Química dos ensinos fundamental e médio · Grades 1–12
26Concentração e diluição
Uma bolsa de soro está pendurada acima da cama de um paciente. O rótulo diz “cloreto de sódio 0.9 %”: sal na água, e mais nada. Mas o número 0.9 não é um detalhe. Com sal de menos, as células do sangue do paciente incham de água; com sal demais, elas murcham. Uma solução não é descrita só pelos seus ingredientes, mas por quanto soluto cada volume dela contém: a sua concentração. Este capítulo mede concentrações, prepara soluções de concentração exata e as dilui.
O que você já sabe
Uma solução é formada por um solvente e por um ou mais solutos dissolvidos; a solubilidade é a maior massa de soluto que uma dada quantidade de solvente consegue dissolver (Capítulo 9). A quantidade de matéria de uma espécie é , em mols (Capítulo 25).
26.1 A concentração em massa
Definição 26.1 (Concentração em massa)
A concentração em massa de um soluto numa solução é a massa de soluto dissolvido por volume de solução:
em gramas por litro ().
Exemplo 26.2 (Água com açúcar)
Dissolvem-se de açúcar em água, e a solução é completada até . A sua concentração em massa de açúcar é . Qualquer parte dela tem a mesma concentração: um copo de dela contém de açúcar.
Observação 26.3 (O volume é o da solução)
O volume em é o volume da solução inteira, e não o da água despejada: dissolver um soluto muda um pouco o volume. É por isso que uma solução é sempre completada até um volume final conhecido, num frasco marcado para isso.
Observação 26.4 (Concentração não é solubilidade)
A solubilidade de um soluto é a maior concentração que ele pode alcançar; uma solução pode ter qualquer concentração entre zero e esse valor. O cloreto de sódio se dissolve até cerca de por quilograma de água a ; a bolsa de soro só contém por litro, muito longe da saturação.
Observação 26.5 (As porcentagens dos rótulos)
Nos rótulos de remédios e de alimentos, “0.9 %” para um sólido dissolvido em água em geral quer dizer de soluto por de solução. Em gramas por litro, isso é dez vezes mais: a bolsa de soro contém de cloreto de sódio.
26.2 A concentração molar
Definição 26.6 (Concentração molar)
A concentração molar de um soluto numa solução, também chamada concentração em quantidade de matéria, é a quantidade de soluto dissolvido por volume de solução:
em mols por litro ().
Proposição 26.7 (De uma concentração à outra)
Para um soluto de massa molar ,
Demonstração. . ∎
Exemplo 26.8 (A bolsa de soro em mols)
A bolsa de soro contém de cloreto de sódio, de massa molar . A sua concentração molar é
O rótulo do fabricante dá o mesmo número pelo outro lado: 154 milésimos de mol de íons sódio por litro.
Observação 26.9 (Os íons em solução)
O cloreto de sódio se dissolve na forma de íons separados e (Capítulo 17): uma solução de cloreto de sódio a contém de íons sódio e de íons cloreto. Como um sólido iônico se desfaz na água é o assunto de um capítulo mais adiante.
26.3 Preparar uma solução por dissolução
Método 26.10 (Preparar uma solução dissolvendo um sólido)
Para preparar um volume de solução de concentração molar :
- Calcule a quantidade necessária, , e a massa a pesar, .
- Pese essa massa de sólido num pequeno recipiente numa balança.
- Despeje o sólido, por um funil, num balão volumétrico de volume ; enxágue o recipiente e o funil com água destilada para dentro do balão, para que nenhum sólido se perca.
- Acrescente água destilada até cerca da metade do balão e agite em movimentos circulares até que todo o sólido se dissolva.
- Acrescente água destilada até a marca, as últimas gotas com um conta-gotas; tampe o balão e vire-o várias vezes para misturar.
No laboratório — Completar até a marca
A marca de um balão volumétrico é um anel em volta do gargalo. A água num tubo de vidro estreito não termina plana: a sua superfície se curva para baixo no meio, formando um menisco. O balão está cheio quando a parte de baixo do menisco toca a marca, vista com o olho na altura da marca, de modo que a frente e o fundo do anel pareçam uma única linha. Visto de cima ou de baixo, o nível pode parecer certo quando não está.
26.4 Diluir
Definição 26.11 (Diluição, solução-estoque, fator de diluição)
Uma diluição diminui a concentração de uma solução por acréscimo de solvente. A solução concentrada tomada no início é a solução-estoque. O fator de diluição é a razão entre a concentração da solução-estoque e a da solução diluída:
Proposição 26.12 (A quantidade de soluto se conserva)
Durante uma diluição, a quantidade de soluto não muda: se um volume de solução-estoque de concentração for completado até um volume , a solução diluída tem a concentração dada por
O mesmo vale para as concentrações em massa.
Demonstração. Só se acrescenta solvente: o soluto tomado com o volume , uma quantidade , está todo no volume final , onde ele forma a quantidade . ∎
Método 26.13 (Preparar uma solução por diluição)
Para preparar um volume de solução de concentração a partir de uma solução-estoque de concentração :
- Calcule o volume de solução-estoque a tomar, (isto é, ).
- Despeje um pouco de solução-estoque num béquer limpo (nunca pipete direto do frasco) e tome exatamente com uma pipeta volumétrica, cheia até a sua marca.
- Deixe a pipeta escoar num balão volumétrico de volume .
- Acrescente água destilada até a marca, tampe e misture.
Exemplo 26.14 (Uma diluição de dez vezes)
Uma solução-estoque de sulfato de cobre tem ; são necessários a . O fator de diluição é , logo : uma pipeta de e um balão de .
26.5 Uma escala de padrões
Definição 26.15 (Solução-padrão, escala de padrões)
Uma solução-padrão é uma solução cuja concentração é conhecida com exatidão. Uma escala de padrões é uma série de soluções-padrão do mesmo soluto, em concentrações crescentes, em geral preparadas diluindo uma mesma solução-estoque; comparar uma solução desconhecida com ela dá uma estimativa da concentração da desconhecida.
Exemplo 26.16 (Uma escala azul)
A partir de uma solução-estoque de sulfato de cobre a , preparam-se seis padrões a 0.02, 0.04, 0.06, 0.08, 0.10 e , cada um em tubos idênticos cheios até a mesma altura. Uma solução de concentração desconhecida, no mesmo tipo de tubo, parece mais escura que o tubo de e mais clara que o de : a sua concentração fica entre as duas, cerca de .
Segurança
Soluções de sulfato de cobre: nocivas se ingeridas, irritantes para a pele, lesivas para os olhos, muito tóxicas para os organismos aquáticos. Óculos de proteção e luvas; as soluções usadas são recolhidas para tratamento, nunca jogadas na pia.
Observação 26.17 (Os limites do olho)
O olho só consegue dizer “entre estes dois tubos”. Para medir uma concentração com mais precisão a partir da cor de uma solução, os químicos medem quanta luz ela absorve; um capítulo mais adiante faz exatamente isso.
26.6 Exercícios
Exercício 26.1 ★
Dissolvem-se de açúcar para fazer de solução. Calcule a concentração em massa de açúcar, em gramas por litro.
Solução
Solução de Exercício 26.1.
.
Exercício 26.2 ★
Uma solução de contém de glicose. Calcule a sua concentração molar.
Solução
Solução de Exercício 26.2.
.
Exercício 26.3 ★
Que massa de sulfato de cobre anidro deve ser pesada para preparar de solução a ?
Solução
Solução de Exercício 26.3.
; ; .
Exercício 26.4 ★
Uma solução-estoque a é diluída até . Qual é o fator de diluição? Que volume de solução-estoque é necessário para fazer de solução diluída?
Solução
Solução de Exercício 26.4.
; .
Exercício 26.5 ★
Uma solução de cloreto de sódio tem concentração molar de . Qual é a sua concentração em massa?
Solução
Solução de Exercício 26.5.
, cerca de .
Exercício 26.6 ★★
Que volume de uma solução-estoque a deve ser tomado para preparar de solução a ? Dê o nome das duas vidrarias usadas.
Solução
Solução de Exercício 26.6.
(fator de diluição 25). Uma pipeta volumétrica de e um balão volumétrico de .
Exercício 26.7 ★★
Por que uma solução de concentração exata é preparada num balão volumétrico, e não num béquer graduado? Por que um volume de solução-estoque é medido com uma pipeta volumétrica, e não com uma proveta?
Solução
Solução de Exercício 26.7.
O balão volumétrico tem uma única marca, feita para um volume e exata a uma pequena fração de por cento; as graduações de um béquer são só uma indicação grosseira. Do mesmo modo, uma pipeta volumétrica fornece um volume com muita exatidão, enquanto uma proveta é mais larga e lida com menos precisão.
Exercício 26.8 ★★
Olhe a escala de padrões de sulfato de cobre. Uma segunda solução desconhecida é mais clara que o tubo de , mas mais escura que o de . Estime a sua concentração. Como a escala poderia ser mudada para estimá-la com mais precisão?
Solução
Solução de Exercício 26.8.
Entre e : cerca de . Para mais precisão, acrescentar padrões entre esses dois, por exemplo a 0.025, 0.030 e : uma escala mais fina onde ela é necessária.
Exercício 26.9 ★★
Uma solução de glicose para infusão contém de glicose . Calcule a sua concentração molar.
Solução
Solução de Exercício 26.9.
; .
Exercício 26.10 ★★
Um xarope é feito dissolvendo de sacarose para obter de solução. Calcule a sua concentração molar. Ele é depois diluído dez vezes. Que massa de sacarose contém uma colherada de do xarope diluído?
Solução
Solução de Exercício 26.10.
, logo e . Diluída dez vezes: , isto é, . Uma colherada de contém de sacarose.
Exercício 26.11 ★★
Uma solução tem concentração em massa de . Qual é a sua concentração (a) depois que se acrescenta água para dobrar o seu volume; (b) depois que metade da sua água evaporou, com todo o soluto continuando dissolvido?
Exercício 26.12 ★★★
Uma solução a é diluída dez vezes, o resultado é diluído dez vezes de novo, e mais uma vez.
- Qual é a concentração final?
- Por que isso é feito em três etapas, e não numa única diluição de 1000 vezes (pense nos volumes das vidrarias necessárias)?
Solução
Solução de Exercício 26.12.
- Três diluições de 10 vezes fazem uma diluição de : .
- Uma única diluição de 1000 vezes exigiria ou um volume minúsculo de solução-estoque ( em ), impossível de medir com exatidão com uma pipeta, ou um balão muito grande ( em ). Três diluições de dez vezes usam pipetas e balões comuns.
Exercício 26.13 ★★★
Dissolvem-se de cloreto de cálcio para fazer de solução. Na água, o sólido se separa em íons cálcio e íons cloreto .
- Calcule a concentração molar de cloreto de cálcio dissolvido.
- Deduza as concentrações molares dos íons cálcio e dos íons cloreto na solução.
Solução
Solução de Exercício 26.13.
- ; ; .
- Cada dá um e dois : e .
Exercício 26.14 ★★★
Um balão volumétrico de tem um gargalo de diâmetro interno . Um aluno o enche com a parte de baixo do menisco acima da marca.
- Que volume de água a mais foi acrescentado (volume de um cilindro: )?
- Em que porcentagem a concentração da solução fica baixa demais?
Solução
Solução de Exercício 26.14.
- , : , isto é, de água a mais.
- O mesmo soluto está em em vez de : a concentração fica baixa demais em .
Exercício 26.15 ★★★
Misturam-se de solução de cloreto de sódio a com de solução de cloreto de sódio a . Supondo que os volumes se somam, calcule a concentração da mistura. Ela é a média das duas concentrações? Explique.
Solução
Solução de Exercício 26.15.
em : . Ela não é a média simples, : há três vezes mais da solução diluída, por isso a mistura fica mais perto de . É a média ponderada pelos volumes.
26.7 Problema: a bolsa de soro
Problema 26.1
Problema de fim de semana — quanto de uma solução salina concentrada vai para uma bolsa de soro “0.9 %”?
O laboratório da farmácia de um hospital guarda uma solução estéril concentrada de cloreto de sódio com (no rótulo: “20 %”). Ele precisa preparar bolsas de da solução “0.9 %” usada nas infusões, diluindo a solução concentrada com água estéril.
Parte I — O que quer dizer 0.9 %.
- O rótulo “0.9 %” quer dizer de sal por de solução. Dê a concentração em massa em .
- Expresse-a também em miligramas por mililitro.
- Que massa de cloreto de sódio contém uma bolsa de ?
- O cloreto de sódio se dissolve até cerca de por quilograma de água. A solução da bolsa está longe da saturação?
- Um paciente recebe dessa solução num dia. Que massa de sal é essa?
Parte II — Em mols.
- Calcule a massa molar do cloreto de sódio.
- Calcule a concentração molar da solução da bolsa.
- Que quantidade de cloreto de sódio uma bolsa contém?
- Quais são as concentrações molares dos íons sódio e dos íons cloreto na bolsa?
- Quantos íons sódio uma bolsa contém?
Parte III — A partir da solução concentrada.
- Calcule o fator de diluição entre a solução concentrada e a solução da bolsa.
- Que massa de cloreto de sódio deve vir da solução concentrada para uma bolsa? Deduza o volume de solução concentrada a tomar.
- Confira esse volume com o fator de diluição.
- Calcule a concentração molar da solução concentrada, e verifique que .
- Mais ou menos que volume de água estéril é acrescentado então (suponha que os volumes se somam)?
Parte IV — Vidraria e exatidão.
- Não existe pipeta volumétrica desse volume. Que vidraria, graduada em décimos de mililitro, poderia fornecê-lo?
- Em que recipiente o volume final deve ser completado, para ser exato?
- Se fossem tomados em vez do volume certo, que concentração em massa a bolsa teria? Em que porcentagem ela estaria errada?
- Dê a resposta final: que volume da solução concentrada vai para uma bolsa de ?
Solução
Solução de Problema 26.1.
1. por : .
2. por , isto é, por mililitro.
3. .
4. Sim: cerca de por litro, contra uns por quilograma de água na saturação, umas quarenta vezes menos.
5. de sal.
6. .
7. .
8. (ou ).
9. Cada dá um e um : os dois a .
10. íons sódio.
11. .
12. Os da bolsa vêm todos da solução concentrada: .
13. .
14. ; e : iguais.
15. Cerca de de água estéril.
16. Uma pipeta graduada de (ou uma bureta), lida a .
17. Num balão volumétrico de , completado até a marca.
18. , concentrada demais em .
19. da solução concentrada (“20 %”) para uma bolsa de .