Titulação de Soluções

Processo pelo qual buscamos informações como volume e concentração de uma solução problema baseado numa solução padrão (concentração e volume conhecidos) que normalmente reage com a problema.                  Exemplo: Uma amostra de 40ml de hidróxido de alumínio utilizada na titulação, 200 ml de solução de ácido sulfúrico com concentração de 0,3 mol/L. Determine qual será a concentração da solução alcalina

1. Determinar a reação entre os solutos:   3H2SO4 + 2Al(OH)3 -----> Al2(SO4)3 + 6H2O
2. Agora saber qual a proporção de reação dos solutos:                                                                                                                Se 3 mols do ácido reagem com 2 mols da base podemos dizer que 0,3 mols de ácido reagem com 0,2 mols de base.
3. Agora basta achar a concentração aplicando na fórmula ( C = n/v ), achamos uma concentração de 5 mols/L.

Misturas de Soluções

• Sem Reação Química:                                                                                                                          Ocorre com solutos iguais:                                                                                                                 Que a quantidade de soluto final após a mistura, é a soma da quantidade de soluto da mistura 1 com a mistura 2, e o volume também será a soma dos dois volumes - nf = n1 + n2 (número de mols final é igual à soma dos números de mols de cada mistura), vf = v1+ v2 (volume final é igual à soma dos volumes das duas misturas).                                                                                                                                                   Como sabemos que o número de mols é igual ao produto da massa molar e do volume ( n = M.V), então pode se dizer que a massa molar final multiplicado pelo volume final é igual à soma dos produtos entra as massas molares e os volumes de cada substâncias (Mf. Vf = M1. V1 + M2. V2) e podemos alterar na formula o produto para a concentração, formando a principal fórmula de misturas de soluções sem reação química (Cf. Vf = C1. V1 + C2. V2)
• Com Reação Quimíca:                                                                                                                                                          Ocorre uma pequena diferença para esse tipo de mistura, porém dve ser olhada com bastante cuidado, pois leva-se em conta a reação que existe entre os solutos e a concentração final se faz devido a quantidade de formação do produto tratado.                                                                        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:
  
                

Diluição de Solução

Diluir é acrescentar solvente. A nova concentração pode ser calculada a partir da expressão:
C1 . V1 = C2.V2
Na qual, C1 e V1 seriam o momento inicial da solução, sem o acréscimo de solvente e C2 e V2 seriam após o acréscimo de solvente, o volume aumenta, porém a concentração do soluto diminui, pois são inversamente proporcionais e é por esta razão que o produto da concentração pelo volume das duas soluções é igual.

Títulação

• Título de Massa : Relaciona a massa do soluto com a massa da solução.                                                  Pode ser dado em valor decimal ou percentual:                                                                                                  Tm = m1/m                                                                                                                                             Nesta fórmula para calcular o título (Tm), m1 é a massa do soluto e m é a massa da solução e se quiser representar o título num valor percentual basta apenas multiplicar por 100 ( Tm = m1/m . 100)
• Título de Volume: Relaciona o volume do soluto com o volume da solução.                                                              Piode ser dado em valor decimal ou percentual:                                                                                       Pode ser dado em valor decimal ou percentual:                                                                                                  Tv = v1/v                                                                                                                                             Nesta fórmula para calcular o título (Tv), v1 é o volume do soluto e v é o volume da solução e se quiser representar o título num valor percentual basta apenas multiplicar por 100 ( Tv = v1/v . 100)

Concentrações

Para calcular a concentração de uma solução é possível pensar de várias formas, no entanto é sempre importante percebermos que a concentração é dada pela relação entre a quantidade de soluto com a quantidade de solvente, assim:

• Concentração Comum(C)

Relaciona a massa comum de soluto com o volume de solvente, segundo a expressão:

C= MASSA

    VOLUME

Massa comum - mg, g, Kg

Volume - ml, L,  m³

• Concentração Molar(M)

Relaciona o número de mols de soluto com o volume de solvente, segundo a expressão:

M= Número mols solvente

Volume

Número mols - mols

Volume - ml, L,  m³

Solubilidade e Curvas de Solubilidade

Cada substância apresenta uma certa quantidade de massa que pode ser solubilizada em um detreminado volume de solvente, a uma dada temperatura. A essa quantidade máxima de soluto que pode dissolvida dá-se o nome de coeficiente de solubilidade.

• Exemplo: A 50 °C é possível dissolver no máximo 80g  de Ba(NO3)2 em 100g de água. Logo, este é o coeficiente de solubilidade desse sal, nessa temperatura.

        Cs=80g/100g de H2O.
Ou seja: Em 100g de H2O

• Solução Insaturada: 60g de Ba(NO3)2
• Solução Saturada: 80g de Ba(NO3)2
• Solução Saturada com Corpo de Fundo: 82g de Ba(NO3)2.

ATENÇÃO!!!
Para se produzir uma solução supersaturada deve-se aumentar a temperatura do solvente(aumenta a solubilidade), coloca-se a massa de soluto e deixa a solução esfriar lentamente. Quando a temperatura abaixa, o solvente suporta uma quantedade superior àquela especificada pelo coeficiente de solubilidade, mas essa solução torna-se instável e qualquer vibração faz com que o soluto precipite, tornando a solução saturada com corpo de fundo.

Graficamente:

Classificação de Soluções

As soluções são classificadas de acordo com a quantidade de soluto existente na solução, assim:

• Solução insaturada: Há uma quantidade de soluto na solução inferior à quantidade máxima possível.
• Solução saturada: Há uma quantidade de soluto na solução igual a quantidade máxima possível.
• Solução supersaturada: Há uma quantidade de soluto na solução superior à quantidade máxima possível.

Dispersões

São sistemas em que uma substância é dissolvida em outra.

Estão presentes em uma dispersão:

• Soluto ou disperso: É a substância que está em menor quantidade, que sofre a solubilização.
• Solvente ou dispersante: É a substância que está em maior quantidade, que solubiliza o soluto.

As dispersões podem ser classificadas, com base na dimensão média das partículas do disperso, em:

Soluções
> A dimensão média das partículas é inferior a 1nm.
> Não são retidos nem pela ação de ultrafiltros.
> Não podem ser observados nem por microscópio eletrônico.
> Não sedimentam nem pela ação de ultracentrífugas. 

Café é uma solução.

Colóides
> A dimensão média das partículas varia entre 1nm e 100 nm.
> São retidos pela ação de ultrafiltros.
> Podem ser observados por microscópio eletrônico.
> Sedimentam pela ação de ultracentrífugas.

Manteiga é uma emulsão, um tipo de colóide.

Suspensões
> A dimensão média das partículas é superior a 100 nm.
> São retidos pela ação de filtros comuns.
> Podem ser observados em microscópio óptico.
> Sedimentam pela ação da gravidade.

Um exemplo de suspensão, água com óleo.

Misturas Gasosas

- Nas misturas gasosas (como o próprio ar atmosférico), cada gás comporta-se como se estivesse sozinho, ou seja podemos calcular a pressão e o volume de cada gás dentro de uma mistura gasosas.
Chamamos esses volumes e pressões individuais de parciais.

- Pressão Parcial (Lei de Dalton) :

Pa = Xa . Pt

Na qual, Pa é a pressao parcial do gás A de uma mistura, Xa é a fração molar e Pt é a pressão total da mistura.

- Volume Parcial (Lei de Amargat) :

Va = Xa . Vt

Na qual, Va é a pressao parcial do gás A de uma mistura, Xa é a fração molar e Vt é a pressão total da mistura.

- Fração Molar:

É a razão entre o número de mols de um gás pelo número total de mols da mistura.

Xa = na / nt

Na qual, Xa é a fração molar, na é o número de mols do gás A e nt é o número total de mols

- Densidade de Gases

Sabendo que densidade é a razão entre a massa e o volume e que o número de mols é a razão entre a massa comum e a massa molar e utilizando a equação de clapeyron, pode-se montar uma nova fórmula para a densidade:

P.V = n.R.T (Clapeyron)

P.V= m/M . R.T [substitui o n por m(massa comum) sobre M(massa molar)]

P.M = m.R.T/V ( Passa o M multiplicando na fórmula e traz o V dividindo o outro lado)

M.P = d.R.T ( troca o m/V por d)

d = M.P/R.T ( isolando o d que representa a densidade, achamos outra fórmula para calculá-la)

- Densidade Relativa entre 2 gases 

Para saber a relação da densidade de 2 gases é apenas igualar a razão entre as densidades à razão das massas molares.

da/db = Ma/Mb

Na qual, da representa a densidade do gás A, db a densidade do gás B, Ma a massa molar do gás A e Mb a massa molar do gás B.

- Curiosidades

Efusão - Passagem de um gás através de pequenos orifícios.

Difusão - Espalhamento do gás no ambiente.

Atenção: Quanto menor for a massa molar do gás, maior será a sua velocidade de difusão

Volume Molar

É o volume que 1 mol de qualquer gás ocupa a determinadas pressão e temperatura.
1 mol de qualquer gas na CNTP ocupa um volume de 22,4L.


CNTP - Condições Normais de Temperatura e Pressão.

• Temperatura a 0º C ou a 273K
• Pressão a 1atm ou a 760mmHg

Equação de Clapeyron

 Clapeyron era fisico e engenheiro francês que viveu entre os anos de 1799 e 1864. Foi um dos responsáveis pela criação da Termodinâmica, um importante ramo da física que estuda os efeitos causados pela variação da pressão, temperatura e volume.
 Com base nas leis de Charles, Boyle e Gay-Lussac e na hipótese de Avogadro, Clapeyron estabeleceu uma relação entre as quatro variáveis físicas de um gás, que são: temperatura, pressão, volume e o número de mols. Matematicamente, essa relação é descrita da seguinte forma:

p.V = n.R.T

Na qual, p equivale à pressão, V o volume, n o número de mols, R a constante universal dos gases e T a temperatura.

Por tanto, com essa equação é possível calcular todas as variáveis de um gás através de uma unica fórmula, usando uma constante que se baseia nos gases ideais.

Vasos Comunicantes

    Definição: é um termo utilizado para designar a ligação de dois recipientes através de um duto aberto.

    Um recipiente formado por diversos vasos que apresentam ligação entre si e possuem variáveis de estado distintos.

    Quando dois líquidos imiscíveis são colocados num mesmo recipiente, eles se dispõem de modo que o líquido de maior densidade ocupe a parte de baixo e o de menor a parte de cima. Um exemplo disso seria a água e o óleo, quando colocados num mesmo recipiente notamos que o óleo, sendo mesmo denso, ficará na parte de cima e a água, sendo mais densa, ficará na parte de baixo no recipiente.

     Caso os líquidos imiscíveis sejam colocados num sistema de vasos comunicantes, eles se dispõem de modo que as alturas líquidas, sejam proporcionais as respectivas densidades. Podemos igualar as pressões, partindo-se do princípio que o sistema está em equilíbrio e por ação da gravidade.

  Pf . Vf       Pa . Va     Pb . Vb    Pc. Vc
  -------- = --------- + -------- + -------
    Tf              Ta               Tb            Tc

     Dois líquidos imiscíveis em vasos comunicantes atingem alturas inversamente proporcionais ás suas
densidades. 

Importante:

• Vf é a soma dos volumes dos vasos.
• Quando há presença de vácuo, a pressão é igual e zero (Pf = 0).
• A temperatura é sempre em Kelvin (k).
• As unidades de volume e pressão são compatíveis.
• Os canos que ligam os vasos apresentam volumes desprezíveis.
• O volume será sempre em litros (L).

                                                                                                                                                                                                                                       

Lei Geral dos Gases Ideais

É possível analisar as transformações gasosas verificando as condições inicial e final de um sistema. Para tanto utiliza-se a lei geral dos gases:

CONDIÇÕES      CONDIÇÕES
   INICIAIS              FINAIS
   P1 x V1           =        P2 x V2
         T1                                 T2
P1 = Pressão inicial           P2 = Pressão final
V1 = Volume inicial            V2 = Volume final
T1 = Temperatura inicial     T2 = Temperatura final

Atenção: Nunca esqueça dos casos particulares desta equação:

• Transformação Isotérmica:

          

• Transformação Isobárica:

          

• Transformação Isocórica:

           
Observação: A temperatura SEMPRE deve estar em Kelvin.

Transformações gasosas

*TRANSFORMAÇÕES ISOTÉRMICAS:
-Regido pela lei de Boyle-Mariott
-TEMPERATURA: Permanece constante durante a transformação do sistema
-PRESSÃO e VOLUME são grandezas INVERSAMENTE PROPORCIONAIS (isto é, enquanto um aumenta durante a transformação do sistema, o outro  diminui)
-gráficamente:
vemos no gráfico ao lado que, conforme foi dito anteriormente, a pressão diminui, enquanto o volume aumenta, e não há temperatura no gráfico pois ela se mantém constante durante a transformação do sistema

*TRANSFORMAÇÕES ISOBÁRICAS:
-Regida pela lei de Charles
-PRESSÃO: permanece a mesma durante e transformação do sistema
-TEMPERATURA E VOLUME são grandezas DIRETAMENTE PROPORCIONAIS (isto é, enquanto um aumenta durante a transformação do sistema, o outro aumenta junto)
-gráficamente:
vemos no gráfico ao lado que, quando o volume aumenta, a temperatura aumenta junto

*TRANSFORMAÇÕES ISOCÓRICAS OU ISOVOLUMÉTRICAS:
-Regida pela lei de Gay - Lussac
-VOLUME: permanece o mesmo durante a transformação do sistema
-TEMPERATURA E PRESSÃO são DIRETAMENTE PROPORCIONAIS (isto é, enquanto um aumenta durante a transformação do sistema, o outro aumenta junto)
-vemos no gráfico abaixo que , quando a pressão aumenta, a temperatura aumenta junto

Variáveis de estado dos GASES

Para o estudo dos gases, é importante conhecer três grandezas físicas. Apenas o conhecimento dos valores dessas grandezas é necessário para o estudo dos gases. Elas são:

Grandezas físicas: grandezas que podem ser medidas, descrevem qualitativamente e quantitativamente as relações entre as propriedades observadas no estudo dos fenômenos físicos. 


PRESSÃO (P)

Quando uma partícula se choca contra as paredes internas do recipiente, ela exerce certa força por unidade de área. A essa relação denominamos pressão, que é diretamente proporcional ao número de choques por unidade de área. Ela também é considerada uma grandeza escalar, ou seja, é a razão que se estabelece entre a intensidade da força resultante e a área da superfície.

Pressão atmosférica: Camada de ar que exerce pressão sobre os corpos. A pressão exercida pela atmosfera pode ser determinada com o auxílio de um tubo de vidro contendo mercúrio.

Ao nível do mar, a pressão exercida por uma coluna de mercúrio cuja altura é de 76 cm equivale à pressão de uma atmosfera e é chamada de pressão atmosférica normal.

1 atm = 76 cm Hg = 760 mm Hg = 760 torr

VOLUME (V)

Os gases não possuem volume e nem forma própria. Mesmo em pequenas quantidades, um gás ocupa totalmente o volume do recipiente que lhe for oferecido, por maior que seja este recipiente. Então quando falamos do volume de um gás, logicamente estamos considerando o volume do recipiente que o contém. 

No Sistema Internacional, a unidade-padrão de volume é o metro cúbico (m³). Entretanto, a unidade mais usada em Química é o litro (L).

1 m³ __ 1000 dm³ = 1000 L         1 dm³ __ 1 L         1 L __ 1000 cm³ = 1000 mL

TEMPERATURA (T)

A temperatura é usada para medir o estado de agitação das partículas de um gás. A escala termométrica mais comum é a Celsius. Há outras escalas, como a Kelvin, recomendada pelo Sistema Internacional e conhecia como escala absoluta, que será utilizada no estudo dos gases. 

A conversão da temperatura de Celsius para Kelvin é dada pela expressão:

TK = T °C + 273

Dadas estas três grandezas físicas ( pressão, volume e temperatura), teremos como calcular o estado e as transformações ocorridas no gás quando conhecermos exatamente os seus valores, determinados com medições e cálculos. 

                                    

O Estudo dos Gases

• Importância dos gases na natureza:

- Produção de gás oxigênio atravéz da fotossíntese;
- Os gases do efeito estufa;
- Exercem uma importância vital para a manutenção do meio ambiente e em nossa utilização cotidiana;
- Pressão atmosférica;

• Teoria Cinética dos Gases:

- Moléculas perfeitamente esféricas;
- Ausência de interações intermoleculares no sistema;
- Moléculas com energia cinética média á temperatura absoluta;
- As partículas de um gás estão em constante movimento rectilíneo, rápido e aleatório;
*Importante:  A Teoria Cinética dos gases foi sintetizada com o intuito de explicar as propriedades e o comportamento interno dos gases.

• Diferença entre Gás e Vapor

- Vapor: o vapor sofre liquefação pelo simples abaixamento da temperatura do sistema ou pelo simples aumento da pressão do sistema.
- Gás: o gás não sofre liquefação pelo simples abaixamento da temperatura do sistema ou pelo simples aumento da pressão do sistema.
 
* A diferença entre os dois é dada apartir da temperatura crítica. O vapor está no estado gasoso e sofre liquefação, já o gás é um fluido impossível de sofrer liquefação com um simples aumento da pressão.
- O gás ocupa todo o espaço do lugar onde está contido, devido às moléculas dele se movimentarem em todas as direções;