Classificação de Soluções

Soluções são misturas homogêneas que apresentam uma única fase. Por exemplo, determinada massa de cloreto de sódio, ao ser completamente diluída em certo volume de água, forma uma solução.

Componentes

Uma solução verdadeira é  constituída, no mínimo, por dois componentes:

1. SOLUTO: é aquele que está presente em menor proporção, em massa.
2. SOLVENTE: é aquele que está presente em maior proporção, em massa.

Sendo que a mistura homogênea entre soluto e solvente recebe o nome de solução. Nem toda solução apresentará a água como solvente, conforme pode se observar abaixo:

• Ao misturarmos 1g de cloreto de sódio (NaCl) em 1 litro de H₂O, teremos uma solução, na qual o NaCl é o soluto e a água é o solvente
• O álcool comercial comprado em supermercados trata-se de uma mistura homogênea entre álcool e água, geralmente constituída de 92% de álcool e 8% de água. Nesse caso, o álcool é o solvente e a água é o soluto.

Classificações

Uma solução pode ser classificada a partir de várias de suas propriedades, sendo de maior importância as classificações abaixo:

1. Quanto ao estado físico: Poderemos ter uma solução em qualquer estado físico da matéria sendo assim:
   1. Soluções Sólidas: recebem o nome de ligas, e geralmente tratam-se de uma mistura homogênea entre metais.Por exemplo, o ouro 18 quilates é uma mistura constituída por ouro, cobre e prata. Já o bronze é uma mistura dos metais zinco e estanho.
   2. Soluções Líquidas: podem ser de três naturezas distintas:
      1. Sólidos dissolvidos em líquidos: por exemplo, água do mar é uma solução que apresenta vários solutos, entre eles, cloreto de sódio, cloreto de magnésio (MgCl₂) e bicarbonatos (HCO₃^-).
      2. Líquidos dissolvidos em líquidos: por exemplo, temos o combustível denominado gasolina, que é uma mistura de hidrocarbonetos derivados do petróleo, e álcool, em uma proporção aproximada de 80% para 20%.
      3. Gases dissolvidos em líquidos: por exemplo, em um aquário deve-se diluir gás oxigênio (O₂) na água, sendo este gás o responsável pela respiração dos peixes. Sendo assim, caso o aquário não permaneça aberto, é necessário injetar-se regularmente este gás por meio de um cilindro.
   3. Soluções Gasosas: são aquelas constituídas apenas por gases, sendo que toda mistura entre gases apresenta uma única fase, sendo, portanto, uma solução. Por exemplo, o ar atmosférico é uma mistura constituída por 78% de gás nitrogênio (N₂), 21% gás oxigênio e 1% de outros gases.
2. Quanto à natureza das partículas dispersas: De acordo com a natureza do soluto, podemos ter dois tipos de soluções:
   1. Soluções Iônicas: são aquelas que apresentam íons dissolvidos. São chamadas também de soluções eletrolíticas, pois conduzem corrente elétricas. Por exemplo, ao diluirmos 1g de sal de cozinha (NaCl) em água, teremos uma solução que apresenta os íons Na⁺ e Cl^- dissolvidos, de acordo com o esquema abaixo:
      
   2. Soluções moleculares: são aquelas formadas por moléculas dissolvidas. São também chamadas de não eletrolíticas, pois não conduzem corrente elétrica. Por exemplo, ao repetirmos o procedimento anterior, mas desta vez utilizando o açúcar (C₁₂H₂₂O₁₁) ao invés do sal, perceberemos (de acordo com a equação abaixo) que não há separação do soluto, portanto, trata-se de uma solução constituída por moléculas dissolvidas, molecular.
3. Quanto à proporção entre soluto e solvente: De acordo com as quantidades em massa de soluto e solvente presente na solução, poderemos ter quatro possibilidades de classificação. Para compreendê-las, precisamos conhecer o conceito de coeficiente de solubilidade (CS). O CS representa a quantidade máxima de determinado soluto que poderemos dissolver em 100 g de água,em temperatura ambiente. Assim, afirmar que CS NaCl = 37g/100g de H₂O, significa que a cada 100g de água poderemos dissolver em temperatura ambiente, o máximo de 37g de NaCl. Agora, poderemos compreender as classificações mais simples possíveis para uma solução quanto à proporção entre soluto e solvente.
   1. Soluções diluídas: são aquelas que possuem uma pequena quantidade de soluto em relação à quantidade de solvente. Por exemplo, uma solução formada por 1g de NaCl para 100g de água.
   2. Soluções concentradas: são aquelas que possuem grande quantidade de soluto em relação à de solvente. Por exemplo, uma solução formada por 30g de NaCl em 100g de água;
   3. Soluções saturadas: são aquelas formadas pelo máximo de soluto permitido, em relação ao seu coeficiente de solubilidade. Por exemplo, uma solução constituída por 37g de NaCl em 100g H₂O. 
    

Fonte:  http://www.infoescola.com/quimica/classificacao-de-solucoes/

Concentração de Soluções Químicas em PPM

Para se determinar a concentração de soluções em termos de volume do soluto por volume da solução (V₁/V), ou em termos de massa do soluto por massa da solução (m₁/m), costuma-se utilizar o título (τ).

No entanto, existem casos em que a quantidade de soluto é extremamente pequena, como, por exemplo, a concentração dos poluentes existentes no ar, na terra e na água. Nessas situações, costuma-se usar a unidade partes por milhão, que é representada pela abreviação ppm.

Assim, uma solução de 20 ppm contém 20 gramas do soluto em 1 milhão de gramas da solução.

A relação matemática para a determinação do ppm pode ser dada por:

Se formos trabalhar com soluções gasosas, a concentração em ppm será expressa em volume; mas se estivermos falando de líquidos e sólidos, o ppm será dado em termos de massa.

É importante ressaltar que quando trabalhamos com soluções aquosas, em geral, a massa do soluto é muito pequena, por isso é costumeiro considerar a densidade da solução igual à da água líquida (1,0 g/mL) em trabalhos pouco rigorosos.

Algumas unidades de concentração que equivalem à relação 1 ppm são:

Há casos também em que a solução encontra-se ainda mais diluída e que é necessário expressar a concentração em partes por bilhão (ppb) e em partes por trilhão (ppt). O raciocínio para o trabalho com esses é o mesmo que no caso do ppm.

No cotidiano, o ppm aparece em várias situações. Por exemplo, nos rótulos dos cremes dentais costuma-se indicar a presença de flúor (na forma de algum sal). A embalagem abaixo mostra que esse produto apresenta um teor de flúor (na forma de fluoreto de sódio) de 1400 ppm. Isso significa que em cada 10⁶ partes dessa solução (creme dental) existem 1400 . 10⁶ partes de flúor.

Esse dado é importante por vários motivos. Um deles é que os íons fluoreto podem ajudar a diminuir os casos de cárie. No entanto, crianças menores de 7 anos não podem ingerir regularmente flúor em excesso, porque podem desenvolver fluorose dental, que é uma doença em que os dentes apresentam pequenos pontos brancos parecidos com o aspecto do giz. Crianças que ingerem mais de 0,07 miligrama de íons fluoreto para cada miligrama de sua massa corporal por dia, correm sério risco de ter essa doença.

O ppb também é muito utilizado. Um exemplo é no caso da poluição das águas com metais pesados, como o chumbo. Esses metais apresentam o fenômeno da bioacumulação, isto é, suas concentrações aumentam, progressivamente, ao longo da cadeia alimentar. A água potável deve conter, no máximo, 15 ppb de chumbo, embora constantemente sejam encontradas águas com mais de 100 ppb.

Veja nos exemplos a seguir como trabalhar com o ppm:

Exemplo 1:

“A propanona pura, C₃H₆O, é um líquido volátil, incolor, inflamável, moderadamente tóxico, de sabor adocicado e cheiro agradável. Um ser humano comum pode perceber o cheiro da propanona diluída no ar na concentração mínima de 1,6 ppm. A análise de uma amostra do ar de determinado ambiente revelou que existe 0,00015% em volume de propanona. Uma pessoa, ao entrar no ambiente, irá perceber o odor da propanona?”

Resolução:

Aplicando na fórmula matemática do ppm citada no texto, temos:

1,6 ppm de C₃H₆O = _1,6 mL de C₃H₆O__
                                       1 000 000 mL de ar

Visto que 1000 mL é igual a 1 L e que 1000 L é 1 m³, relacionamos que:

1 000 000 mL = 1 m³

Por isso, podemos substituir esse valor na expressão:

1,6 ppm de C₃H₆O = 1,6 mL de C₃H₆O
                                            1 m³ de ar

Isso nos leva a concluir que cada m³ de ar contém 1,6 mL de C₃H₆O. Agora passamos a concentração para porcentagem da seguinte forma:

1,6 parte de C₃H₆O ------------- 1 000 000 partes de ar
x ------------------------------------ 100 partes de ar

x = 1,6 . 100     →  x = __1,6__    
      1 000 000                10 000

x = 0,00016% de C₃H₆O no ar, em volume.

Como esse valor de 0,00016% está acima da porcentagem de 0,00015% citada no problema, então um ser humano não perceberá o odor da propanona.

Exemplo 2:

“De acordo com a padronização internacional, a água potável não pode conter mais do que 5,0 . 10^-4 mg de mercúrio (Hg) por grama de água. Como essa quantidade máxima permitida de Hg pode ser expressa em ppm?”

Resolução:

ppm = massa do soluto em mg
            massa do solvente em kg

 Então:

ppm = 5,0 . 10^-4 mg = 5,0 . 10^-1 mg/kg = 5,0 . 10^-1 ppm = 0,5 ppm
                   10^-3 kg

Fonte: http://www.mundoeducacao.com.br/quimica/concentracao-solucoes-quimicas-ppm.htm

Mistura de Soluções Sem Reações Químicas

Quando se misturam soluções sem reações com mesmo soluto ou com solutos diferentes, a massa e o volume permanecem os mesmos.

Em misturas de soluções sem a ocorrência de reação química, a massa dos solutos permanece inalterada

Quando se misturam duas soluções, sejam elas diferentes ou não, é necessário analisar primeiramente se ocorre reação ou não entre elas. Por exemplo, se misturarmos uma solução de água com açúcar (solução aquosa de sacarose) com uma solução de água com sal (salmoura), obteremos uma mistura de soluções sem reações químicas.

O mesmo ocorre se misturarmos duas soluções de cloreto de sódio (NaCl), com concentrações diferentes. Nesse caso também não ocorrerá reação. Podemos, então, definir esse exemplo como uma mistura de soluções de mesmo soluto, sem ocorrência de reação química, em que o primeiro exemplo é uma mistura de soluções de solutos diferentes, sem ocorrência de reação química.

Em ambos os casos, a constituição química dos componentes das soluções não mudará, no entanto, alguns aspectos quantitativos terão que ser recalculados.

Para entender como poderíamos determinar a concentração molar (Molaridade) e a concentração comum de uma mistura de soluções sem ocorrência de reação, vejamos a resolução dos dois casos citados:

1º) Mistura de soluções de mesmo soluto, sem ocorrência de reação química:

Imagine que misturamos duas soluções de cloreto de sódio, uma com a concentração de 2,0 g/L em 60,0 mL de solução e a outra com 2,5 g/L em 80 mL de volume de solução.

Visto que não ocorre reação nenhuma, tanto a massa quanto o volume são apenas a soma das massas e volumes iniciais:

m (solução) = m₁ (NaCl) + m₂ (NaCl)

m₁ (NaCl) = v . C                             m₂ (NaCl) = v . C
m₁ (NaCl) = 0,06L . 2,0g/L               m₂ (NaCl) = 0,08L . 2,5 g/L
m₁ (NaCl) =0,1 g                            m₂ (NaCl) =0,2 g

m (solução) = 0,1 g + 0,2 g
m (solução) =0,3 g

v (solução) = v₁ (NaCl) + v₂ (NaCl)
v (solução) = (60 + 80) mL
v (solução) =140 mL = 0,14 L

A concentração pode então ser obtida por meio desses dados:

C (solução) = m(solução)
                    v(solução)

C (solução) = 0,3  g
                    0,14L

C (solução) ≈ 2,14 g/L

2º) Mistura de soluções de solutos diferentes, sem ocorrência de reação química:

Tomemos por exemplo a mistura entre 500 mL de uma solução aquosa de sacarose (C₁₂H₂₂O₁₁) que tinha inicialmente a concentração de 18,0 g/L, com 1 L da solução de água com sal (solução aquosa de cloreto de sódio – NaCl) com 100,0 g/L de concentração.

Depois da mistura, qual passou a ser a molaridade, a concentração comum, a massa e o volume da solução resultante da mistura?

Visto que não houve reação química, as massas de C₁₂H₂₂O₁₁ e NaCl permanecem inalteradas. E os valores das massas iniciais podem ser conseguidos por meio de regra de três simples usando as concentrações das reações.

             18,0 g ------ 1 L
m (C12H22O11) ----0,5L
m (C₁₂H₂₂O₁₁) = 9,0  g

m (NaCl)-----100,0 g

A massa também pode ser conseguida pela fórmula:

m = v . C
m (C₁₂H₂₂O₁₁) = 0,5 L . 18g/L
m (C₁₂H₂₂O₁₁) = 9,0 g

m (NaCl) = 1 L . 100,0 g/L
m (NaCl) = 100,0 g

Assim, a massa total da solução é a soma das duas massas:

m (solução) = m (C₁₂H₂₂O₁₁) + m (NaCl)
m (solução) = 109,0 g

O volume é simplesmente a soma dos volumes iniciais, assim temos:

v (solução final) = v (C₁₂H₂₂O₁₁) + v (NaCl)
v (solução final) = (0,5 + 1)L
v (solução final) = 1,5L

A concentração final é conseguida calculando-se separadamente as concentrações de cada um dos solutos. Visto que eles não reagem entre si e suas massas não mudam, podemos usar a seguinte fórmula da concentração:

C = m
      v

Cinicial = m_inicial                     Cfinal = m_final
             v_inicial                                  v_final

m_inicial = m_final

C (C₁₂H₂₂O₁₁) =?
C_inicial . v_inicial = C_final . v_final
18,0 g/L . 0,5 L = C_final .1,5 L
C (C₁₂H₂₂O₁₁) _final = 6,0 g/L

C (NaCl)=?
C_inicial . v_inicial = C_final . v_final
100,0 g/L . 1 L = Cfinal .1,5 L
C (NaCl)_final = 66,67 g/L

A relação feita para essa fórmula da concentração comum pode ser feita também para calcular a molaridade (M_i . v_i = M_f . v_f) e para a concentração em massa por massa (Título - T_i . v_i = T_f . v_f).

Soluções Químicas

Definição
Solução é qualquer mistura homogênea.

A água que bebemos, os refrigerantes, os combustíveis (álcool hidratado, gasolina), diversos produtos de limpeza (como sabonetes líquidos) são exemplos de soluções.

Tipos de soluções: solução líquida (ex.: refrigerantes), solução sólida (ex.: bronze = cobre + estanho) e solução gasosa(ex.: ar atmosférico).

Componentes de uma solução

Os componentes de uma solução são chamados soluto e solvente:

- Soluto é a substância dissolvida no solvente. Em geral, está em menor quantidade na solução.
- Solvente é a substância que dissolve o soluto.

Classificação das soluções

De acordo com a quantidade de soluto dissolvido, podemos classificar as soluções:

- Soluções saturadas contêm uma quantidade de soluto dissolvido igual à sua solubilidade naquela temperatura, isto é, excesso de soluto, em relação ao valor do coeficiente de solubilidade (Cs), não se dissolve, e constituirá o corpo de fundo.
- Soluções insaturadas contêm uma quantidade de soluto dissolvido menor que a sua solubilidade naquela temperatura.
- Soluções supersaturadas (instáveis) contêm uma quantidade de soluto dissolvido maior que a sua solubilidade naquela temperatura.

Unidades de concentração

Podemos estabelecer diferentes relações entre a quantidade de soluto, de solvente e de solução. Tais relações são denominadas genericamente concentrações.

Usaremos o índice 1 para indicar soluto e o índice 2 para indicar solvente. As informações da solução não têm índice.

a) Concentração comum (C)

Também chamada concentração em g/L (grama por litro), relaciona a massa do soluto em gramas com o volume da solução em litros.

C = m₁/V

b) Concentração em quantidade de matéria (C_n)

Cientificamente, é mais usual esta concentração, que relaciona a quantidade de soluto (mol) com o volume da solução, geralmente em litros. Sua unidade é mol/L:

C_n = n₁/V

Existe uma fórmula que relaciona concentração comum com concentração em quantidade de matéria. Veja:

C_n = n₁/V e n₁ = m₁/M₁

Logo:

C_n = m₁/M₁.V

Como C = m₁/V, temos:

C_n = C/M₁ ou C = C_n . M₁

Podemos usar essa fórmula para transformar concentração em quantidade de matéria em concentração comum, ou vice-versa.

c) Título (T)

Pode relacionar a massa de soluto com a massa da solução ou o volume do soluto com o volume da solução.

T = m₁/m e T = V₁/V

O título em massa não tem unidade, pois é uma divisão de dois valores de massa (massa do soluto pela massa da solução), e as unidades se “cancelam”. Como a massa e o volume de soluto nunca poderão ser maiores que os da própria solução, o valor do título nunca será maior que 1.

Multiplicando o título por 100, teremos a porcentagem em massa ou em volume de soluto na solução (P):

P = 100 . T

d) Densidade da solução (d)

Relaciona a massa e o volume da solução:

d = m/V

Geralmente, as unidades usadas são g/mL ou g/cm3.

Cuidado para não confundir densidade com concentração comum, pois as duas relacionam massa com volume. Lembre-se de que na concentração comum se relaciona a massa de soluto com o volume da solução e, na densidade, a massa de solução com o volume da solução.

As diversas formas de expressar a concentração podem ser relacionadas:

C = 1000.d.T

Vídeo Complementar: