁__ 
        M₁ . V(L)

m₁ = M . M₁ . V(L)

m₁ = 5 . 10^-5  mol/L . 19,0 g/mol . 3 L

m₁ = 285 . 10^-5 g ou

m₁ = 2,85 . 10^-3 g, que é o mesmo que 2,85 mg.

2) Uma solução de 368 g de glicerina (C₃H₈O₃) em 1600 g de água apresenta densidade de 1,044 g/cm³. Calcule a concentração em mol/L dessa solução. Dados: massas atômicas: H = 1; C = 12; O =16.

A fórmula da concentração em mol/L ou molaridade (M) é:

M = __m₁__
       M₁ . V(L)

Onde,

m₁ = massa do soluto (da glicerina);

M₁= massa molar do soluto;

V (L) = volume da solução em litros.

Para usar essa fórmula, precisamos descobrir primeiro V e M₁. A massa molar da glicerina é calculada normalmente:

M_1(C3H8O3)= (3 . 12) + (8 . 1) + (3 . 16) = 92 g/mol

Já o volume da solução é encontrado por meio da fórmula da densidade:

d = m / v → v = m / d

A massa da solução (m) é dada pela soma da massa do soluto (glicerina) com a do solvente (água):

m = 368 g + 1600 g = 1968 g

Assim, substituindo os dados na fórmula acima, para encontrar o valor do volume, temos:

V = 1968 g / 1,044g/cm³ = 1885 cm³

Na fórmula da concentração em mol/L, o volume tem que ser dado em L, por isso fazemos a seguinte transformação:

1 L = 1dm³                                              

1cm³ = 0,001dm³

Se dm³ = L, então:

1 cm³ --------- 0,001 L
1885 cm³ ----- V (L)

V = 1,885 L

Finalmente, podemos substituir todos os valores na fórmula da concentração em mol/L e encontrá-la:

M = __m₁__ 
         M₁ . V(L)

M = ________368 g______
          (92 g/mol) . (1,885 L)

M = 2,1 mol/L

3) Qual massa de ácido sulfúrico (H₂SO₄) será necessária para preparar 2 litros de uma solução na concentração de 3 mol/L? Dado: M_(H2SO4)= 98 g/mol.

- Dados do exercício:

m₁ = ? (é o que se quer encontrar)

M₁= 98 g/mol

V (L) = 2 L

M = 3 mol/L

Aplicando os dados na fórmula da concentração em mol/L, temos:

M = __m₁__
         M₁ . V(L)

m₁ = M . M₁ . V(L)

m₁ = 3 mol/L . 98 g/mol . 2 L

m₁ = 588 g

Título ( ) e Percentual (%)

É a relação entre soluto e solvente de uma solução dada em percentual (%).
Os percentuais podem ser:
- Percentual massa/massa ou peso/peso:
%m/m ; %p/p

- Percentual massa/volume:
%m/V ; %p/V

  
- Percentual volume/volume:
%v/v

Exemplos:
NaCl 20,3% = 20,3g em 100g de solução
50% de NaOH = 50g de NaOH em 100mL de solução (m/v)
46% de etanol = 46mL de etanol em 100mL de solução (v/v)
O título não possui unidade. É adimensional. Ele varia entre 0 e 1.
O percentual varia de 0 a 100.
   ou  

Para encontrar o valor percentual através do título:

Relação entre concentração comum, densidade e título:

     
Relação entre outras grandezas:

Ou simplesmente:
 

 

Exemplo:
1) Uma solução contém 8g de NaCl e 42g de água. Qual o título em massa da solução? E seu título percentual?
                        % = ?
                         
               
                                                                        
                                  
  
                                   

2) No rótulo de um frasco de HCl há a seguinte informação:
título percentual em massa = 36,5%
densidade = 1,18g/mL
Qual a molaridade desse ácido?
Transformar o percentual em título:

Depois aplicar a fórmula:

Para achar a molaridade:

Fração Molar (x)

A fração molar é uma unidade de concentração muito utilizada em físico-química. Pode ser encontrado o valor da fração molar do soluto e também do solvente. É uma unidade adimensional.
     ou    

    ou     

Então:

Onde:
x = fração molar da solução
x1= fração molar do soluto
x2 = fração molar do solvente
n1= n°de mol do soluto
n2 = n° de mol do solvente
n = n° de mol da solução

Observação:

Exemplo:

Adicionando-se 52,0g de sacarose, C12H22O11 a 48,0g de água para formar uma solução, calcule para a fração molar da sacarose nesta solução:

            

Para achar a fração molar do soluto (sacarose):

 

Normalidade (N ou η)

É a relação entre o equivalente-grama do soluto pelo volume da solução. A unidade é representada pela letra N (normal). Está em desuso, mas ainda pode ser encontrada em alguns rótulos nos laboratórios.

Onde:                                                           
N = normalidade (N)
n Eqg1 = número de equivalente-grama do soluto
V = volume da solução

Como calcular o equivalente-grama?
Para ácido:

Onde:
1E ácido = 1 equivavelnte-grama do ácido
MM = massa molar

Exemplo:
Quantas gramas tem 1E (um equivalente-grama) de HCl?
           

Para base:

Onde:
1E base = 1 equivavelnte-grama da base
MM = massa molar

Exemplo:
Quantos equivalentes-grama tem em 80g de NaOH?
        

Para sal:

Onde:
1E sal = 1 equivavelnte-grama do sal
MM = massa molar

Exemplo:
Quantas gramas tem 1E de NaCl?
       

Resumindo as três fórmulas, o equivalente-grama pode ser dado por:

Onde:
MM = massa molar
x = n° de H+, n° de OH- ou n° total de elétrons transferidos

Algumas relações entre normalidade, molaridade e massa:

         

Exemplo de cálculo envolvendo normalidade:
Qual a massa de ácido sulfúrico (H2SO4) contida em 80mL de sua solução 0,1N?
Dados:
MM = 98g/mol
V = 80mL = 0,08L
N = 0,1N
m1= ?
Calcular o equivalente-grama:

Calcular a massa:
            

DILUIÇÃO

Consiste em adicionar mais solvente puro a uma determinada solução.
A massa de uma solução após ser diluída permance a mesma, não é alterada, porém a sua concentração e o volume se alteram. Enquanto o volume aumenta, a concentração diminui. Veja a fórmula:

Onde:
M1 = molaridade da solução 1
M2 = molaridade da solução 2
V1 = volume da solução 1
V2 = volume da solução 2

Para esta fórmula, sempre M1 e V1 são mais concentrados e M2 e V2 são mais diluídos.

Exemplo:
Um químico deseja preparar 1500mL de uma solução 1,4mol/L de ácido clorídrico (HCl), diluindo uma solução 2,8mol/L do mesmo ácido. Qual o volum de solução que havia na primeira solução a ser diluída?
Dados:

             

Observe que as unidades de volume foram mantidas em mL. Se uma das unidades for diferente, deve-se transformar para litros.

MISTURA DE SOLUÇÕES

- De mesmo soluto: na mistura de soluções de mesmo soluto não há reação química entre estas soluções. Neste caso, o valor do volume final é a soma das soluções.

Onde:
C = concentração comum (g/L)
M = molaridade (mol/L)
V = volume (L)

Exemplo:
Qual a molaridade de uma solução de NaOH formada pela mistura de 60mL de solução a 5mol/L com 300mL de solução a 2mol/L?

         
                                                                               

- De diferente soluto que reagem entre si: ocorre reação entre as substâncias que compõe a mistura. Para que a reção seja completa entre os solutos, os volumes misturados devem obedecer a proporção estequiométrica que corresponde à reação química.
Veja as fórmulas utilizadas:

Reação de Neutralização:

      

         

Pode-se usar a seguinte fórmula:

Onde:
xa = número de H+
xb= número de OH-

Estes cálculos também podem ser feitos por regra de três e utilizando as outras fórmulas.

Exemplo:
Juntando-se 300mL de HCl 0,4mol/L com 200mL de NaOH 0,6mol/L, pergunta-se quais serão as molaridades da solução final com respeito:
a) ao ácido:
b) à base:
c) ao sal formado:

Montar a reação química:

Calcular n (número de mol) do ácido e da base:

     
Se forma 0,12mol de ácido e também de base e a proporção estequiométrica é 1:1, então a molaridade final de ácido e de base é zero porque reagiu todo o soluto.

Calcular a molaridade do sal:
Antes achar o volume final:

                

Titulação

Método de análise volumétrica que consiste em determinar a concentração de ácido ou de base atravpes de um volume gasto de uma das soluções com molaridade conhecida.
Este método é muito utilizado em laboratórios químicos e é utilizado as seguintes vidrarias e reagentes:
- erlenmeyer (vidro usado para guardar e preparar soluções);
- bureta (tubo de vidro graduado em milímetros com torneira;
- indicador ácido-base (fenolftaleína, alaranjado de metila, etc).

Na bureta, coloca-se a solução de concentração conhecida, a qual é adicionada a uma alíquota (porção) da solução com concentração a ser determinada.
O momento em que o indicador muda de cor, chamamos de ponto de final ou ponto de equivalência. Anota-se o volume gasto na bureta. Através deste volume podemos estabelecer as quantidades, em mol, que reagiram entre si.