Definições e conceitos básicos

Produzido por Erick Pinho
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Teoria

Fala ai galera!!!! Tudo bem com vocês?

Para iniciarmos esse tópico gostaria de fazer uma experiência como você. Pegue um copo com água e adicionei aos poucos açúcar e mexa. Você irá reparar que para certa quantidade de açúcar conseguiremos dilui-lo totalmente na água, porém quando atingirmos certa quantidade de açúcar, esta irá precipitar no fundo do corpo. Mas por que isso ocorre?

Antes de respondermos a essa pergunta vamos reforçar alguns conceitos importantes para entendermos bem diagramas de fases e sua importância.

Na experiência descrita acima temos a água e o açúcar. Estes dois são considerados os componentes da mistura. A água, por sua vez, é o solvente e o açúcar é o soluto. Assim como misturamos a água e o açúcar formando uma solução, ou seja, uma mistura homogênea, podemos fazer o mesmo, só que agora, misturando metais puros com outros elementos formando uma liga metálica.

Da mesma maneira que acrescentando açúcar na água chega um momento em que a água não consegue mais diluir o açúcar e, portanto precipita-se açúcar no fundo, ocorrerá com as misturas de metais. Esse fenômeno ocorre por causa do limite de solubilidade!!!

Limite de solubilidade

Mas o quê é um limite de solubilidade?

Limite de solubilidade é a quantidade máxima de soluto que o solvente consegue diluir, ou seja, a quantidade máxima que o solvente solubiliza o soluto ainda formando uma mistura homogênea, isto é, solução.

O limite de solubilidade dependerá, normalmente, da temperatura e da pressão e pode ser representado através de um gráfico.

O gráfico acima mostra o limite de solubilidade do açúcar na água. Note que no eixo x temos a composição de cada componente na mistura e no eixo y temos a temperatura. Por exemplo, para o ponto 1 temos uma solução de 60 % de água por peso com 40 % de açúcar por peso. No ponto 2 temos ainda uma solução, porém agora com, aproximadamente, 35 % de água por peso com 65 % de açúcar por peso, observe que nessa situação estamos no limite de solubilidade. Já no ponto 3 temos a formação de uma solução de água e açúcar e açúcar solido no fundo, pois a quantidade de açúcar ultrapassou o limite de solubilidade da água à temperatura de 40 ° C .

Fases

O quê é uma fase?

Para responder a essa pergunta vamos observar novamente nosso experimento.

A solução de água e açúcar possui composição química diferente da composição de açúcar precipitado no fundo. Além disso, a estrutura molecular da solução de água e açúcar é diferente da estrutura molecular do açúcar não dissolvido. Logo, também, terão propriedades físicas diferentes. E por fim, entre a solução de água e açúcar e o açúcar não dissolvido há uma interface. Essas quatro características é o que vai diferenciar uma fase da outra. Só teremos a mesma fase se tivermos as quatro características iguais:

  • Composição química
  • Estrutura molecular
  • Propriedades físicas
  • Sem interface

Acima segue o resumo das características que devem ser iguais para que esteja na mesma fase.

A fim de checarmos nosso entendimento vamos ver outro exemplo:

Na figura acima temos um sistema de água e gelo. Vamos checar as quatro características para saber se há fases diferentes no meu sistema.

A composição química da água e do gelo é igual?

Sim!!!!!

A estrutura molecular da água e do gelo é igual?

Não!!!

A propriedade física é a mesma?

Não!!!

Há uma interface entre a água e o gelo?

Sim!!!

Como a estrutura molecular e, consequentemente, a propriedade física da água e do gelo são diferentes e, além disso, formam uma interface em entre eles, temos duas fases em nosso sistema!!!

Um sistema monofásico, isto é, só tem uma fase, é denominado de sistema homogêneo ou solução. Já sistemas que possuem mais de uma fase, como o ponto 3 acima, é denominado mistura ou sistema heterogêneo.

A microestrutura acima é de um ferro fundido cinzento, onde vemos a parte preta, grafite, e a parte clara, ferro- α . Será que o grafite e o ferro- α são duas fases diferentes? Para responder a essa pergunta vamos checar se as quatro características:

A composição química do grafite e do ferro- α é igual?

Não!!!!!

A estrutura molecular do grafite e do ferro- α é igual?

Não!!!

A propriedade física é a mesma?

Não!!!

Há uma interface entre o grafite e o ferro- α ?

Sim!!!

Logo, há duas fases distintas em nossa microestrutura!!!!

Vamos exercitar um pouco???

Fases

Exercícios Resolvidos

Exercício Resolvido #1

Considere o diagrama de fases açúcar-água da Figura abaixo.

(a) Que quantidade de açúcar dissolverá em 1000 g de água a 80ºC (176ºF)?

(b) Se a solução líquida saturada da parte (a) for resfriada até 20ºC (68ºF), parte do açúcar precipitará como um sólido. Qual será a composição da solução líquida saturada (em %p açúcar) a 20ºC?

(c) Que quantidade do açúcar sólido sairá da solução no resfriamento até 20ºC?

Passo 1

  1. Traçando uma reta em 80 ° C até interceptar a curva de solubilidade e descendo uma outra reta até chegar no eixo x vemos que a solubilidade do açúcar a essa temperatura é de 75 % p   d e   a ç ú c a r   e m   á g u a .

Logo, C a ç u c a r = 75 % p

C a ç ú c a r = m a ç ú c a r m a ç ú c a r + m á g u a ∙ 100

75 = m a ç ú c a r m a ç ú c a r + 1000 g ∙ 100

75 ∙ ( m a ç ú c a r + 1000 g ) = 100 ∙ m a ç ú c a r  

100 ∙ m a ç ú c a r - 75 ∙ m a ç ú c a r = 75000 g

25 ∙ m a ç ú c a r = 75000 g ∴ m a ç ú c a r = 3000 g

Passo 2

Usando o gráfico, vemos que o limite de solubilidade do açúcar na água, a 20 ° C é de:

C a ç u c a r ≅ 64 % p

Passo 3

Agora vamos calcular a quantidade de açúcar dissolvida em 1000 g   d e   á g u a a 20 ° C :

C a ç ú c a r = m a ç ú c a r m a ç ú c a r + m á g u a ∙ 100

64 = m a ç ú c a r m a ç ú c a r + 1000 g ∙ 100

64 ∙ ( m a ç ú c a r + 1000 g ) = 100 ∙ m a ç ú c a r  

100 ∙ m a ç ú c a r - 64 ∙ m a ç ú c a r = 64 000 g

36 ∙ m a ç ú c a r = 64 000 g ∴ m a ç ú c a r = 1778 g

A 20 ° C teremos 1778 g   d e   a ç u c a r , logo 3000 g - 1778 g = 1222 g   d e   a ç ú c a r irá precipitar.

Resposta

Ei, a resposta está no passo a passo :)

Exercício Resolvido #2

Qual é a solubilidade máxima do S n no P b a 100 ° C ?

Passo 1

  1. Traçando uma reta em 100 ° C até interceptar a curva de solubilidade e descendo uma outra reta até chegar no eixo x vemos que a solubilidade do estanho no chumbo é de 5 % p   S n   , conforme podemos ver na figura abaixo.

Resposta

Ei, a resposta está no passo a passo :)

Exercício Resolvido #3

Qual é a solubilidade máxima do P b no S n a 100 ° C ?

Passo 1

  1. Traçando uma reta em 10 0 ° C até interceptar a curva de solubilidade e descendo uma outra reta até chegar no eixo x vemos que a solubilidade do chumbo no estanho é de aproximadamente 1,5 % p   P b   , conforme podemos ver na figura abaixo.

Resposta

Ei, a resposta está no passo a passo :)

Exercício Resolvido #4

Os frascos contêm soluções saturadas de cloreto de sódio (sal de cozinha).

Podemos afirmar que:

a) a solução do frasco II é a mais concentrada que a solução do frasco I.

b) a solução do frasco I possui maior concentração de íons dissolvidos.

c) as soluções dos frascos I e II possuem igual concentração.

d) se adicionarmos cloreto de sódio à solução I, sua concentração aumentará.

e) se adicionarmos cloreto de sódio à solução II, sua concentração aumentará.

Passo 1

Ambas as soluções estão saturadas , conforme dito no enunciado, o que significa que as suas concentrações são iguais e que nenhuma quantidade de soluto que for adicionada a elas dissolver-se-á, pois essa é a máxima quantidade possível. Tudo que for adicionado transformar-se-á em precipitado.

Resposta

Letra: c)

Exercício Resolvido #5

Quais são as soluções aquosas contendo uma única substância dissolvida que podem apresentar corpo de fundo dessa substância

a) saturadas e supersaturadas.

b) somente as saturadas.

c) insaturadas diluídas.

d) somente as supersaturadas.

e) insaturadas concentradas.

Passo 1

As soluções saturadas são aquelas que atingiram a quantidade de soluto máxima possível que pode ser dissolvida em determinada quantidade de solvente a uma dada temperatura. Assim, se adicionarmos mais soluto, haverá formação de precipitado.

As soluções insaturadas não possuem precipitado porque a quantidade de soluto dissolvido nelas é inferior ao coeficiente de solubilidade, o que significa que, se mais soluto for adicionado a elas, ocorrerá solubilização.

Já as supersaturadas possuem uma quantidade de soluto dissolvido maior que o coeficiente de solubilidade na temperatura considerada, o que mostra que todo o soluto deve estar dissolvido e não há precipitado.

Resposta

Letra: b)

Exercício Resolvido #6

A uma solução de cloreto de sódio foi adicionado um cristal desse sal e verificou-se que não se dissolveu, provocando, ainda, a formação de um precipitado. Pode-se inferir que a solução original era:

a) estável.

b) diluída.

c) saturada.

d) concentrada.

e) supersaturada.

Passo 1

Essa solução estava saturada. Uma solução saturada é uma mistura na qual a quantidade máxima de soluto foi dissolvida em um solvente a uma dada temperatura. Nesse estado, qualquer quantidade adicional de soluto precipitará.

Resposta

Letra: c

Exercício Resolvido #7

Sobre o limite de solubilidade determine a opção correta:

  1. O limite de solubilidade é a capacidade de um solvente em se dissolver em um soluto.
  2. A solução sólida entre os materiais ocorre de duas maneiras: miscível e imiscível
  3. O limite de solubilidade descreve a quantidade de um material que pode dissolver em outro.

Passo 1

O limite de solubilidade é a capacidade de uma solução se dissolver em outra

Passo 2

A solução sólida entre materiais pode ocorrer de três maneiras: ser totalmente miscível, totalmente imiscível, ou miscível parcialmente.

Passo 3

O limite de solubilidade descreve a quantidade de um material que pode dissolver em outro.

Resposta

Alternativa C

Exercício Resolvido #8

Descreva como ocorre a solução sólida entre os materiais.

Passo 1

Uma solução sólida é composta de uma fase cristalina homogênea que contém mais de dois componentes químicos, com características diferentes.

Passo 2

Elas podem ser: substitucionais ou intersticiais. Sustitucionais são quando os átomos de soluto repõem ou substituem os átomo s hospedeiros.

Passo 3

Intersticiais são quando os átomos de soluto relativamente pequenos ocupam posições intersticiais entre os átomos de solvente ou átomos hospedeiros

Resposta

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