IFES - INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO

ESPÍRITO SANTO - CAMPUS ARACRUZ

CONSTRUÇÃO DA CURVA DE SOLUBILIDADE DO DICROMATO DE

POTÁSSIO

AMANDA DA ROCHA SOUZA

JANDERSON PEREIRA SANTA CLARA

JESSICA RODRIGUES MOREIRA

JOÃO FILIPI LOMBARDI BOSSI

ARACRUZ – ES

MARÇO/2011

IFES - INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO

ESPÍRITO SANTO - CAMPUS ARACRUZ

CONSTRUÇÃO DA CURVA DE SOLUBILIDADE DO DICROMATO DE

POTÁSSIO

AMANDA DA ROCHA SOUZA

JANDERSON PEREIRA SANTA CLARA

JESSICA RODRIGUES MOREIRA

JOÃO FILIPI LOMBARDI BOSSI

Trabalho apresentado como pré-requisito à disciplina

de Química Analítica Quantitativa e Qualitativa para

obtenção de nota referente ao 1° Bimestre

ARACRUZ – ES

MARÇO/2011

Introdução

Quando se adiciona uma pequena quantidade de sólido a um liquido no qual

ele seja solúvel, e se agita a mistura heterogênea por algum tempo, a mistura

transforma-se em homogênea. Diz-se então que o solido se dissolveu no liquido,

produzindo uma solução. Adicionando novas quantidades de sólido, o processo de

dissolução pode ser repetido algumas vezes produzindo soluções de concentração

cada vez maior, mas este valor não pode continuar indefinidamente. Chega-se

sempre a um ponto em que a adição de novas quantidades de sólidos não produz

uma solução de maior concentração, por mais que se agite. Ao invés disso, o sólido

adicionado permanece não dissolvido, formando uma mistura heterogênea

(presença de corpo de fundo). A essa solução, que é incapaz de dissolver

quantidades adicionais de sólido, damos o nome de Solução Saturada.

Solução saturada é a que contem a máxima quantidade de

soluto numa dada quantidade de solvente, a uma determinada

temperatura; essa quantidade máxima é denominada coeficiente de

solubilidade [Usberco, 2002].

A solubilidade é o nome que se da à concentração de uma

solução saturada. A Solubilidade de uma substancia num

determinado solvente é controlada principalmente pela natureza do

próprio solvente e do soluto, mas também pelas condições de

temperatura e pressão [Mahan, 1995].

Os bioquímicos e médicos, entre outros, estão interessados na solubilidade

dos gases como o CO2 e O2 na água ou nos fluidos corpóreos, e os cientistas e os

engenheiros precisam conhecer a solubilidade de sólidos em vários solventes.

A previsão da solubilidade é tarefa complexa e difícil. Muitas variáveis, tais

como as dimensões dos íons, suas cargas, interações entre eles, pressão,

interações entre soluto e solvente e a temperatura, complicam o problema. Em

virtude dos fatores envolvidos, as regras gerais de solubilidade apresentam muitas

exceções. Estas regras são, no entanto, bastante úteis, uma vez que se aplicam a

muitos dos compostos mais comuns que encontramos em nosso estudo de química.

O efeito da temperatura na solubilidade

A temperatura tem efeitos importantes na solubilidade da maioria das

substancias. Para a maior parte dos sólidos dissolvidos em um liquido, um aumento

de temperatura resulta em crescimento da solubilidade. Nenhuma regra geral, de

validade completa, governa, entretanto, a variação da solubilidade de sólidos em

líquidos em função da temperatura. A solubilidade de alguns sólidos aumenta

ligeiramente com o aumento da temperatura, como o NaCl; para outros sólidos,

entretanto, a solubilidade decresce com este aumento, com o Li2SO4.

Por outro lado, a solubilidade de um gás na água geralmente decresce com o

aumento da temperatura, como o HCl e o SO2. O Aumento da temperatura diminui a

solubilidade de um gás porque aumenta a energia cinética (velocidade) de suas

moléculas, diminuindo desta forma sua capacidade de formar ligações com as

moléculas do liquido.

O efeito da pressão na solubilidade

Pequenas variações na pressão têm pouco efeito na solubilidade de sólidos

em líquidos e de líquidos em líquidos, mas têm efeito acentuado na solubilidade de

gases em líquidos.

A solubilidade de um gás em um líquido é diretamente

proporcional à pressão deste gás sobre a solução. Desta forma, a

quantidade de gás dissolvido em uma solução dobrará ao se dobrar

a pressão do gás sobre a solução [Heim, 1998].

Velocidade de dissolução de sólidos

A velocidade de dissolução de um sólido é governada por (1) tamanho das

partículas do soluto, (2) temperatura, (3) concentração da solução, e (4) agitação.

Examinemos a seguir cada uma dessas condições.

1. Tamanho das partículas. Um sólido dissolve-se através da superfície que está

contato com o solvente. Uma vez que a relação área-volume cresce com a

diminuição do tamanho, cristais pequenos dissolvem-se mais rápidos que os

grandes.

2. Temperatura. Na maioria das vezes, a velocidade de dissolução de um sólido

aumenta com a temperatura. Este aumento é devido a fatores cinéticos. As

moléculas do solvente movem-se mais rapidamente em temperaturas mais

elevadas, colidindo mais vezes e com mais energia com as superfícies sólidas,

causando um aumento na velocidade de dissolução.

3. Concentração da Solução. Ao se iniciar o processo de mistura do soluto e do

solvente, a velocidade de dissolução adquire seu valor máximo. À medida que

aumenta a concentração da solução e esta se torna quase saturada com o soluto, a

velocidade de dissolução decresce muito.

4. Agitação. Este efeito é basicamente cinético. Ao se colocar inicialmente um sólido

na água, ele entra em contato apenas com o solvente na sua vizinhança imediata. À

medida que se dissolve, a quantidade de sólido dissolvido torna-se grande e a

velocidade de dissolução diminui. Se a mistura não for submetida a uma agitação, o

soluto dissolvido se fundirá muito lentamente através da solução; poderiam se

passar semanas antes de o sólido dissolve-se completamente. A agitação distribui

rapidamente o soluto dissolvido através da solução, contribuindo para que mais

solvente entre em contato com o sólido, fazendo desta forma com que ele se

dissolva mais rapidamente.

A maior parte dos sólidos iônicos e moleculares é mais

solúvel em água quente do que em água fria [Atkins, 2006].

Usamos essa propriedade no laboratório para dissolver uma substancia e

fazer crescer cristais, deixando uma solução saturada esfriar lentamente. Porem,

alguns sólidos, como o sulfato de lítio, são menos solúveis em temperaturas altas do

quem em temperaturas baixas. Um pequeno número de compostos tem

comportamento misto. Por exemplo, a solubilidade do sulfato de sódio aumenta até

32°c, mas decresce quando a temperatura aumenta acima desse valor, porque o

sólido perde água de hidratação.

Objetivo

Construir a curva de solubilidade do K2Cr2O7 e analisar como varia a solubilidade

com a temperatura.

Materiais e Reagentes

Para a realização desta prática foram precisos os seguintes utensílios:

Balança

Manta de Aquecimento

Proveta; 50 mL

Béquer; 500 mL

Bastão de Vidro

Pisseta

Espátula

Termômetro

Vidro de Relógio

K2Cr2O7 (Dicromato de Potássio)

Água Destilada

Gelo

Procedimento

Primeiramente, foram colocados 20 mL de água na proveta. Logo depois foi aferida

a massa de 20 gramas de dicromato de potássio (K2Cr2O7) na balança, que foram

colocadas na proveta. Com o auxílio do bastão de vidro a mistura foi agitada com o

objetivo de retirar todo o sal sólido das paredes da proveta. A proveta contendo a

mistura foi colocada dentro de um béquer contendo água de tal forma que a mistura

da proveta ficasse imersa na água. O sistema foi colocado na manta de

aquecimento para que fosse aquecida a uma temperatura de 350°C. Antes do início

do aquecimento, a temperatura do interior da proveta foi aferida com o auxílio do

termômetro e o volume de sal precipitado também foi medido. Feitas as anotações,

o sistema foi aquecido e a temperatura foi sempre aferida. Quando a temperatura do

interior da proveta chegou a 70 ºC acima da primeira leitura, o sistema de

aquecimento foi desligado. O volume de sal precipitado foi medido e anotado. Logo

após, foi feito o resfriamento da proveta através da substituição parcial da água

quente do béquer por água fria. Para que a temperatura abaixasse foi necessária a

utilização do banho de gelo quando esta chegou a 20°C. A cada 10°C de

resfriamento, o volume de sal que continuava depositado era anotado. Isso foi

seguido até a temperatura de 10°C. Com os dados obtidos foi feito o gráfico sendo o

eixo Y representando a Solubilidade (em gramas de K2Cr2O7 por 100 ml de Água) e

no eixo X a Temperatura de Cristalização.

Resultados e Discussões

Quando foram colocados na proveta 20g de K2Cr2O7 e agitado, o volume total

aumentou de 20 mL para 28 mL, sendo esse o volume da água+sal, assim,

percebeu-se que precipitou cerca de 12 mL de soluto, estando o sistema a uma

temperatura de 23,5°C.

O sistema foi colocado em aquecimento até atingir 83,5°C, atingindo esse

valor, foi retirado de aquecimento, e medido o volume do sal, constatou-se que o

volume era de 9 mL. Assim, foram feitas as medições aproximadamente a cada

decaída de 10°C, sendo mostrado na tabela abaixo:

A B C (B x 1,48) D (20 - Item C) E (Item D x 5)

Temperaturas Volume K2Cr2O7 g K2Cr2O7g K2Cr2O7/20 mL de

águag K2Cr2O7/100 mL

de água10°C 13 19,24 0,76 3,820°C 16 23,68 -3,68 -18,4(*)30°C 13 19,24 0,76 3,840°C 11,5 17,02 2,98 14,950°C 9,5 14,06 5,94 29,760°C 9 13,32 6,68 33,470°C 8,5 12,58 7,42 37,1(*)

83,5°C 9 13,32 6,68 33,4Tabela. 1 – resultado dos teste de solubilidade de K2Cr2O7

Por meio da tabela pode-se notar que quando a temperatura vai aumentando

a solubilidade do dicromato de potássio também aumenta, diminuindo assim o

volume de precipitado, já que este estará diluído na solução. Percebe-se na tabela

que em duas temperaturas houver certo equivoco, na temperatura de 20°C

percebesse a que o volume de K2Cr2O7 é de 16 mL, porem esse valor não seria

possível, já que para obtermos de 16 mL de precipitado seria necessário ter

adicionado 23,68g de Dicromato de potássio (utilizando a ρ=1,48g.mL-1), porém só

foram adicionados 20g. Uma explicação para este equivoco é maneira de como

ocorreu a precipitação, no laboratório não dispomos de uma quantidade grande de

tempo, tendo que realizar a prática em um tempo relativamente curto, por isso a

utilização do banho de gelo para aumentar a velocidade de precipitação. Quando é

colocado no sistema o banho de gelo, ocorre uma queda rápida de temperatura não

havendo tempo para uma acomodação adequada dos cristais, com essa má

acomodação o volume de precipitado não demonstra exatamente o que precipitou.

Foi possível observar que os cristais que precipitaram por últimos estavam menos

compactados do que os cristais mais ao fundo da proveta.

Já em 83,5°C para 70°C houve uma diminuição do volume de precipitado,

está diminuição não é característica deste sal, pois ele não é uma substancia com

comportamento misto, como por exemplo, a solubilidade do sulfato de sódio.

Notou-se ao final do experimento que houve a perda de 1 mL de solução, esta

perda foi atribuída a dois motivos, as constantes verificações de mudança de

temperatura, pois com a introdução e retirada do termômetro houve um arrasto do

liquido perdendo assim algumas gotas, e a evaporação sofrida pela solução.

Gráfico 1 – Curva de Solubilidade do Dicromato de Potássio

Para a confecção deste gráfico foi necessário a exclusão de alguns dados,

sendo esses dados acerca da temperatura de solubilidade de 20°C e de 83,5°C, pois

estes dados contem certos equívocos.

Foi notado antes que o sistema fosse colocado em aquecimento que a

solução apresentava uma coloração laranja- avermelhada, porem estava

enfraquecida. Mas quando o sistema chegou a 83,5°C observou que a cor tornou-se

mais intensa, isso porque havia maior quantidade de K2Cr2O7 dissolvido na

solução.

Conclusão

O experimento colaborou para provar, de modo experimental, que a

temperatura influencia diretamente na solubilidade dos sais. É claro que a natureza

dos elementos da solução também tem papel importante. A pressão possui grande

importância, mas não é um fator de extrema importância considerando que estamos

ao nível do mar.

Conclui-se que as curvas de solubilidade têm grande importância no estudo

das soluções de sólidos e líquidos, já que a temperatura influi decididamente na

solubilidade; sendo que o coeficiente de solubilidade não é o mesmo para todas as

substancias.

De acordo com a mudança de temperatura exposta na dissolução do K2Cr2O7

e no gráfico, pode-se concluir que a dissolução desse sal é endotérmica (como a

maioria dos sólidos), porque no momento da dissolução, o sólido absorveu calor do

sistema, e conforme o gráfico mostra, quanto maior a temperatura, maior é a

solubilidade.

Referências

Kotz, John C; Treichel, Paul M. Química geral e as reações químicas, São Paulo:

Cengage Learning, 2009.

Usberco, João; Salvador, Edgard. Química- volume único. 5 ed. São Paulo: Saraiva,

2002.

Brown, Theodore L; LeMay, Eugene; Bursten, Bruce E. Química a ciência central.

São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005.

Nehmi, Victor A. Química: Volume Único, 770 exercicios propostos. 3 ed. São Paulo:

Editora Ática. 1997.

Ruiz, Andoni Garratiz; Guerrero, José Antonio Chamizo. Química. São Paulo:

Pearson Education do Brasil, 2002

Heim, Morris; Arena, Susan. Fundamento de química Geral. 9 ed. Rio de Janeiro:

Livros Técnico e Científicos S.A, 1998.

Questões

1. A partir do gráfico, responda: quantos gramas de K2Cr2O7 podem ser dissolvidos em 100 ml de água a 30°C? E a 60°C?

Resposta: A partir do gráfico podemos concluir que seriam dissolvidos, a 30°C, uma quantidade de soluto próxima a 3,8g. E em 60°C seria dissolvido uma quantidade próxima a 33,4 g.

2. Quantos gramas de K2Cr2O7 devem ser adicionados a 100 mL de água a 25°C para fazer a solução saturada?

Resposta: segundo o gráfico, para ser ter uma solução saturada em 25°C será necessário 3,8g de Dicromato de Potássio.

3. Classificar as seguintes soluções em saturada, insaturada ou supersaturada:

a) 75g de K2Cr2O7/100 mL de água a 40°C: Supersaturada

b) 50g de K2Cr2O7/100 mL de água a 55°C: Supersaturada

c) 100g de K2Cr2O7/100 mL de água a 110°C: Insaturada

4. Quando K2Cr2O7 se dissolve, é o processo endotérmico ou exotérmico? Justifique.

Resposta: Endotérmica, pois é necessário o fornecimento de energia para a solubilização. Percebemos isso, pois quanto mais à temperatura menor é o numero de precipitado.