2.1. MOLE. NÚMERO DE AVOGADRO. MASSA MOLAR2.2. VOLUME MOLAR E DENSIDADE DE UM GÁS2.3. MISTURAS NA ATMOSFERA.

CONCENTRAÇÃO DE SOLUÇÕES

UNIDADE 2 – NA ATMOSFERA DA TERRA:RADIAÇÃO, MATÉRIA E ESTRUTURA

Escola Secundária Maria Lamas – Torres NovasFísica e Química A – 10º AnoNelson Alves Correia

OBJECTIVOS

Estabelecer uma relação, para uma dada pressão e temperatura, entre o volume de um gás e o número de partículas nele contido.

Relacionar a densidade de uma substância gasosa com a sua massa molar.

Relacionar a variação da densidade da atmosfera com a altitude.Indicar o significado de solução, colóide e suspensão.Identificar soluções, colóides e suspensões em situações do

quotidiano.

OBJECTIVOS

Reconhecer que a atmosfera é formada por uma solução gasosa, na qual se encontram outras dispersões como os colóides e suspensões, na forma de material particulado.

Calcular a composição quantitativa de uma solução em termosde concentração, concentração mássica, percentagem em massa, percentagem em volume, fracção molar e partes por milhão.

CONTEÚDOS

MoleMassa MolarCaracterísticas de um GásRelação entre a Pressão, o Número de Moléculas,

o Volume e a TemperaturaVolume MolarDensidade de um GásDispersõesConcentração de uma SoluçãoDiluição de SoluçõesExercícios

MOLE

Quantidade química ou quantidade de substância (n) –Número de partículas (ex: átomos, moléculas e iões).

Mole (mol) – Unidade de medida da quantidade química: 1 mol = 6,022 x 1023 ≈ 6 x 1023 partículas =

número de Avogadro ou constante de Avogadro (NA);

Número de partículas = mol x 6 x 1023

MOLE

1 mol H2O 2 mol H + 1 mol O 6 x 1023 moléculas de H2O

12 x 1023 átomos de H + 6 x 1023 átomos de O

2 mol CaCl2 2 mol Ca2+ + 4 mol Cl-

12 x 1023 iões de Na+ + 24 x 1023 iões de Cl-

MOLE

MASSA MOLAR

Massa molar (M) – Massa de 1 mol de substância.A unidade de medida é o grama por mole (g/mol ou g mol-1).

O valor da massa molar é igual ao valor da massa atómica relativa (Ar) ou da massa molecular relativa (Mr).

Ar (H) = 1,0 M (H) = 1,0 g/mol

Mr (H2O) = 18,0 M (H2O) = 18,0 g/mol

MASSA MOLAR

Podemos relacionar a massa (m) de uma substância com a sua massa molar (M) e a sua quantidade química (n) através das expressões:

MASSA MOLAR

CARACTERÍSTICAS DE UM GÁS

Há muito espaço vazio entre as partículas de um gás.As partículas estão praticamente livres, movimentam-se

ao acaso e ocupam todo o volume do recipiente.O gás não tem volume constante e não tem forma própria

(varia com o recipiente).O gás é muito compressível (quando se comprime um gás,

as suas partículas aproximam-se e o seu volume diminui).A pressão que um gás exerce sobre uma superfície, resulta dos

choques das partículas do gás contra essa superfície.

CARACTERÍSTICAS DE UM GÁS

CARACTERÍSTICAS DE UM GÁS

A unidade SI de pressão é o pascal (Pa): 1 Pa = 1N / 1 m2

Outras unidades de pressão: atmosfera (atm), torricelli (torr) e milímetro de mercúrio (mm Hg) - 1 atm = 1,0 × 105 Pa = 760 torr

Condições normais de pressão e de temperatura de um gás (PTN): p = 1 atm e T = 273 K

A pressão de um gás varia com o número de partículas,o volume do recipiente e a temperatura.

RELAÇÃO ENTRE A PRESSÃO, O NÚMERO DE MOLÉCULAS, O VOLUME E A TEMPERATURA

Para um volume e temperatura constantes, a pressão é directamente proporcional ao número de moléculas:

p / n = constante p1 / n1 = p2 / n2 p1 / p2 = n1 / n2

Quanto maior for o número de moléculas, maior será onúmero de choques e a pressão aumenta.

RELAÇÃO ENTRE A PRESSÃO, O NÚMERO DE MOLÉCULAS, O VOLUME E A TEMPERATURA

RELAÇÃO ENTRE A PRESSÃO, O NÚMERO DE MOLÉCULAS, O VOLUME E A TEMPERATURA

Para um número de moléculas e temperatura constantes,a pressão é inversamente proporcional ao volume(Lei de Boyle-Mariotte):

pV = constante p1V1 = p2V2 p1 / p2 = V2 / V1

Quanto maior for o volume do gás, menor será onúmero de choques e a pressão diminui.

RELAÇÃO ENTRE A PRESSÃO, O NÚMERO DE MOLÉCULAS, O VOLUME E A TEMPERATURA

RELAÇÃO ENTRE A PRESSÃO, O NÚMERO DE MOLÉCULAS, O VOLUME E A TEMPERATURA

Para um número de moléculas e volume constantes,a pressão é directamente proporcional à temperatura(Lei de Gay-Lussac):

p / T = constante p1 / T1 = p2 / T2 p1 / p2 = T1 / T2

Quanto maior for a temperatura do gás, maior será a velocidade das moléculas e o número de choques, e a pressão aumenta.

RELAÇÃO ENTRE A PRESSÃO, O NÚMERO DE MOLÉCULAS, O VOLUME E A TEMPERATURA

RELAÇÃO ENTRE A PRESSÃO, O NÚMERO DE MOLÉCULAS, O VOLUME E A TEMPERATURA

Para um número de moléculas e pressão constantes,o volume é directamente proporcional à temperatura(Lei de Charles):

V / T = constante V1 / T1 = V2 / T2 V1 / V2 = T1 / T2

Quanto maior for a temperatura do gás, maior será onúmero de choques e o volume aumenta.

RELAÇÃO ENTRE A PRESSÃO, O NÚMERO DE MOLÉCULAS, O VOLUME E A TEMPERATURA

RELAÇÃO ENTRE A PRESSÃO, O NÚMERO DE MOLÉCULAS, O VOLUME E A TEMPERATURA

Para uma pressão e temperatura constantes, o volume é directamente proporcional ao número de moléculas ounúmero de moles (Lei de Avogadro):

V / n = constante V1 / n1 = V2 / n2 V1 / V2 = T1 / T2

Quanto maior for o número de moléculas do gás, maior seráo número de choques e o volume aumenta.

RELAÇÃO ENTRE A PRESSÃO, O NÚMERO DE MOLÉCULAS, O VOLUME E A TEMPERATURA

VOLUME MOLAR

Nas mesmas condições de pressão e temperatura, volumes iguais de gases diferentes, contêm o mesmo número de moléculas:

V1 / n1 = V2 / n2 se V1 = V2 então n1 = n2 ou vice-versa

Volume molar (Vm) – Volume ocupado por 1 mol de partículas. Nas condições PTN, o volume de 1 mol de um gás é igual a22,4 dm3: Vm = 22,4 dm3/mol.

Nas mesmas condições de pressão e de temperatura,os gases têm o mesmo volume molar.

VOLUME MOLAR

O volume ocupado por uma mole de uma substância dependedo estado físico em que esta se encontra: 1 mol de água (18 g) no estado líquido ocupa o volume de

18 cm3; a mesma quantidade de água no estado gasosoocupa o volume de 22 400 cm3, nas condições PTN.

DENSIDADE DE UM GÁS

Densidade ou massa volúmica () – Massa de uma substânciaque existe numa unidade de volume: = m / V

A unidade SI de densidade é kg/m3, mas utiliza-se maiso g/dm3 (g dm -3) para os gases.

DENSIDADE DE UM GÁS

Densidade de uma mole de um gás (nas condições PTN): Massa de 1 mol = massa molar (M)

Volume de 1 mol = volume molar (Vm) = 22,4 dm3

= m / V = M / Vm = M / 22,4

A densidade da atmosfera diminui quando aumenta a altitude, porque o número de partículas e a respectiva massa diminui.

DISPERSÕES

Dispersão – É uma mistura de duas ou mais substâncias,em que as partículas da fase dispersa (soluto) estão espalhadasno meio da fase dispersante (solvente).

As dispersões são classificadas de acordo com a dimensãodas partículas da fase dispersa: Soluções (soluções verdadeiras) – Partículas < 1 nm; Colóides (soluções coloidais) – Partículas entre 1 nm e 1 m; Suspensões – Partículas > 1 m.

Nota: 1 nm = 10-9 m; 1 m = 10-6 m

DISPERSÕES

As soluções são misturas homogéneas, porque só têm uma fase.

Os colóides e as suspensões são misturas heterogéneas,porque têm mais do que uma fase.

Nos colóides, as partículas da fase dispersa podem ser vistasao microscópio. Nas suspensões, as partículas da fase dispersa podem ser vistas a olho nu.

A atmosfera é uma solução gasosa.Na atmosfera podem existir colóides, suspensões de gotas de

água (o nevoeiro e as nuvens) e suspensões de partículas sólidas(o fumo e o smog). O smog é uma mistura de fumo com nevoeiro.

DISPERSÕES

DISPERSÕES

CONCENTRAÇÃO DE UMA SOLUÇÃO

Concentração mássica (cm) – Massa de soluto que existe por unidade de volume da solução: cm = msoluto / Vsolução

A unidade SI é o kg/m 3 (também se utiliza o g/cm 3 ou g/dm 3).

Concentração molar (c) ou molaridade – Quantidade químicade soluto (mol) por unidade de volume de solução: c = mol / Vsolução

A unidade SI é o mol/m 3 (também se utiliza o mol/dm 3).

c = cm /M

CONCENTRAÇÃO DE UMA SOLUÇÃO

Percentagem em massa (% m/m) – Massa de soluto por cada100 unidades de massa de solução: % m/m = msoluto / msolução × 100

Ex: HCl a 60% m/m – Em 100 g de solução existem 60 g de HCl.

Percentagem em volume (% V/V) – Volume de soluto por cada100 unidades de volume de solução: % V/V = Vsoluto / Vsolução × 100

Ex: Etanol a 96% V/V – Em 100 mL de solução existem 96 mL de etanol e os restantes 4 mL são de água.

CONCENTRAÇÃO DE UMA SOLUÇÃO

Partes por milhão (ppm) – Massa ou volume de soluto porum milhão (106) de unidades de massa ou volume da solução:ppm = msoluto / msolução × 106 ou ppm = Vsoluto / Vsolução × 106

Utiliza-se quando a concentração do soluto é muito baixa.

95 ppm de CO2 no ar significa que existem 95 g de CO2 por cada 1000000 g de ar (ou 95 mg de CO2 em 1000000 mg de ar).

CONCENTRAÇÃO DE UMA SOLUÇÃO

Fracção molar (xC) – Quociente entre o número de moles do componente C e o número total de moles na solução: xC = nC / ntotal ; xsoluto = nsoluto / ntotal ; xsolvente = nsolvente / ntotal

A soma das fracções molares dos diversos componentes de uma solução é igual a um: xsoluto 1 + xsoluto 2 + ... + xsolvente = 1

Molalidade – Número de moles de soluto por quilogramade solvente (mol/kg):

DILUIÇÃO DE SOLUÇÕES

Solução concentrada – Solução que tem o valor mais alto de concentração.

Solução diluída – Solução que tem o valor mais baixo de concentração. Pode ser preparada a partir de uma solução concentrada, misturando-a com água.

Factor de diluição (f) – Indica o número de vezes que a concentração da solução diluída (cf = concentração final)é menor do que a concentração da solução concentrada(ci = concentração inicial ): f = ci / cf

DILUIÇÃO DE SOLUÇÕES

Diluir uma solução de HCl 1,0 mol/dm 3 de um factor 10significa que a solução diluída terá uma concentração10 vezes menor (0,1 mol/dm 3).

A quantidade de soluto que existe na solução diluída é igual à quantidade de soluto que existe na solução concentrada, pois apenas se adicionou água durante a diluição:

ni = nf ci × Vi = cf × Vf ci / cf = Vf / Vi = f

EXERCÍCIOS

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BIBLIOGRAFIA

Dantas, M., & Ramalho, M. (2008). Jogo de Partículas A - Física e Química A - Química - Bloco 1 - 10º/11º Ano.Lisboa: Texto Editores.