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10.º ano A · Física e Química A
A matéria · Soluções e gases

As soluções

Antes de começar, convém dominares: Soluções e concentração (7.º ano do ensino básico (3.º ciclo))
Antes de começar, convém dominares: A massa volúmica (7.º ano do ensino básico (3.º ciclo))

Num laboratório de análises ninguém diz «deita lá um bocadinho de sal»: pesam-se exatamente $2{,}347\ \text{g}$ numa balança de precisão e enrasa-se um balão até ao traço gravado no vidro. Essa exatidão não é mania de químico: uma solução mal preparada estraga uma experiência, doseia mal um medicamento ou deixa passar um contaminante na água. Neste apartado vais tratar as soluções com esse rigor: três formas de dizer quanto soluto existe, como passar de uma para outra, como se prepara uma solução de verdade e o que acontece ao diluir ou misturar.

Três formas de exprimir a composição

Compara o rótulo de um frasco de álcool a 70 % (V/V), de um frasco de água oxigenada a 3 % (m/m) e de um saco de soro fisiológico com 9 g/L. Todos dizem quanto soluto contêm, mas com grandezas diferentes. Porquê?

Porque uma mesma solução pode ser descrita de três maneiras, conforme as duas quantidades que se comparam. A escolha depende de o soluto ser sólido, líquido ou gás e do que é mais prático medir.

Dois recipientes comparam a percentagem em massa e a concentração em massa: um gobelé sobre uma balança, em que o soluto se compara com a massa total, e um balão volumétrico cheio até ao traço de 1 L, em que se compara com o volume. % em massa massa de soluto / massa total g/L massa de soluto / volume total balança: massa total soluto 1 L massa de soluto / 1 L

Há ainda duas formas de exprimir a composição, que aqui só precisas de reconhecer. As ppm (partes por milhão) usam-se para quantidades muito pequenas, como contaminantes na água: $1\ \text{ppm}$ corresponde a cerca de $1\ \text{mg}$ de soluto por litro de solução aquosa diluída. A fração molar de um componente, $x_i = \dfrac{n_i}{n_{\text{total}}}$, compara a quantidade de matéria desse componente com a quantidade de matéria total; não tem unidades e vais usá-la depois de estudares a mole.

Pratica★☆☆Por começar
Para adubar as plantas da varanda, a Nora dissolve $30\ \text{g}$ de adubo solúvel em água até perfazer $2\ \text{L}$ de solução. A concentração mássica calcula-se…

Para adubar as plantas da varanda, a Nora dissolve $30\ \text{g}$ de adubo solúvel em água até perfazer $2\ \text{L}$ de solução. A concentração mássica calcula-se dividindo os gramas de soluto pelos litros de solução. Qual é a concentração do adubo, em $\text{g/L}$?

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Pratica★☆☆Por começar
Para fazer gargarejos, o Marcos dissolve $5\ \text{g}$ de sal em $95\ \text{g}$ de água. a) Quantos gramas de solução obtém no total? b) A percentagem em massa…

Para fazer gargarejos, o Marcos dissolve $5\ \text{g}$ de sal em $95\ \text{g}$ de água.

  1. a) Quantos gramas de solução obtém no total?
  2. b) A percentagem em massa calcula-se dividindo a massa de soluto pela massa total de solução e multiplicando por $100$. Qual é a percentagem em massa de sal?
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Pratica★☆☆Por começar
Um gel hidroalcoólico caseiro é preparado misturando $30\ \text{mL}$ de álcool com aloé vera até perfazer $150\ \text{mL}$ de gel. A percentagem em volume calcula-se…

Um gel hidroalcoólico caseiro é preparado misturando $30\ \text{mL}$ de álcool com aloé vera até perfazer $150\ \text{mL}$ de gel. A percentagem em volume calcula-se dividindo o volume de soluto pelo volume total de solução e multiplicando por $100$. Qual é a percentagem em volume de álcool do gel?

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Preparar uma solução no laboratório

Calcular uma concentração é só metade do trabalho: no laboratório é preciso concretizar o cálculo com material específico, e cada passo tem um nome preciso.

Balão volumétrico de 250 mL com solução até ao traço de referência do gargalo. O olho do observador está à altura do traço. Uma ampliação mostra que a parte mais baixa do menisco coincide com o traço. Balão volumétrico: volume exato até ao traço gargalo solução 250 mL olhos à altura do traço menisco traço de referência ampliação
Pratica★☆☆Por começar
No laboratório, vai preparar $250\ \text{mL}$ de uma solução utilizando um balão volumétrico. Ordena estes passos, que estão desordenados, e explica cada um pelas suas…

No laboratório, vai preparar $250\ \text{mL}$ de uma solução utilizando um balão volumétrico. Ordena estes passos, que estão desordenados, e explica cada um pelas suas palavras:

  1. a) Enrasar com água até ao traço de referência do gargalo do balão.
  2. b) Pesar o soluto na balança.
  3. c) Dissolver o soluto num gobelé com um pouco de água.
  4. d) Transferir a solução para o balão com a ajuda de um funil e completar com água quase até ao traço de referência.

O que significa exatamente «enrasar»?

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Pratica★★☆Por começar
Pedem-lhe para preparar $500\ \text{mL}$ de uma solução de sulfato de cobre a $8\ \text{g/L}$. a) Quantos gramas de sulfato de cobre deve pesar? b) Descreve como…

Pedem-lhe para preparar $500\ \text{mL}$ de uma solução de sulfato de cobre a $8\ \text{g/L}$.

  1. a) Quantos gramas de sulfato de cobre deve pesar?
  2. b) Descreve como prepararia a solução no laboratório, indicando o material que usaria (balança, gobelé, funil, balão volumétrico de $500\ \text{mL}$…) e em que momento enrasa.
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Pratica★★★Por começar
Três colegas preparam, cada um, $250\ \text{mL}$ de uma solução de $10\ \text{g/L}$ pesando $2,5\ \text{g}$ de sal, mas cada um comete um erro: a) A Joana não tara a…

Três colegas preparam, cada um, $250\ \text{mL}$ de uma solução de $10\ \text{g/L}$ pesando $2,5\ \text{g}$ de sal, mas cada um comete um erro:

  1. a) A Joana não tara a balança com o vidro de relógio, pelo que, na realidade, pesa menos sal do que pensa.
  2. b) O Bruno enrasa o balão volumétrico acima do traço de referência do gargalo.
  3. c) A Carla transfere a solução para o balão volumétrico, mas esquece-se de recolher com um pouco de água os restos de sal que ficaram agarrados ao gobelé.

Para cada caso, explica em que consiste o erro e justifica se a concentração real da sua solução fica acima, abaixo ou igual a $10\ \text{g/L}$.

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Conversões e massa volúmica

Num rótulo lê-se «37 % (m/m)», mas no laboratório mede-se o líquido com uma proveta, em mililitros. Quantos gramas de soluto há em cada litro?

A percentagem em massa compara massas; a concentração em massa compara uma massa com um volume. Para passar de uma à outra é preciso um dado que ligue massa e volume: a massa volúmica $\rho$ da solução (recorda o 7.º ano).

Quando o soluto é líquido ou gás, usa-se a percentagem em volume. O ar é uma solução gasosa: o azoto é o solvente (componente maioritário) e o oxigénio, o árgon e outros gases são os solutos.

Barra com a composição do ar em percentagem em volume: 78 % de azoto, 21 % de oxigénio e 1 % de árgon e outros gases. N₂ · 78 % O₂ · 21 % Ar e outros · 1 % 0 % 100 % (em volume)
Pratica★☆☆Por começar
O ar seco é uma solução de gases: $78\ \%$ de azoto, $21\ \%$ de oxigénio e $1\ \%$ de árgon e outros gases, em volume. A figura resume essa composição. a) Qual é o…

O ar seco é uma solução de gases: $78\ \%$ de azoto, $21\ \%$ de oxigénio e $1\ \%$ de árgon e outros gases, em volume. A figura resume essa composição.

N₂ · 78 % O₂ · 21 % Ar e outros · 1 % 0 % 100 %
  1. a) Qual é o solvente do ar? Justifica a resposta.
  2. b) Quantos litros de oxigénio há, aproximadamente, em $10\ \text{L}$ de ar?
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Pratica★★☆Por começar
Um desinfetante de superfícies indica no rótulo «álcool a $70\ \%$ em volume». Quantos mililitros de álcool contém um frasco de $250\ \text{mL}$ desse desinfetante?

Um desinfetante de superfícies indica no rótulo «álcool a $70\ \%$ em volume». Quantos mililitros de álcool contém um frasco de $250\ \text{mL}$ desse desinfetante?

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Pratica★★★Por começar
Uma solução de sal tem uma massa volúmica de $1,05\ \text{g/mL}$ e uma concentração de $10\ \%$ em massa. a) Que massa tem $1\ \text{L}$ dessa solução? b) Quantos gramas…

Uma solução de sal tem uma massa volúmica de $1,05\ \text{g/mL}$ e uma concentração de $10\ \%$ em massa.

  1. a) Que massa tem $1\ \text{L}$ dessa solução?
  2. b) Quantos gramas de sal há nesse litro?
  3. c) Exprime a concentração em $\text{g/L}$.
  4. d) É o mesmo uma solução a $10\ \%$ em massa que uma de $10\ \text{g/L}$? Justifica a resposta com os resultados anteriores.
Resolver

Diluir e misturar soluções

No laboratório raramente se usa a solução tal como vem do fornecedor: dilui-se até à concentração pedida pelo protocolo ou misturam-se várias soluções. Em ambos os casos, o que se conserva é a massa de soluto, nunca a concentração.

Mistura de duas soluções: um gobelé com volume V₁ e concentração c₁ mais outro com V₂ e c₂ dão um gobelé com volume V₁+V₂ e concentração final intermédia. V₁, c₁ + V₂, c₂ V₁+V₂, c final

Voltando ao início: o rigor do laboratório consiste em saber, em cada passo, qual é a massa de soluto e qual é o volume (ou a massa) total da solução. Com isso, as três formas de exprimir a composição deixam de ser um mistério.

Pratica★★☆Por começar
Para lavar o chão, dilui $50\ \text{mL}$ de uma lixívia de $40\ \text{g/L}$ em água até perfazer $2\ \text{L}$ de solução. Observa o esquema da diluição. a) Quantos…

Para lavar o chão, dilui $50\ \text{mL}$ de uma lixívia de $40\ \text{g/L}$ em água até perfazer $2\ \text{L}$ de solução. Observa o esquema da diluição.

50 mL 40 g/L + água 2 L c = ? g/L
  1. a) Quantos gramas de hipoclorito contêm esses $50\ \text{mL}$ de lixívia?
  2. b) Qual é a concentração da solução do balde, em $\text{g/L}$?
  3. c) Explica por que razão a massa de hipoclorito não se altera ao adicionar água, embora a concentração se altere.
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Pratica★★★Por começar
Misturam-se num mesmo recipiente $200\ \text{mL}$ de uma solução de sal de $30\ \text{g/L}$ com $300\ \text{mL}$ de outra solução de sal de $10\ \text{g/L}$. Supõe que o…

Misturam-se num mesmo recipiente $200\ \text{mL}$ de uma solução de sal de $30\ \text{g/L}$ com $300\ \text{mL}$ de outra solução de sal de $10\ \text{g/L}$. Supõe que o volume final é a soma dos dois. O esquema mostra a mistura.

200 mL 30 g/L + 300 mL 10 g/L 500 mL c = ? g/L
  1. a) Quantos gramas de sal fornece cada solução?
  2. b) Qual é a concentração da mistura, em $\text{g/L}$?
  3. c) Por que razão é que a concentração final não é $20\ \text{g/L}$, a média das duas concentrações?
Resolver
Pratica★★★Por começar
Prepara-se uma solução A dissolvendo $18\ \text{g}$ de sal em água até perfazer $300\ \text{mL}$. Em seguida, retiram-se $100\ \text{mL}$ de A, deitam-se num balão…

Prepara-se uma solução A dissolvendo $18\ \text{g}$ de sal em água até perfazer $300\ \text{mL}$. Em seguida, retiram-se $100\ \text{mL}$ de A, deitam-se num balão volumétrico e enrasa-se com água até $400\ \text{mL}$: essa é a solução B.

  1. a) Calcula a concentração de A, em $\text{g/L}$.
  2. b) Quantos gramas de sal contêm os $100\ \text{mL}$ retirados de A?
  3. c) Calcula a concentração de B a partir desses gramas.
  4. d) Confirma que obténs o mesmo com a fórmula das diluições, $c_1\cdot V_1=c_2\cdot V_2$, e explica por que razão funciona: o que se conserva sempre ao diluir?
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Em resumo

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