As soluções
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.
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.
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 $\text{g/L}$?
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.
- a) Quantos gramas de solução obtém no total?
- 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?
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?
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.
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:
- a) Enrasar com água até ao traço de referência do gargalo do balão.
- b) Pesar o soluto na balança.
- c) Dissolver o soluto num gobelé com um pouco de água.
- 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»?
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 $8\ \text{g/L}$.
- a) Quantos gramas de sulfato de cobre deve pesar?
- 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.
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:
- a) A Joana não tara a balança com o vidro de relógio, pelo que, na realidade, pesa menos sal do que pensa.
- b) O Bruno enrasa o balão volumétrico acima do traço de referência do gargalo.
- 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 $10\ \text{g/L}$.
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.
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.
- a) Qual é o solvente do ar? Justifica a resposta.
- b) Quantos litros de oxigénio há, aproximadamente, em $10\ \text{L}$ de ar?
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?
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.
- a) Que massa tem $1\ \text{L}$ dessa solução?
- b) Quantos gramas de sal há nesse litro?
- c) Exprime a concentração em $\text{g/L}$.
- d) É o mesmo uma solução a $10\ \%$ em massa que uma de $10\ \text{g/L}$? Justifica a resposta com os resultados anteriores.
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.
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.
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.
- a) Quantos gramas de hipoclorito contêm esses $50\ \text{mL}$ de lixívia?
- b) Qual é a concentração da solução do balde, em $\text{g/L}$?
- c) Explica por que razão a massa de hipoclorito não se altera ao adicionar água, embora a concentração se altere.
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.
- a) Quantos gramas de sal fornece cada solução?
- b) Qual é a concentração da mistura, em $\text{g/L}$?
- c) Por que razão é que a concentração final não é $20\ \text{g/L}$, a média das duas concentrações?
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.
- a) Calcula a concentração de A, em $\text{g/L}$.
- b) Quantos gramas de sal contêm os $100\ \text{mL}$ retirados de A?
- c) Calcula a concentração de B a partir desses gramas.
- 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?