IPT, DACR, Química 1, 08/09, Soluções 1 · destes é a osmose inversa. Membrana ... água tende...

IPT, DACR, Química 1, 08/09, Soluções 1

SoluSoluççõesões

•IPT

•Conservação e Restauro

•Química 1

•João Luís Farinha Antunes

•Escola Superior de Tecnologia de Tomar

•Departamento de Arte, Conservação e restauro

22

SumSumááriorio

• Tipos de soluções

• Dispersões

• A água

• Mecanismo da dissolução

• Unidades de concentração de soluções

Cálculos para preparação de soluções

33

ClassificaClassificaçção das soluão das soluççõesões

• Aquosas

O solvente é a água

A maioria das substâncias que são dissolvidas pela água não é dissolvida pelos outros

solventes, e vice-versa.

A maioria dos compostos iónicos (cloretos, nitratos, sulfatos, etc.) só pode ser dissolvida em água.

• Não aquosas

O solvente é um composto orgânico

A maioria dos compostos orgânicos (ceras, vernizes, adesivos, óleos, diluentes, etc.)

só se dissolve em solventes orgânicos (há excepções importantes).

Solventes não aquosos mais comuns em CR:

Álcool etílico – barato e não tóxico

Acetona – barata e pouco tóxica

Tolueno – Muito bom solvente mas bastante tóxico

Xileno - Muito bom solvente mas bastante tóxico

44

ClassificaClassificaçção das soluão das soluçções (ões (contcont.).)

Sólidas

Ex: Liga metálica, Bronze, …

Líquidas

Ex: água com sais, xaropes, álcool etílico comercial

Gasosas

Ex: Ar, gás doméstico, …

Moleculares

Se o soluto está na forma de moléculas

Ex: Água com açucar, Álcool etílico comercial, …

Não conduzem a corrente eléctricas ou conduzem muito mal.

Iónicas

Se o soluto está na forma de iõesEx: Água com sal , Ácido Clorídrico, …

São boas condutoras de corrente eléctrica.

Est

ado

físic

oT

ipo

de s

olut

o


55

VerdadeirasAs partículas do soluto são iões ou moléculas (invisíveis à vista desarmada).

São transparentes (se não forem sólidas) e podem ter cor.

Ex: água salgada, ácido clorídrico, ar, bronze, …

Coloidais

As partículas do soluto são muito pequenas (invisíveis à vista

desarmada) mas maiores que iões ou moléculas simples. Têm aspecto gelatinoso. São transparentes.

Ex: Gelatina, colas animais, shampoos, …

DispersõesNão são soluções porque não há dissolução.

As partículas do “soluto” são grandes e estão dispersas no “solvente”. São visíveis (interferem com a luz).

São opacas.

Ex: Cola branca, Tintas, Aerossóis, …

Tipos de soluTipos de soluçções (ões (contcont.).)

1 µm

1 nm

verdadeiras

coloidais

dispersões

Não existem limites nítidos nas fronteiras

66

DispersõesDispersõesNão solvente nem soluto porque não há dissolução, existem fases

Fase contínua, dispersante ou externa: A que está em maior volume

Fase dispersa ou interna: A que está em menor volume

Farófias, espuma de poliuretano, …Espuma sólidaGásSólido

Leite, cremes, …, misturas água+óleos, …EmulsãoLíquidoLíquido

Claras em castelo, espuma de barbear, …Espuma líquidaGásLíquido

Aço, ..Sol sólidoSólidoSólido

Gelatina, colas animais, …GelLíquidoSólido

Tintas, gelatina antes de endurecer, lama, …SolSólidoLíquido

Fumo, poeira, …Aerossol sólidoSólidoGás

Núvens, sprays, …Aerossol líquidoLíquidoGás

ExemplosNome da

dispersão

Fase

dispersa

Fase

contínua

Tipos de dispersões

77

Exemplos de dispersõesExemplos de dispersões

Sol (têm consistência líquida)

A fase continua é líquida

LS

Aerossol líquido Aerossol sólido

L

LL

EmulsãoFase contínua óleo – Emulsão oleosa, gorda

Fase contínua água – Emulsão aquosa, magraEspuma sólida

LS

G

Gel (têm consistência gelatinosa)A fase contínua é sólida

SLL

Espuma líquida

SL G

88

TIPOS DE TIPOS DE ÁÁGUAGUA

• Água destilada

A água corrente é fervida e o seu vapor é recolhido.

A destilação elimina os sais. Podem continuar

algumas impurezas orgânicas que evaporam junto

com a água.

É a principal alternativa à água corrente, quando esta

não pode ser utilizada.

destilação

Destilador de água

• Água corrente

ÉÉ a mais comum em limpezas de grande dimensão. a mais comum em limpezas de grande dimensão.

Tem a enorme vantagem da acessibilidade e preTem a enorme vantagem da acessibilidade e preçço.o.

ContContéém sais e iões metm sais e iões metáálicoslicos que podem ter implicaque podem ter implicaçções ões

nefastas nos materiais mais delicadosnefastas nos materiais mais delicados(ex. têxteis e papel)(ex. têxteis e papel)


99

Tipos de Tipos de áágua (gua (contcont.).)

• Água desionizada

A água passa através de uma coluna que retém os iões.

Podem continuar os compostos orgânicos que não são

iónicos.

É bastante mais cara que a água destilada (porque causa

da manutenção da coluna) e não traz vantagens

adicionais na prática do restauro.

• Água desmineralizada

Termo ambíguo. Geralmente é água desionizada.

desionizador

Existem outros métodos de dessalinização da água. O mais importante destes é a osmose inversa. Membrana

osmótica 1010

Propriedades da Propriedades da ááguagua

• Densidade

• Polaridade

• Fórmula química

• Viscosidade

• ….

Fazer no fim se tiver tempo

A água é uma substância líquida, formada por moléculas, muito polares.

1111

Propriedades da Propriedades da áágua (gua (contcont.).)

A água no estado sólido flutua na água no estado líquido

1212

gelogelo

Estrutura do gelo

http://www.uwgb.edu/dutchs/petrolgy/Ice%20Structure.HTM

Water is one of thefew known substancesin that its solid form isless dense than theliquid. The plot at theright shows how thevolume of water varies with the temperature; the large increase(about 9%) onfreezing shows why ice floats on water andwhy pipes burst whenthey freeze. Theexpansion between –4° and 0° is due to theformation of largerhydrogen-bondedaggregates.

A água é uma das poucas substâncias cuja forma sólida é menos densa que a forma líquida


1313

Algumas curiosidades sobre a importância da Algumas curiosidades sobre a importância da ááguagua

• A utilização média diária de água em Portugal é de cerca de 100

litros por habitante.

• Todos os anos 1,5 milhões de pessoas morrem por falta de água,

90% das quais crianças com menos de 5 anos de idade.

• Todos os anos 10 milhões de pessoas morrem, metade com menos

de 18 anos, com doenças que não existiriam se a água fosse

ministrada

http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81gua

1414

Mecanismo da dissoluMecanismo da dissoluççãoãoSolvente – o que dissolve ou está em maior quantidade; Soluto – o que foi dissolvido

S

XX X X X X X XX X X XX X X

XX

XX

S S S S S S SS S S S S S S SS S S S S S S S

S S S SS S S S S

S S S S SS S S SS S S S S

SS S

No início

existem ligações S-S e ligações X-X

as partículas S e X estão confinadas ao seu espaço

SXX

SSSSS

XX

XX

X

X

X

X

X

X

X

XX

X

X

X

X

S SS

S S

S

SS

S S SSS

S

S S

S

S S

S

SS S S SS S S S

S S S SS S S SS S SSS

S S

formam-se novas ligações S –X

quebram-se as ligações X-X e algumas ligações S-S

Na dissolução

Para que se formem novas ligações S-X a partir da quebra das ligações S-S e X-Xexistentes é necessário que as ligações S–S, X-X e S-Xsejam do mesmo tipo, isto é,

para ocorrer dissolução, as partículas S e X têm de ter afinidade mútua.

IGUAL DISSOLVE IGUAL

as partículas X e S movem-se em todo o espaço

cada partícula X estárodeada por partículas S

No fim da dissolução

X

X

X

X

X

XX

X

X

X

X

X

SS

S S

S

S

S S SSS

SS

S S SS

S

S S

S

S

S

S

S

SS

S

S

S

S

X

X

SS

S

S

S

X

X

XS

S

S S

S

SS

S S

SSS

S

S

S

SS S

S

1515

ExEx: mecanismo da dissolu: mecanismo da dissoluçção do cloreto de são do cloreto de sóódiodio

Quando dissolvemos cloreto de sódio na água, o "lado" negativo de algumas moléculas de

água tende a arrancar os iões Na+ do cristal de NaCl; o lado positivo de outras moléculas de

água tende a arrancar os iões cloreto Cl- do cristal.

Desse modo, a água vai "desmanchando" o cristal do NaCl, e os íões Na+ e Cl- "passam"

para a solução, cada um deles solvatado (cercado por moléculas de água).

Ião sódio (Na+) solvatadopor moléculas de água

Ião cloreto Cl- a ser removido da estrutura do cristal

Dissolução de um cristal de NaCl em água

A afinidade entre a água e o cloreto de sódio, necessária à dissolução, deve-se à atracção entre as cargas dos iões do Cloreto de Sódio e as moléculas polares (com carga eléctrica) da Água.

1616

Unidades de concentraUnidades de concentraçção de soluão de soluççõesões

)(

)()/(

LV

gmLgC =

)(

)()/(

LV

molnLmolC =

000.000.1*

*

xm

mppm

total

soluto=

100*

*)/(% x

v

vvv

total

soluto=

100)/(%*

*

xm

mmm

total

soluto=

100)(

)()/(% x

mlV

gmvm

solução

soluto=

* nas mesmas unidades

percentagens

Parte 1: parte 2: …: parte n

Ex: cal:areia 1:3 …

As % são sempre calculadas dividindo a parte pelo total, multiplicando por 100.


1717

g/L (grama por litro)g/L (grama por litro)

)(

)()/(

LV

gmLgC =

Calculo da concentraCalculo da concentraçção final de uma ão final de uma solusoluçção preparada por dissoluão preparada por dissoluçção de ão de

5,0 g5,0 g de soluto emde soluto em 200 200 mLmL de solvente.de solvente.

?

)(

)()/(

LV

gmLgC =

ResoluResoluççãoão

LgLgC /0,25)/( =R:R:

L

gLgC

200,0

0,5)/( = 200 ml =

0,200 L

5,0 g 200 mL

+

C (g/l)= ?

5:0,2 = 25

Neste cálculo assume-se que o volume total final é o mesmo do solvente, o que não é exacto, porque ao volume do solvente adiciona-se o do soluto. É um erro assumido, dentro do rigor do cálculo.

Ex 1

1818

?

g/L g/L ((contcont.) .) PreparaPreparaçção de uma soluão de uma soluççãoão

)(

)()/(

LV

gmLgC =


gm 0,1=R:R:

L

gmLg

250,0

)(/4 = (250 ml = 0,250 L)

250 mL

=

C = 4 g/L

V = 250 ml

(4x0,25 =1,0)

ExEx 22

CCáálculos prlculos préévios vios àà preparapreparaçção de ão de uma soluuma soluçção de concentraão de concentraçção ão 4 g/L4 g/L. . Volume pretendido Volume pretendido 250 250 mLmL..

+

m = ?

)(250,0)/(4 gmLxLg =São necessárias 1,0 g de soluto, a diluir em 250 mL, para preparar uma solução a 4 g/L.

1919

?

100)(

)()/(% x

mlV

gmvmC

solução

soluto=

% (m/v) % (m/v) (massa/volume)(massa/volume)

ExEx 33

Calculo da concentraCalculo da concentraçção final de uma ão final de uma solusoluçção preparada por dissoluão preparada por dissoluçção de ão de

5,0 g5,0 g de soluto emde soluto em 200 200 mLmL de solvente.de solvente.


%5,2)/(% =vmCR:R:

100200

0,5)/(% x

mL

gvmC =

5,0 g 200 mL

+

100)(

)()/(% x

mlV

gmvm

solução

soluto=

C (% m/v)= ?

! Concentração da solução expressa em % m/v !

! Volume em mL!

2020

100)(

)()/(% x

mlV

gmvmC

solução

soluto=

% (m/v) (% (m/v) (contcont.) Prepara.) Preparaçção de uma soluão de uma soluççãoão


R:R:100

200

)(%0,4 x

mL

gm=

! Volume em mL!

ExEx 44

CCáálculos prlculos préévios vios àà preparapreparaçção de ão de uma soluuma soluçção a ão a 4,0 % 4,0 % de Cloreto de de Cloreto de SSóódiodio. Volume pretendido . Volume pretendido 200 200 mLmL..

200 mL

=

C = 4,0 %

V = 200 ml

+

m = ?

?

)(100

2000,4gm

x =

m = 8,0 g

Sendo uma solução de um sólido em líquido, entende-se que % significa % m/v.

São necessárias 8,0 g de cloreto de sódio, a diluir em 200 mL, para preparar uma solução a 4%.


2121

?

100)/(% xV

VvvC

solução

soluto=

% (v/v) % (v/v) (volume/(volume/volumevolume))

ExEx 55

Calculo da concentraCalculo da concentraçção final de uma ão final de uma solusoluçção preparada por mistura de ão preparada por mistura de 50 50 mLmL de soluto emde soluto em 200 200 mLmL de solvente.de solvente.


%20)/(% =vvCR:R:

100250

50)/(% x

mL

mLvvC =

200 mL

+

100*

*)/(% x

V

VvvC

solução

soluto=

C (% v/v)= ?

! Volume da solução final = 250 mL!

! Volumes nas mesmas unidades!

* Nas mesmas unidades

50 mL

+ 50 mL soluto

250 ml total

2222

100)/(% xm

mmmC

total

A=

% (m/m) % (m/m) (massa/(massa/massamassa))

Ex 6Calculo da concentração final (em A) de uma mistura preparada pela adição de50 g de componente A (soluto) a150 g de componente B.

100*

*)/(% x

m

mmmC

total

soluto=


%25)/(% =mmCAR:R: 100200

50)/(% x

g

gmmC =

CA (% m/m)= ?

! Massa total final = 200g!

! massas nas mesmas unidades!

* Nas mesmas unidades

+

200 g total

+ 50 g A

50 gA

150 gB

2323

M = M = molmol/L /L molaridademolaridade (moles por litro)(moles por litro)

)(

)()/(

LV

molnLmolC =

Calculo da concentraCalculo da concentraçção final de uma ão final de uma solusoluçção de ão de Cloreto de SCloreto de Sóódiodio preparada preparada por dissolupor dissoluçção de ão de 5,0 g5,0 g de soluto emde soluto em200 200 mLmL de solvente.de solvente.


5,0 g 200 mL

+

C(mol/l)= ?

Ex 7

! Concentração da solução expressa em mol/L!

1º É necessário calcular “quantas moles” de cloreto de sódio há em 5 g.Cálculo

Mr Na = 23,0

Mr Cl = 35,5Mr NaCl = 23,0 + 35,5 = 58,5 Na+ Cl- � NaCl

1 mol de NaCl -- 58,5 g

n 5,0 gn = 0,085 mol

5,0 g de cloreto de sódio têm 0,085 mol.

(Cont.�)2424

molmol/L (/L (contcont.).)

?

)(

)()/(

LV

molnLmolC =

LmolLmolC /425,0)/( =R:R:

L

molLmolC

200,0

085,0)/( =

200 ml = 0,200 L

(0,085:0,2 = 0,425)

Nos cálculos “com moles” é necessário conhecer a fórmula química dos compostos, porque a massa de cada mole depende da fórmula química do composto. Nos outros não.

Calculo da concentraCalculo da concentraçção final de uma soluão final de uma soluçção de ão de Cloreto de SCloreto de Sóódiodio preparada por dissolupreparada por dissoluçção de ão de 5,0 g5,0 g emem 200 200 mLmL de solvente. de solvente. ((contcont.).)

2º passo: substituir os valores conhecidos na expressão da concentração

0,085 mol


2525

?

molmol/L /L ((contcont.) .) PreparaPreparaçção de uma soluão de uma soluçção ão (conclusão)(conclusão)

)(

)()/(

LV

molnLmolC =


R:R:

L

molnLmol

250,0

)(/20,0 =

250 mL

=

C = 0, 20 M

V = 250 ml

Ex 8

Cálculos prévios à preparação de uma solução de cloreto de sódio de concentração 0,2 M.

Volume pretendido 250 mL.

+

m = ?

moln 050,0=

Cálculo da massa de 0,05 mol de cloreto de sódio

Mr NaCl = 23, 0 + 35,5 = 58,5 1 mol de NaCl -- 58,5 g

0,05 mol -- mm = 0,30g

São necessárias 0,30 g de cloreto de sódio, a diluir em 250 mL, para preparar uma solução a 0,20 mol/L de cloreto de sódio.

1º passo: cálculo da quantidade (n, moles)

2º passo: cálculo da massa das n moles

2626

DiluiDiluiççãoão

Preparação de uma solução mais diluída a partir de uma que já

existe mais concentrada.

Para fazer uma diluição toma-se uma quantidade (volume) da solução

de partida (que é mais concentrada) e adiciona-se água até ao volume

final pretendido da nova solução (que é mais diluída).

As questões são:

1) Quando adiciono solvente a uma solução existente qual vai ser a concentração final?

2) Quando quero preparar um volume certo de uma solução mais diluída que volume da solução mais concentrada devo tirar?

Igualdade usada para todas as diluições em qualquer unidadeCi x Vi = Cf x Vf

Solução de início já existente

Solução final, depois da diluição

C – concentração V - volume

2727

DiluiDiluiçção (ão (contcont.).)

Ci x Vi = Cf x Vf

Cf = ?

Vf = 750 ml

Ci = 10 g/L

Vi = 500 mL

mL

mlxLgCf

750

500/10=Cf = 6,7 g/L

Resolução

Vf = 500 + 250

10 g/L x 500 mL = Cf x 750 ml

Ex 9

Dispõe-se de 500 ml de uma solução de concentração 10 g/L .

Calcular a concentração final da solução obtida por adição de 250 ml de

água ao volume inicial de 500 ml.

250 mLCi = 10 g/LVi = 500 mL

+

Cf = ?Vf= 750 mL 2828

DiluiDiluiçção (ão (contcont.).)

Ci x Vi = Cf x Vf

%20

250%4 mlxVi =

Vi = 50 ml

Ex 10

Preparação de 250 ml de uma solução de concentração 4 %, a partir de uma

solução já preparada com a concentração de 20 %.

20 % x Vi = 4 % x 250 ml

20 %

50 mL

250 mLCf = 4 %

Cf = 4 %

Vf = 250 ml

Ci = 20 %

Vi = ? Solução final

Resolução¿Que volume da solução inicial devo retirar para fazer a diluição?

Solução mãe


2929

fimfim

O mergulhador (tampa de túmulo greco-etrusco), séc. V a.C., Paestum, Italia, http://www.mlahanas.de/Greeks/Arts/Symposium.htm

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