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  • TEORIA DAS SOLUES

    Universidade do Estado do Rio de Janeiro

    Departamento de Processos Qumicos

    Disciplina: Qumica X

    Professora: Zila

    Rio de Janeiro, 2015

    1 Semestre de 2015 23/03/2015 25/07/2015

  • SOLUES

    OBJETIVO:

    Processo de Dissoluo- compreender esse processo;

    Fatores que afetam a solubilidade;

    Propriedades Coligativas- compreender essas propriedades;

    Aprender as formas de expreessar a concentrao.

    Rio de Janeiro, 2015

  • O que uma soluo ??

    .... o Ar que respiramos

    O lato (liga de zinco e cobre)

    Muitos fluidos em nosso organismos so soluo

    Gasolina...

  • Soluo uma mistura homognea de duas ou mais substncias em uma nica fase.

    O que uma soluo ??

    comum pensar na substncia presente em

    menor quantidade soluto e a substncia

    presente em maior quantidade solvente.

    Uma soluo pode ser gasosa (como ar), slida

    (como uma liga), ou lquido (gua do mar, por

    exemplo).

  • Relembrando alguns conceitos...

    Substncia simples: formada de uma molcula constituda por tomos do mesmo elemento qumico.

    Substncia

    Simples

    Frmula

    Representao

    Gs

    hidrognio

    H2

    Gs oxignio

    O2

    Gs oznio

    O3

  • Substncia

    Composta

    Frmula

    Representao

    gua

    H2O

    Sal de cozinha

    NaCl

    Acar

    C12H22O11

    Substncia composta: formada por mais de um elemento qumico.

    Relembrando alguns conceitos...

  • gua + acar dissolvido

    Aspecto visual contnuo:

    uma nica fase

    leo+ gua

    Aspecto visual

    descontnuo:

    duas fases

    gua + areia

    Aspecto visual

    descontnuo:

    duas fases

    Relembrando alguns conceitos...

  • temos uma mistura homognea (apresenta uma nica fase), tambm chamada de soluo verdadeira. Toda soluo verdadeira apresenta o tamanho das partculas misturadas varia entre 0 e 1 nm (10-9m).

    Exemplos

    Soluo verdadeira x < 1 nm : gua e sal, gua e acar, gua e lcool;

    Soluo coloidal 1 < x < 1000 nm: gelatina e tinta;

    Soluo Grosseira ou Suspenso x > 1000 nm: gua e areia

    Aps a dissoluo....

  • Uma viso Molecular do processo de solubilizao

    A facilidade com que uma molcula de soluto substitui uma molcula de

    solvente depende da fora relativa de trs tipos de interaes:

    interao solvente-solvente interao soluto-soluto interao soluto-solvente

    As molculas so mantidas juntas por atraes

    intermoleculares. Estas foras tambm desempenham um papel

    central na formao de solues.

    Quando uma substncia (o soluto) se dissolve em

    outra (solvente), partculas do soluto se dispersam

    atravs do solvente.

    As partculas de soluto ocupam posies que so

    normalmente ocupadas por molculas do

    solvente.

  • Solubilizao do NaCl em gua

    Uma viso Molecular do processo de solubilizao

    Quando o cloreto de sdio colocado em gua este se dissolve facilmente porque a interao

    entre os ons Na+ e Cl- e as molculas polares da H2O supera as foras que mantm a rede

    cristalina do NaCl(s).

    A rede cristalina se desfaz e as molculas de gua conseguem atrair os ons sdio e

    os ons cloreto, solvatando-os, conforme mostra abaixo.

  • Vdeo Dissoluo do NaCl em gua

    Copyright 2001 The McGraw-Hill Companies

    Uma viso Molecular do processo de solubilizao

  • Assim, podemos dividir o processo de dissoluo em trs passos:

    Passo 1. Partculas de soluto so separadas umas das outras. Esta etapa

    envolve a superao de atraes intermoleculares (processo endotrmico):

    Soluto (agregado) + calor soluto (separado) H1 > 0

    Passo 2. Partculas do solvente so separadas umas das outras. Esta etapa

    tambm envolve a superao de atraes intermoleculares (processo

    endotrmico):

    Solvente (agregado) + calor Solvente (separado) H2 > 0

    Passo 3. Partculas do soluto e solvente so misturados. Ocorre a atrao

    entre partculas (processo exotrmico):

    Soluto (separado) + Solvente (separado) Soluo + calor H3 < 0

    H (soluo) = H1 + H2 + H3

    Uma viso Molecular do processo de solubilizao

  • O mecanismo de solubilidade est relacionado s foras de interao entre o composto (soluto) e o solvente. Exemplos:

    composto inico Interao do tipo on dipolo, entre o soluto e solvente

    NaCl (s) Na +

    (aq) + Cl - (aq)

    H2O

    Dipolo Induzido:

    Deformao momentnea das nuvens eletrnicas devido a movimentao dos

    eltrons e colises entre molculas.

    composto covalente

    Uma viso Molecular do processo de solubilizao

  • Interao do tipo dipolo-dipolo, entre o soluto e solvente.

    HCl (g) H3O+ (aq) + Cl

    - (aq)

    H2O

    Interao do tipo ligao de hidrognio, entre o soluto e solvente.

    C2H5OH (l) C2H5OH (aq) H2O

    Uma viso Molecular do processo de solubilizao

  • Substncias Polares dissolvem bem outras substncias polares e dissolvem pouco ou no dissolvem substncias apolares.

    Substncias Apolares dissolvem bem outras substncias apolares e dissolvem pouco ou no dissolvem substncias polares

    As molculas apolares da gasolina exercem interaes atrativas fracas sobre a molcula polar

    da gua. As molculas da gua exercem uma sobre as outras forte atrao pelas ligaes

    hidrognio e s haveria solubilizao se fossem dispersas no lquido apolar. Para tanto, a

    energia necessria para separ-las no recuperada pelas fracas foras da interao entre as

    molculas de H2O e da gasolina.

  • Exemplo de processo endotrmico:

    A solubilizao do nitrato de amnio

    NH4NO3 em gua

    Exemplo de processo exotrmico:

    A solubilizao do hidrxido de sdio

    NaOH em gua

  • Solubilidades de diversos slidos inicos em funo da temperatura

  • Classificao das solues

    Quanto a conduzir ou no a corrente eltrica:

    Eletrolticas: So aquelas em que o soluto um composto inico. exemplo: gua + sal

    No eletrolticas: So aquelas em que o soluto um composto molecular. exemplo: gua + acar; gua +lcool

  • solues lquidas: gasolina, refrigerante, etc;

    solues slidas: bronze (cobre e estanho), lato (cobre e zinco), etc

    solues gasosas: ar atmosfrico, etc.

    Quanto ao estado fsico

    Classificao das solues

  • Viscosidade e Tenso Superficial

    Avaliam a energia das foras intermoleculares

    Viscosidade :

    resistncia ao escoamento

    Interaes fortes restringem os movimentos das molculas e as deixa unidas. Afetada tambm pelo tamanho da cadeia da molcula. Dependente da temperatura.

  • Viscosidade e Tenso Superficial

    Avaliam a energia das foras intermoleculares

    Tenso superficial:

    A fora que existe na superfcie de lquidos em repouso denominada tenso

    superficial. Esta tenso superficial devidas s fortes ligaes intermoleculares e

    pode ser definida como a fora por unidade de comprimento que duas camadas

    superficiais exercem uma sobre a outra.

  • Dissolues solubilidade dos gases

    A solubilidade de um gs diminui com o aumento da temperatura

    CO2 (g) + solvente lquido CO2 (aq) + calor

    Exotrmico Aumento da temperatura

    causar o deslocamento do

    equilbrio

  • Dissolues solubilidade dos gases

  • A solubilidade de um gs proporcional ao aumento da presso

    kH constante da Lei de Henry

    Pgs presso parcial do gs

  • SISTEMA COLOIDAL uma disperso onde as partculas dispersas tm um tamanho mdio entre 1 e 1000 nm.

  • Ao dos sabes na dissoluo das gorduras em gua

    Gorduras: So substncias formadas por molculas apolares so insolveis em gua

    Frmula estrutural genrica das gorduras

    Representao esquemtica:

  • O sabo um emulsificante porque promove a aglomerao da

    gordura em pequenas gotculas dispersas na gua.

  • Cs: quantidade mxima, em gramas, do soluto que se consegue dissolver em 100g de solvente, a uma dada temperatura.

    A) Supersaturadas: Acima do Cs B) Saturadas: Limite do Cs C) e D) Insaturadas: Abaixo do Cs Concentradas (C) quantidade de soluto alta, mas ainda est abaixo do Cs Diludas (D) quantidade de soluto bem baixa em relao ao Cs

    Classificao das solues quanto ao coeficiente de solubilidade

  • Assim: 140 g de KNO3 / 100 g de H2O a 60 C SUPERSATURADA 110 g de KNO3 / 100 g de H2O a 60 C SATURADA 100 g de KNO3 / 100 g de H2O

    a 60 C - INSATURADA CONCENTRADA

    20 g de KNO3 / 100 g de H2O a 60 C INSATURADA DILUDA

  • Considerando as curvas acima, temos: * a solubilidade do KNO3 a 20C aproximadamente 33g/100g de H2O. * a solubilidade do KNO3 a 70C aproximadamente 140g/100g de H2O. * o KNO3 e o KCl a 20C apresentam a mesma solubilidade. * considerando todos os sais apresentados, a 20C o MgCl2 apresenta menor solubilidade, e o AgNO3 apresenta a maior solubilidade. * a solubilidade do NaCl apresenta baixa variao com a temperatura. * a solubilidade do KNO3 apresenta alta variao com a temperatura.

  • Perturbao no sistema

    de acetato de sdio

  • Propriedades coligativas

    Adicionar um soluto a um lquido puro mudar as propriedades do lquido.

    As propriedades das solues que dependem do nmero de partculas

    dispersas e independem da natureza das partculas do soluto.

    Ex: Anticongelante:

    So propriedades que dependem apenas do n de moles de soluto presente na soluo propriedades que dependem da concentrao da soluo

  • EFEITO COLIGATIVO

    PROPRIEDADE COLIGATIVA

    Diminuio da presso de vapor

    Tonoscopia

    Aumento do Ponto de Ebulio

    Ebulioscopia

    Diminuio do Ponto de Congelamento

    Crioscopia

    Aumento da Presso Osmtica

    Osmose

    Propriedades coligativas

  • TONOSCOPIA e TONOMETRIA:

    Reduo na presso de vapor do solvente

    observado pela presso mxima de vapor e ocasionada pela

    dissoluo de um soluto no voltil, no-eletrlito numa soluo.

    Propriedades coligativas

  • Presso mxima de vapor

    A tendncia de escape para um solvente medida pela sua presso de

    vapor.

    A uma dada temperatura a presso de vapor de um lquido puro depende da

    frao das molculas na superfcie que tm suficiente energia cintica para escapar

    das atraes de suas vizinhas.

    A presso de vapor mede a concentrao das molculas do solvente na fase

    gasosa.

    Ocorre quando as velocidades de evaporao e de condensao se tornam

    iguais, em um lquido num recipiente hermeticamente fechado.

    O momento em que essas velocidades se igualam considerado como a

    presso mxima dos vapores a uma determinada T, P e Concentrao.

    Propriedades coligativas

    TONOSCOPIA e TONOMETRIA:

  • Propriedades coligativas

    TONOSCOPIA e TONOMETRIA:

  • Qual das substncias mais voltil?

    Presso mxima de vapor:

    Propriedades coligativas

  • CRIOSCOPIA:

    uma propriedade coligativa que ocasiona a diminuio na temperatura de

    congelamento do solvente. provocado pela adio de um soluto no-voltil em

    um solvente.

    Propriedades coligativas

  • Um lquido ferve temperatura na qual sua presso de vapor igual presso

    atmosfrica.

    A presso de vapor de uma soluo a cada temperatura diminui como resultado

    da presena de um soluto e assim necessrio aquecer a soluo a uma

    temperatura mais alta, a fim de alcanar seu ponto de ebulio

    Propriedades coligativas

    EBULIOSCOPIA:

  • Propriedades coligativas

    EBULIOSCOPIA:

  • Cidade / Local Altitude em relao ao nvel do mar (m)

    P.E. aproximado da gua (C)

    Rio de Janeiro 0 100

    So Paulo 750 97

    Campos do Jordo 1.628 95

    Cidade do Mxico 2.240 92

    La Paz 3.636 88

    Monte Everest 8.848 70

    Propriedades coligativas

    EBULIOSCOPIA:

  • Presso

    atmosfrica!!!!!

    Propriedades coligativas

    EBULIOSCOPIA:

  • Fluxo de solvente de uma regio pouco concentrada para uma soluo mais

    concentrada

    Propriedades coligativas

    OSMOSCOPIA:

  • Os qumicos utilizam o termo concentrao para expressar a relao entre a

    quantidade do soluto e a quantidade do solvente ou de soluo. As principais

    unidades de concentrao so:

    a relao entre a massa do soluto em

    gramas e o volume da soluo em litros: =

    Exemplo: 10g de NH4Cl so dissolvidos em 100 mL de soluo.

    Qual a concentrao comum da soluo resultante?

    = ()

    () =

    10

    0,1= 100 . 1

    Concentrao comum ou concentrao em g/L (C):

    Unidades de concentrao

  • Concentrao em parte por milho (ppm): a relao entre a massa do soluto (mg) e a massa (kg) ou volume (L) da

    soluo. Utilizado para solues bastante diludas. Considera-se a

    densidade da soluo igual densidade do solvente.

    =

    Exemplo1: Diesel S10 o diesel que contm 10 mg de enxofre (soluto) em 1 kg de diesel (soluo)

    Exemplo 2: Rtulo de gua mineral

    Unidades de concentrao

  • Percentagem volume/ volume (v/v):

    o volume do soluto dissolvido em 100 mL de soluo.

    %/ = 100 () ()

    100 ()

    Ex: soluo a 10% v/v = em cada 100 mL de soluo temos 10 mL de soluto.

    Percentagem em peso (m/m):

    a massa do soluto dissolvida em 100 g de soluo.

    %/ = 100 () ()

    100 ()

    Ex: soluo a 20% m/m de KOH = em cada 100 g de soluo 20g so de KOH.

    Percentagem massa/volume (m/v):

    a massa do soluto dissolvida em 100 mL de soluo.

    %/ = 100 () ()

    100 ()

    Ex: soluo a 5% m/v = em cada 100 mL de soluo, h 5 g de soluto dissolvidos.

    Unidades de concentrao

  • Molaridade ou concentrao em mol/L (M):

    a quantidade (mols) do soluto dissolvida em 1 litro de soluo

    Onde:

    Exemplo: soluo 1 M = contm 1 mol do soluto dissolvido em 1 litro de

    soluo.

    =

    = ()

    ( )

    Unidades de concentrao

  • antes do pto de eq.

    Prximo do pto de Eq.

    No pto de eq.

    Procedimento de titulao Titulante: Base (NaOH)

    Titulado: cido (HCl) concentrao desconhecida

    Indicador: Fenolftalena

    Etapas:

    1) Aferir a bureta com o Titulante

    2) Adicionar um volume exatamente conhecido do titulado ao

    erlenmeyer

    3) Adicionar algumas gotas do indicador

    4) Abrir a torneira lentamente e titular

    ATENO: Observe

    que esse no o

    modo correto de

    segurar a BURETA

  • O fim da titulao sinalizado pelo indicador, substncia que ir

    causar alterao de cor, ou formao de precipitado na soluo. Na

    anlise titulomtrica so comuns os termos titular e padronizar com o

    significado de encontrar a concentrao real.

    HCl

    NaOH

    Titulometria

    O procedimento de titular ou padronizar consiste em gotejar

    lentamente uma soluo-padro em um determinado volume

    da soluo-problema (fig. ao lado).

  • A titulometria de neutralizao a mais importante das titulometrias, por isso ser

    estudada um pouco mais em detalhes.

    Envolve a titulao de espcies cidas por espcies bsicas.

    Embora no ponto de equivalncia haja a neutralizao completa de um cido por uma

    base ou vice-versa, nem sempre o pH final da soluo neutralizada apresentar pH

    neutro (efeito da hidrlise).

    O pH da soluo ser funo da natureza do sal formado. Assim podemos ter:

    Natureza dos

    reagentes

    Reao pH final da

    soluo

    c. forte x base forte HCl + NaOH NaCl + H2O neutro

    c. forte x base fraca HCl + NH4OH NH4Cl + H2O cido.

    c. fraco x base forte CH3COOH + NaOH CH3COONa + H2O bsico

    c. fraco x base fraca CH3COOH + NH4OH CH3COONH4 + H2O c. ou bsico

  • Indicador: fenolftalena

    Uso: c. forte x base forte

    Faixa de viragem: pH 8-10

    Incolor em meio cido

    Rosa em meio bsico

    Indicador: alaranjado de metila

    Uso: c. forte x base fraca

    Faixa de viragem: pH 3-4,5

    alaranjado em meio cido

    amarelo em meio bsico

    O ponto final da titulao sinalizado pela mudana de colorao de

    uma substncia auxiliar, o indicador, adicionado soluo-problema.

    Curva de titulao

  • Erro de Paralaxe Leitura de um volume maior ou menor que o valor correto

    (a) Leitura acima da linha perpendicular

    bureta, volume lido = 12,58 mL

    (b) Leitura na linha perpendicular bureta,

    volume lido = 12,62 mL

    (c) Leitura abaixo da linha perpendicular

    bureta, volume lido = 12,67 mL

  • Princpio da equivalncia

    Quant. de matria do titulante = Quant. de matria do titulado

    Quant. de matria = V.M (equao 1)

    Quant. de matria = m/MM (equao 2)

    No de Ponto de Equivalncia (P.E.)

  • Os clculos na titulometria tambm so baseados em relaes

    estequiomtrica ou no princpio da equivalncia. A titulometria recebe o

    nome da reao correspondente.

    O ponto final da titulao sinalizado pela mudana de colorao de

    uma substncia auxiliar, o indicador, adicionado soluo-problema.

    Atinge-se o ponto final quando a quantidade de soluo-padro

    adicionada equivalente a quantidade de soluo-problema. Denomina-

    se ponto de equivalncia ao ponto final terico.

  • Exemplo1: Qual o volume de HCl 0,1 mol/L necessrio para neutralizar 25 mL

    de NaOH 0,2 mol/L

    NaOH

    25 mL

    HCl

    Exerccios

  • Exemplo1: Qual o volume de HCl 0,1 mol/L necessrio para neutralizar 25 mL

    de NaOH 0,2 mol/L

    Passo 1: Escrever a equao balanceada da reao:

    HCl + NaOH NaCl + H2O

    Passo 2: Enunciar o princpio de equivalncia

    Quant. HCl = Quant. NaOH

    Passo 3: Tabular os dados e aplicar as equaes correspondentes

    Va = ? Ca = 0,1 mol/L Vb = 25 mL Cb = 0,2 mol/L Quant = V.M Quant. = m/MM

    Quant. HCl = Quant. NaOH Va * Ca = Vb * Cb

    Va * 0,1 mol/L= 0,025 L * 0,2 mol/L Va = O,05 L ou 50 mL NaOH

    25 mL

    HCl

    Exerccios

  • Exemplo 2: Qual o volume de HCl 0,1 mol/L necessrio para neutralizar 0,2 gramas

    de NaOH (MM=40 g/mol)?

    NaOH

    0,2g

    HCl

    0,1 mol/L

    Exerccios

  • Exemplo 2: Qual o volume de HCl 0,1 mol/L necessrio para neutralizar 0,2 gramas

    de NaOH (MM=40 g/mol)?

    Passo 1: Escrever a equao balanceada da reao:

    HCl + NaOH NaCl + H2O

    Passo 2: Enunciar o princpio de equivalncia

    Quant. HCl = Quant. NaOH

    Passo 3: Tabular os dados e aplicar as equaes correspondentes Va = ? Ca = 0,1 mol/L mb = 0,2 g MMb = 40 g/mol Quant = V.M ou Quant. = m/MM

    Quant. HCl = Quant. NaOH Va * Ca = mb/MMb

    Va * 0,1 = 0,2 / 40 Va = 50 mL de HCl NaOH

    0,2g

    HCl

    0,1 mol/L

    Exerccios