Soluções químicas são misturas homogêneas de soluto e solvente. Sua concentração pode ser medida de várias formas e a diluição é uma técnica comum para controlar a concentração de solutos. Entender soluções é fundamental para a química e tem aplicações em várias áreas.
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O que é uma solução?
Uma solução é o que ocorre quando dois produtos químicos são misturados, chamados de solvente e soluto . A combinação de soluto e solvente juntos é uma solução. Uma solução geralmente é uma substância dissolvida em outra, como a dissolução de sal em água.
O que é um soluto?
Um soluto é uma molécula ou partícula que é distribuída em um solvente. Sempre haverá menos soluto do que solvente. Isso significa que em uma solução o soluto é sempre o componente menor.
O que é um solvente?
O solvente é a molécula que compõe a maior parte da solução. Há sempre mais solvente do que qualquer outro componente presente. Normalmente, o solvente é o que todo o resto é dissolvido.
A água é conhecida como o 'solvente universal'. Devido a capacidade de dissolver mais substâncias do que qualquer outro solvente comum. E é daí que vem a designação de solvente universal.
Classificação das Soluções
Quanto a Quantidade de Soluto:
• Soluções Saturadas são aquelas que têm a quantidade máxima de soluto dissolvido em um determinado solvente a uma determinada temperatura. Neste tipo de solução, o equilíbrio entre as partículas dissolvidas e as partículas não dissolvidas é estabelecido.
• Soluções Insaturadas são aquelas que têm uma quantidade menor de soluto dissolvido em relação ao que poderia ser dissolvido em um determinado solvente e temperatura. Isto significa que, neste tipo de solução, há espaço para mais soluto ser dissolvido.
• Soluções Supersaturadas são soluções com uma quantidade maior de soluto dissolvido em relação à solução saturada a uma determinada temperatura. Neste tipo de solução, as partículas de soluto estão em excesso e não há espaço para mais soluto dissolver-se. Soluções supersaturadas são instáveis e podem precipitar o soluto se perturbadas.
Quanto ao Estado FÍsico do Soluto e do Solvente:
• Solução Gasosa: o soluto é um gás e o solvente também é um gás. Exemplo: ar saturado de umidade
• Solução Líquida: o soluto é um líquido ou sólido dissolvido em um solvente líquido. Exemplo: água com açúcar, água com cloreto de sódio (sal de cozinha).
• Solução Sólida: o soluto é um sólido dissolvido em um solvente sólido. Exemplo: aço inoxidável, que é uma solução de cromo em ferro.
Quanto à Natureza do Soluto:
• Soluções iônicas: são formadas por íons dissolvidos em um solvente, geralmente água. Exemplos incluem cloreto de sódio (sal de cozinha) dissolvido em água.
• Soluções moleculares: são formadas por moléculas dissolvidas em um solvente, geralmente líquido orgânico. Exemplos incluem álcool dissolvido em água.
• Soluções coloidais: são formadas por partículas dispersas em um solvente, com diâmetros de alguns nanômetros a algumas dezenas de nanômetros. Exemplos incluem leite, neve e espuma.
Quanto à sua Capacidade de Conduzir Eletricidade
• Soluções eletrolíticas ou condutoras: são aquelas que permitem a passagem de corrente elétrica, devido à presença de íons dissolvidos, como é o caso de soluções de sais iônicos.
• Soluções não eletrolíticas ou isolantes: são aquelas que não permitem a passagem de corrente elétrica, devido à ausência de íons dissolvidos ou à presença de moléculas que não conduzem eletricidade, como é o caso de soluções de açúcares ou outras moléculas orgânicas.
Coeficiente de Solubilidade
O coeficiente de solubilidade é a quantidade máxima de soluto que pode ser dissolvido em um solvente a uma determinada temperatura e pressão. Quando a solução atinge o seu coeficiente de solubilidade, torna-se saturada e não há mais espaço para dissolver mais soluto, a menos que a temperatura ou pressão sejam alteradas.
O coeficiente de solubilidade varia com a temperatura, com muitos solutos sendo mais solúveis em temperaturas mais elevadas. Além disso, o coeficiente de solubilidade também pode ser influenciado pela pressão, com solutos gasosos sendo mais solúveis em altas pressões.
Por exemplo, a tabela abaixo representa o gráfico de coeficientes de solubilidade do KNO3 (Nitrato de Potássio) /100 g de água:
Observe a seguir os valores dos coeficientes de solubilidade do KNO3 em 100 g de água em diferentes temperaturas:
Importante destacar:
• Solução saturada não quer dizer que é uma solução concentrada.
• Uma solução supersaturada é instável. A tendência desse tipo de solução é se transformar em uma solução saturada com precipitado.
• Uma solução saturada pode ter ou não precipitado.
• Dissolução endotérmica: é um processo químico em que uma substância dissolve outra e, como resultado, calor é liberado. Isso significa que a energia é absorvida durante o processo de dissolução.
• Dissolução exotérmica: é o processo oposto, no qual a substância que é dissolvida libera calor durante o processo. Assim, energia é liberada no processo de dissolução.
Concentração das Soluções
A concentração de uma solução é a medida da quantidade de soluto (substância dissolvida) presente em relação ao solvente (substância dissolvente). A concentração pode ser expressa em várias unidades.
Abaixo, as principais relações de concentração:
Concentração Comum (C)
Concentração Comum (C) é uma medida da quantidade de uma substância em solução. É usada para quantificar a quantidade de soluto e de solvente numa solução.
Onde:
C - concentração em gramas por litro (g/L);
m - massa do soluto em gramas (g);
V - volume da solução em litros (L).
Densidade da Solução (d)
A densidade de uma solução é a relação entre a massa de uma determinada quantidade de solução e o volume ocupado por ela.
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Onde:
d - densidade medida em kg/m3, g/cm3 ou g/mL;
m - massa medida em kg ou g;
v - volume medido em m3, cm3 ou mL.
Concentração Molar (M) ou Concentração em Quantidade de Matéria ou Molaridade (M)**
A concentração molar é uma unidade de medida da quantidade de uma substância presente em uma solução.
Onde:
M - concentração molar (em mol/L);
n - número de mol (em mol);
V - volume de solução (em litros);
m1 - massa do soluto (em gramas);
MM1 - massa molar da substância, obtida pela soma do número de massa de cada elemento que constitui o soluto (em g/mol).
**O termo molaridade não é recomendado pela IUPAC, porém é comum a sua utilização.
Título ou Porcentagem em Massa e Volume (τ)
Título relaciona a massa ou volume do soluto e o volume da solução.
Onde:
τm - título da solução; τv - título da solução;
m1 - massa de soluto em gramas (g); v1 - volume de soluto em mL;
m - massa da solução em gramas (g). v - volume da solução em mL.
A massa ou volume do soluto e da solução devem estar na mesma unidade. O título em massa ou volume não tem unidade, por ser uma divisão de dois valores de massa (a massa do soluto pela massa da solução) ou dois valores de volumes (o volume do soluto pelo volume da solução), e as unidades se cancelam.
Porcentagem em Massa e Volume
Ao multiplicarmos o título por 100, vamos ter a porcentagem em massa ou em volume do soluto.
Diluição de Soluções
A diluição de soluções é um processo de mistura de uma solução concentrada com um solvente (geralmente água) a fim de reduzir sua concentração de solutos. Isso é feito para alcançar uma concentração desejada ou para diluir a solução.É importante lembrar que a diluição não afeta a quantidade total de solutos na solução, apenas sua concentração.
A formula básica para calcular a concentração final de uma solução diluída é a seguinte:
Onde:
C1 - é a concentração da solução concentrada antes da diluição, em (g/L ou mol/L);
V1 - é o volume da solução concentrada utilizado na diluição, em (L ou mL);
C2 - é a concentração da solução diluída após a diluição, em (g/L ou mol/L);
V2 - é o volume total da solução diluída, em (L ou mL).
A mesma lógica se aplica à concentração molar. A formula básica para calcular a concentração molar final de uma solução diluída é a seguinte:
Onde:
M1 - é a concentração molar da solução concentrada antes da diluição;
V1 - é o volume da solução concentrada utilizado na diluição;
M2 - é a concentração molar da solução diluída após a diluição;
V2 - é o volume total da solução diluída.
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Físico-Química