Misturas e solubilidade

Bom, o enunciado quer que a gente identifique as substâncias, ou seja, o que tem dentro do recipiente (óleo, água, água gaseificada, água salgada ou granito), e também quer que a gente identifique as fases (sólida, líquida e gasosa).

No primeiro, temos um sistema com três fases – duas líquidas e uma sólida:

Óleo e água são imiscíveis, por isso, não se misturam e formam duas fases líquidas. O gelo, como está na fase sólida, forma uma nova fase (que fica entra as duas fases formadas pelos líquidos pois tem a densidade menor que a água líquida).

Para sabermos se é ou não uma mistura, precisamos olhar para os componentes e os tipos de moléculas envolvidas. Água e gelo são ambos a mesma substância, só muda o estado físico, logo, não configuram uma mistura. Mas, quando adicionamos o óleo, que é uma substância completamente diferente da água, vemos que o total é sim uma mistura!

E como é uma mistura imiscível, que forma 3 fases, é uma mistura heterogênea.

Assim, a mistura é heterogênea, contém 3 fases e 2 substâncias.

Agora vamos para o segundo recipiente. Nele temos água e o gelo, olha só:

Entre água e gelo, não temos uma mistura, pois embora sejam 2 fases, elas são formadas pela mesma substância pura, ok?

Opa! Mas é água gaseificada...o que isso significa? A água gaseificada é água que tem gás carbônico dissolvido, o que compõe uma mistura de 2 fases – o gás carbônico gasoso e a água líquida.

Essa mistura é heterogênea! Ou seja, podemos ver todas as fases! E ela tem 3 fases e 2 substâncias.

A terceira mistura contém gelo, água salgada, óleo e granito:

Opa! Esse aí tem bastante coisa! O granito é uma mistura sólida formada por 3 substâncias sólidas (quartzo, feldspato e mica), o gelo, já vimos que é água em estado sólido, temos ainda o óleo em fase líquida e a água salgada, que é uma mistura homogênea entre água e sal, beleza?

Vamos ter, então: 7 substâncias: as 3 que formam o granito, o gelo, o óleo e a mistura homogênea água + sal (que contém 2 substâncias). Além disso, nesse caso, temos seis fases, duas líquidas (água e óleo) e quatro fases sólidas (quartzo, feldspato, mica e gelo).

Prontinho!

Fala aí! Nesse exercício temos que relacionar as colunas, uma com características de uma mistura e a outra com quais substância formariam essa mistura, beleza?

Pra fazer isso, vamos começar relembrando que uma mistura é homogênea, quando temos uma única fase nela, ou seja, a galera toda se mistura e fica numa fase só, mas quando a mistura é heterogênea, elas não se misturam e conseguimos ver cada substância separadamente, tranquilo?

Agora sim, vamos resolver esse problema!

A maneira mais visual é começar pela coluna II, então vamo nessa!

I.água + álcool + areia: essa mistura tem 2 fases, 1 líquida e 1 sólida. A fase líquida é composta por água + álcool, uma mistura homogênea, e a fase sólida é composta pela areia... Ficando desse jeito aqui:

São duas fases e três substâncias diferentes nessa mistura, então podemos classificá-la como mistura bifásica formada por 3 substâncias (opção b).

II. vapor de água + gás carbônico + gás oxigênio: essa mistura é composta por 3 substâncias diferentes e que não podemos distinguir olhando para a mistura, ou seja, ela só tem 1 fase... Representando o vapor de água por azul, o gás carbônico em cinza e o gás oxigênio em verde, temos o esquema:

Mas na realizade nós não veríamos nada! Porque é uma mistura de gases, ok? Logo, ela é uma mistura homogênea composta de 3 substâncias (opção e).

III. sal + água: essa é uma mistura que depende... Ela pode ser homogênea, até o ponto da solubilidade molar, e ficar dessa forma:

Mas também pode ser heterogênea se a quantidade de sal estiver acima do ponto de solubilidade molar, aí ficaria assim:

Mas como o exercício não especifica a quantidade de sal solubilizado em água, podemos considerar a primeira situaçãi e dizer que é uma solução líquida. Portanto, opção D.

IV. água + areia + gelo: essa mistura heterogênea tem 2 substâncias envolvidas, a água e a areia, pois o gelo também é água, só em outra fase, ok? Vamos ter então, 3 fases, 2 sólidas (areia e gelo) e uma líquida (água)... Desse jeito:

Ela é, portanto, a opção C, uma mistura trifásica (fase líquida composta pela água, fase sólida – areia e fase sólida – gelo) formada por 2 substâncias – água e areia.

V. álcool hidratado: é uma mistura homogênea composta por água + álcool, como na figura:

É, logo, a opção A 😊.

Entre as opções, temos que identificar as que não são misturas: A e a E, já que são opções em que só existe uma substância envolvida no sistema. Embora o sistema E tenha 2 fases (o que caracteriza ele como heterogêneo), ele não é uma mistura, já que só existe uma substância envolvida: a água.

Agora vamos passo a passo!

B) A mistura B é uma solução líquida formada por água + sal... Como só vemos uma fase, podemos classificá-la como mistura homogênea.

C) Mesma coisa da opção B! Álcool e água são miscíveis, ou seja, quando colocados em solução formam uma só fase. Essa mistura é, portanto, homogênea.

D) O ar é uma mistura composta por váaaarias substâncias diferentes, mas majoritariamente o gás oxigênio e nitrogênio. Como olhamos para o ar e não conseguimos distinguir os diferentes componentes (eles formam uma só fase), é uma mistura homogênea.

F) Óleo + água são imiscíveis, e, quando colocados juntos em solução, formam duas fases líquidas. Formam, portanto, uma mistura heterogênea.

G) Água + areia também formam duas fases quando misturados, ou seja, é uma mistura heterogênea.

H) Areia + sal, embora sejam os dois sólidos, também formam duas fases quando misturados. Talvez seja menos evidente do que uma mistura líquida heterogênea, já que ambos são grãos e são pequenos, mas conseguimos distinguir os dois visualmente, e, portanto, formam uma mistura heterogênea.

O primeiro passo é entender o problema! Solubilizamos cloreto de sódio (NaCl) em água e, com o tempo, o soluto começou a se cristalizar porque a água evaporou, ou seja, a quantidade de soluto diminuiu, e, com isso, a quantidade de solvente que a solução consegue dissolver também.

A solubilidade a é 35g de NaCl em 100g de água, ou seja, cada 100g de água consegue dissolver 35g de NaCl. Para os 14g já estarem começando a cristalizar, eles estão a mais do que a solubilidade. Ou seja, a proporção NaCl dissolvido – água já passou da proporção máxima possível (que é a solubilidade).

Precisamos saber quanto de água consegue dissolver 14g de NaCl, a .

Ou seja, a , para dissolver 14g de NaCl, precisamos de pelo menos 40g de água.

Se o soluto está começando a cristalizar, não temos as 40g de água necessárias.

Antes, tinhamos 200ml de água no frasco.

Se agora não temos nem 40g, isso quer dizer que pelo menos 160g de água evaporaram.

a) Para chegarmos no aparecimento de NaCl sólido, precisamos ter mais soluto do que o solvente consegue solubilizar. Sabemos que a solubilidade é o máximo de soluto que um solvente consegue solubilizar a uma certa temperatura e pressão, né?

Para cristalizarmos o NaCl, então, precisamos diminuir a quantidade de solvente a tal ponto que obteremos mais do que 6,16 mol/L de NaCl em solução. Quando isso acontecer, a quantidade de sal que não for solvatada vai cristalizar e formar o sólido, também chamado corpo de fundo.

A solução resultante, porém, continua saturada, ou seja: com 6,16 mol de NaCl /L de água (ou 360g/L).

b) A solubilidade do NaCl em água é 360g/L. Isso quer dizer que cada litro de água consegue dissolver 360g de NaCl.

Partindo de uma solução saturada: se evaporamos 1L de água do mar, teremos 1L a menos para solubilizar o NaCl, o que quer dizer 360g de NaCl que não terão como ser solvatados. Ou seja, a cada 1L de água do mar evaporada, 360g de NaCl precipitam em uma solução saturada!

Para precipitarmos 1kg de sal de uma solução saturada, precisaremos de:

Porém, como a concentração de sal na água do mar é 0,43 mol/L, ainda precisamos evaporar uma certa quantidade de água para transformar essa solução em uma solução saturada...

Usando a regra de diluição:

Ou seja, para produzir 1L de solução saturada de NaCl, precisamos evaporar de água do mar.

Como precisamos produzir e evaporar 2,78L de solução saturada, vamos ter que evaporar:

No final, então, teremos que evaporar aproximadamente 40L de água do mar.

Esse exercício é ótimo para entendermos um pouco mais sobre soluções saturadas e supersaturadas. Vamos analisar com calma cada opção que ele nos dá!

No sistema I, temos 100g de água, 15g de sal dissolvido e 5g de sal sólido, tudo isso a 25°C, ok?

A primeira afirmação está dizendo que a 25°C, a solubilidade do sal é de 20g/100g de água, ops! Detectamos um problema, acabamos de ver que 100g de água foi capaz de dissolver 15g de sal... Isso significa que a solubilidade do sal, a 25°C, é de 15g/100g de água, então essa opção é falsa!!

A segunda opção disse pra gente que o sistema III é uma solução supersaturada, pra chegar lá no sistema III, o sistema I foi aquecido, nesse momento o sal sólido do fundo foi diluído, e depois esse sistema foi resfriado cuidadosamente, ficando com 20g de sal dissolvidos em 100g de água... Ops! Mas a gente viu que essa quantidade de água só solubiliza 15g, o que aconteceu de diferente do primeiro para o terceiro? O aquecimento!!

O terceiro sistema foi resfriado lentamente, e isso permitiu que o sal continuasse dissolvido, mas como está acima da quantidade de sal que 100g de água é capaz de solubilizar, essa solução está supersaturada!

Isso quer dizer então que a segunda opção está correta!

Agora vamos para a terceira opção! Ela diz que o sistema I, é uma solução insaturada. Mas dizer que uma solução é insatura, significa que ela tem capacidade de solubilizar mais quantidade daquele tipo de sólido...

E no caso do sistema I, ela já solubilizou tudo que podia e deixou ainda um pouco no fundo que não deu! Isso quer dizer, que essa solução está saturada!

Logo, essa opção é falsa!

A quarta opção, diz que se a gente colocar um cristal de sal no sistema III, ele se transformará rapidamente no sistema... Bom, uma solução supersaturada constuma ser instável, por conta disso quando adicionamos um pouco de sal, ela já se separa em corpo de fundo + solução saturada de novo!

Logo, essa opção é verdadeira!

Vamos entender o que a questão está dizendo: evaporou-se completamente a água de uma solução e restou 15g de resíduo sólido, isso quer dizer que, em solução, havia 15g de nitrato de prata.

Como tínhamos 40g de solução, e desses 15g eram nitrato de prata, tínhamos, então, 25g de água (que foi evaporada).

Essa solução era saturada, ou seja, sua concentração era igual à solubilidade do nitrato de prata em água nessa temperatura.

Se 15g de nitrato em 25g de água era a solubilidade nessa temperatura, para calcular em 100g de água basta multiplicar por 4!

A solubilidade do nitrato de prata em 100g de água na temperatura da solução inicial é, então, .

Para sabermos em qual vai ser formado precipitado, precisamos comparar a solubilidade com a quantidade de soluto que estamos colocando no recipiente.

Se a quantidade de soluto for maior do que a solubilidade, haverá a formação de precipitado.

200g de soluto em 1 kg de água é equivalente a 20g de soluto em 100g de água, né? Então, se as solubilidades forem maiores do que 20g soluto/100g de água, a solução não será saturada com corpo de fundo, e sim insaturada.

Mas, se a solubilidade for menor do que 20g soluto/100g de água, a água não vai conseguir dissolver todo o soluto que foi colocado, e haverá precipitado.

Assim, as soluções que vão formar precipitado são as dos recipientes II, IV e V.

a) A , a solubilidade é 357 g/L, ou seja, 1L de água pode dissolver no máximo 357g de sal. Isso significa que 250ml de água pode solubilizar no máximo 89,25g de sal.

Quando fazemos uma solução de 95g de sal em 250mL de água, passamos da quantidade máxima de soluto que a água consegue solubilizar. Por isso, formamos corpo de fundo, já que uma parte do sal vai ficar no estado sólido.

O que acontece, então, é que formamos uma solução com o máximo de soluto possível + um corpo de fundo. A solução com o máximo de soluto possível é uma solução saturada (de concentração 357g/L) e a quantidade de sal não solubilizada é calculada pelo excesso de sal:

b) Quando aquecemos a solução a , a solubilidade muda para 398g/L, e os 250ml de água passam a conseguir solubilizar 99,5g de sal.

Assim, os 95g adicionados são solubilizados e formamos uma solução insaturada – com menos soluto que o máximo que o solvente consegue dissolver.

c) Quando deixamos a solução resfriar sozinha, formamos uma solução supersaturada, com mais soluto dissolvido do que normalmente seria possível, já que os 5,75g de sal que antes eram corpo de fundo foram incorporados à solução.