Diluição e mistura de soluções

Diluição e mistura de soluções

031 - Diluição de soluções
Quando acrescentamos solvente a uma solução a quantidade de soluto não se altera e consequentemente há uma redução da concentração, da molaridade e do título. 

        031.1 - Alteração da concentração causada pela diluição

Cálculo da concentração comum - C

Condições	Inicial	Final
concentração	Ci	Cf
volume da solução	Vi	Vf
massa do soluto	mi = Ci.Vi	mf = Cf.Vf

Como a quantidade do soluto permanece constante m_i = m_f então

C_i.V_i = C_f.V_f

Cálculo da molaridade - M

Condições	Inicial	Final
molaridade	Mi	Mf
volume da solução	Vi	Vf
mols do soluto	ni = Mi.Vi	nf = Mf.Vf

Como a quantidade do soluto permanece constante n_i = n_f então

M_i.V_i = M_f.V_f

032 - Mistura de soluções

        032.1 - Mistura de soluções com solutos e solventes quimicamente iguais.

Cálculo da concentração comum - C

Condições	Inicial		Final
concentração	solução A CA	solução B CB	Cf
volume da solução	solução A VA	solução B VB	Vf = VA + VB
massa do soluto	solução A mA = CA.VA	solução B mB = CB.VB	mf = mA + mB

Como a massa final do soluto é m_f = C_f . V_f então

C_f . V_f = C_A.V_A + C_B.V_B

Cálculo da molaridade - M
Repetindo o cálculo para a molaridade teremos um resultado semelhante

M_f . V_f = M_A.V_A + M_B.V_B

        032.2 - Mistura de soluções com solutos diferentes que não reagem quimicamente

Cálculo da concentração comum - C

Serão consideradas duas soluções com solutos A e B

Condições	Inicial		Final
concentração	solução A CA	solução B CB	CAf e CBf
volume da solução	solução A VA	solução B VB	Vf = VA + VB
massa do soluto	solução A mA = CA.VA	solução B mB = CB.VB

A massa do soluto A é:

C_Af . V_f = C_A.V_A   

A massa do soluto B é:

C_Bf . V_f = C_B.V_B  

Cálculo da molaridade - M
Repetindo o cálculo para a molaridade teremos um resultado semelhante

M_Af . V_f = M_A.V_A   

M_Bf . V_f = M_B.V_B  

Exemplos:

1 ) Misturamos 200 mL de uma solução 0,5 M ( leia 0,5 molar ou 0,5 mols / L ) de NaNO₃ com 300 mL de uma solução 0,8 M de Na₂SO₄ . Determine a molaridade da solução de NaNO₃ na mistura.

[NaNO3]	Volume inicial	# NaNO3	Volume final	MAf
0,5 mols / L	0,2 L	0,2x0,5 = 0,1 mol	0,2 + 0,3 = 0,5 L	0,1 / 0,5 = 0,2 M

2 ) Misturamos 200 mL de uma solução 0,5 M de NaNO₃ com 300 mL de uma solução 0,8 M de Na₂SO₄ . Determine a molaridade da solução do íon  Na⁺ na mistura, supondo que os sais estejam completamente ionizados.

Sabendo que: 

NaNO₃ >>> Na ⁺ + NO₃^-
 Na₂SO₄ >>> 2 Na⁺ + SO₄^2- 

[NaNO3]	[Na+]	Volume	# Na+
0,5 mol / L	0,5 mol / L	0,2 L	0,5 x 0,2 = 0,1 mol
[Na2SO4]	[Na+]	Volume	# Na+
0,8 mol / L	2 x 0,8 = 1,6 mol / L	0,3 L	1,6 x 0,3 = 0,48 mol
# Na+	Volume	[Na+]
0,1 + 0,48 = 0,58 mol	0,2 + 0,3 = 0,5 L	0,58 / 0,5 = 1,16 mol / L

            032.3 - Mistura de soluções com solutos que reagem quimicamente.
O resultado depende da qualidade dos solutos e de suas quantidades para saber se a reação química foi completa ou sobrou reagente.
Cada caso deve ser analisado separadamente não cabe uma solução geral.
            032.4 - Mistura de um ácido com uma base.
Nas soluções de ácido e bases em água são encontrados íons H⁺ e OH^- .
Misturadas estas soluções os íons se neutralizam na proporção de 1 para 1.

H⁺   +   OH^- >>> H₂O
1 mol     1 mol      1 mol

Como resultado da mistura pode ocorrer:

Neutralização	Quantidade de íons #
total do ácido e da base	# H+   =  # OH-
parcial do ácido	# H+   >  # OH-
parcial da base	# H+   <  # OH-

Quando ocorre uma neutralização parcial do ácido ou da base, a solução resultante é uma solução do ácido ou da base mais diluída, uma vez que o volume da mistura é maior e a quantidade de soluto foi reduzida. 

Exemplos:

1) Foram misturados 600 mL de uma solução 2 M de HCl com 400 mL de uma solução 3 M de NaOH. Supondo o ácido e a base completamente ionizados, verifique se ocorreu ou não a neutralização total do ácido e da base.

Sabemos que:

HCl >>> H⁺ + Cl^-
1 mol        1 mol .......

NaOH >>> OH^- + Na⁺
1 mol        1 mol .......

[HCl]	[H+]	volume da solução	quantidade de H+
2 M	2 M	0,6 L	1,2 mol
[NaOH]	[OH-]	volume da solução	quantidade de OH-
3 M	3 M	0,4 L	1,2 mol

Como as quantidades de íons hidrogênio e hidroxila são iguais ocorreu uma neutralização total do ácido e da base.

2) Foram misturados 200 mL de uma solução 2 M de HCl com uma solução 3 M de NaOH. Supondo o ácido e a base completamente ionizados, determine o volume da solução da base para ocorrer uma neutralização total.

Sabemos que:

HCl >>> H⁺ + Cl^-
1 mol        1 mol .......

NaOH >>> OH^- + Na⁺
1 mol        1 mol .......

[HCl]	[H+]	volume da solução	quantidade de H+
2 M	2 M	0,2 L	0,4 mol
[NaOH]	[OH-]	volume da solução	quantidade de OH-
3 M	3 M	x	3x mol

Para ocorrer neutralização total é necessário que as quantidades de íons hidrogênio e hidroxila sejam iguais.

3x = 0,4 >>> x = 0,133 L

3) Foram misturados 600 mL de uma solução 0,5 M de H₃PO₄  com 400 mL de uma solução 2 M de Ca(OH)₂ . Supondo o ácido e a base completamente ionizados, verifique se ocorreu ou não a neutralização total. Havendo uma neutralização parcial, determine a concentração do ácido ou da base residual.

Sabemos que:

H₃PO₄ >>> 3 H⁺ + PO₄^-
1 mol           3 mols ..........

Ca(OH)₂ >>> 2 OH^- + Ca⁺
1 mol            2 mols .......

[H3PO4]	[H+]	volume da solução	quantidade de H+
0,5 M	3 x 0,5 M	0,6 L	3 x 0,5 x 0,6 = 0,9 mol
[Ca(OH)2]	[OH-]	volume da solução	quantidade de OH-
2 M	2 x 2 M	0,4 L	2 x 2 x 0,4 = 1,6 mol

Como a quantidade de íons hidroxila é maior que a de íons hidrogênio ocorreu uma neutralização parcial da base, tendo restado na solução 1,6 - 0,9 = 0,7 mol do íon hidroxila.
Como o volume da mistura é 0,6 + 0,4 = 1 L, então a concentração molar da base restante é 0,7 M

Soluções - Expressando alguns tipos de Concentração

Expressando Concentração A concentração de uma solução

• é uma propriedade macroscópica,
• representa a quantidade de soluto dissolvido em um montante unitário de solvente ou da solução, e
• pode ser expressa em uma variedade de formas (qualitativa e quantitativamente).

Expressões qualitativas de Concentração

Uma solução pode ser descrita

• diluído: uma solução que contém uma pequena proporção de soluto em relação ao solvente, ou
• concentrado: uma solução que contém uma grande proporção de soluto em relação ao solvente.

Microscópico de uma solução diluída de Br 2 líquido dissolvido em água líquida.	Microscópico de uma solução concentrada de Br 2 líquido dissolvido em água líquida.

Expressões Semi-Quantitativa da Concentração

Uma solução pode ser semi-quantitativamente descrito como

• insaturados: uma solução na qual vai dissolver mais soluto, ou
• saturados: uma solução em que não mais soluto será dissolvido.

A solubilidade de um soluto é a quantidade de soluto que se dissolve em uma determinada quantidade de solvente para produzir uma solução saturada. Por exemplo, a 0 ° ^C, que pode dissolver um máximo de 35,7 g de NaCl sólido em 100 mL de água (uma solução saturada). Qualquer NaCl sólido adicional que adiciona à solução saturada simplesmente cai no fundo do recipiente e não se dissolve.

 

Expressões Quantitativas de Concentração
 

Há uma série de maneiras de expressar as quantidades relativas de solutos e solvente em uma solução. Que aquele que optar por utilizar muitas vezes depende de conveniência. Por exemplo, às vezes é mais fácil medir o volume de uma solução melhor que a massa da solução.

Note-se que algumas expressões de concentração são dependentes da temperatura (isto é, a concentração da solução muda como as mudanças de temperatura), enquanto outros não são. Esta é uma consideração importante para os experimentos em que a temperatura não permanece constante.

A dependência da temperatura das Expressões Concentração Diversos
expressão de concentração	medições necessárias	dependente da temperatura?
composição percentual (Em massa)	massa de soluto massa da solução	não (Massa não muda com a temperatura)
molaridade	moles de soluto volume de solução	sim (Mudanças de volume com a temperatura)
molalidade	moles de soluto massa de solvente	não (Nem a massa nem a alterações moles com a temperatura)
fração molar	moles de soluto moles of solvent	não (Moles não muda com a temperatura)

Composição percentual (em massa)

Podemos considerar por cento em massa (ou peso por cento, como é chamado às vezes) de duas maneiras:

• As partes de soluto por 100 partes de solução.
• A fração de soluto em uma solução multiplicado por 100.

Precisamos de dois pedaços de informação para calcular a porcentagem em massa de um soluto em uma solução:

• A massa do soluto na solução.
• A massa da solução.

Utilize a seguinte equação para calcular por cento em massa:

 

   Molaridade

Molaridade nos diz que o número de moles de soluto em exatamente um litro de uma solução. (Note que r dade mola é escrito com um "r" e é representado por um capital M.)

Precisamos de dois pedaços de informação para calcular a molaridade de um soluto em uma solução:

• O moles de soluto presente na solução.
• O volume de solução (em litros), contendo o soluto.

Para calcular a molaridade usamos a equação:

Molalidade

Molalidade, m, diz-nos o número de moles de soluto dissolvido em exatamente um quilograma de solvente. (Note que l dade mola é escrito com dois "l" 's e representados por uma minúscula m.)

Precisamos de dois pedaços de informação para calcular a molalidade de um soluto em uma solução:

• O moles de soluto presente na solução.
• A massa de solvente (em quilogramas) na solução.

Para calcular a molalidade usamos a equação:

 

 

Mole Fração

 

A fração molar, X, de um componente em uma solução é a relação entre o número de moles desse componente para o número total de moles de todos os componentes da solução.

Para calcular a fração molar, precisamos saber:

• O número de moles de cada componente presente na solução.

A fração molar de A, X _A, em uma solução composta por A, B, C, ... é calculada pela equação:

 

Para calcular a fração molar de B, X _B, use:

 

 ref: http://translate.google.com.br/translate?hl=pt-BR&langpair=en|pt&u=http://www.chem.purdue.edu/gchelp/solutions/character.html