soluções químicas

Prof. Nunes

Soluções QuímicasSoluções Químicas

Universidade Federal do Ceará

Centro de Ciências

Departamento de Química Orgânica e Inorgânica

Química Geral e Orgânica

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Soluções QuímicasSoluções Químicas

1

Prof. Dr. José Nunes da Silva [email protected]

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O que é uma solução?O que é uma solução?

SoluçãoSolução

LíquidoLíquido em que estão diluídas substâncias solúveis

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LíquidoLíquido no qual estão dissolvidos sais, extratos e outras substâncias solúveis

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� Uma mistura tem duas características definidoras:

1) sua composição é variável, e

2) mantém algumas propriedades de seus componentes.

Nesta unidade, vamos nos concentrar nas soluções, o tipo mais comum demistura, a soluçãosolução.

Mistura x Mistura x SoluçãoSolução

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mistura, a soluçãosolução.

� A soluçãosolução é uma misturamistura homogêneahomogênea, onde não há fronteiras separando seuscomponentes. Em outras palavras, uma solução existe como uma única fase.

� Amistura heterogênea tem duas ou mais fases.

3

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�� QuaseQuase todostodos osos gases,gases, líquidoslíquidos ee sólidossólidos queque formamformam nossonosso mundomundo sãosãomisturasmisturas - duasduas ouou maismais substânciassubstâncias fisicamentefisicamente misturadasmisturadas, mas nãoquimicamente combinadas.


�� MisturasMisturas sintéticassintéticas, como o vidrovidro esabãosabão, geralmente contêm relativamentepoucospoucos componentescomponentes,

DQOI - UFC4

poucospoucos componentescomponentes,

� Enquanto que misturasmisturas naturaisnaturais, comoáguaágua dodo marmar e do solosolo, são maiscomplexas, muitas vezes com maisais dede5050 substânciassubstâncias diferentesdiferentes.

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� Misturas vivas, tais como árvoresárvores e alunosalunos, são as mais complexas, atémesmo uma simplessimples célulacélula bacterianabacteriana contém bem maismais dede 50005000 diferentesdiferentescompostoscompostos.


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SoluçãoSolução

As soluçõessoluções podem existir em qualquer dos 3 estados da matéria3 estados da matéria:

Gasoso:Gasoso: ar atmosférico

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LíquidoLíquido: água com gás

Sólido: Sólido: ouro 24 quilates

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Componentes da SoluçãoComponentes da Solução

As soluções são compostas de solutosoluto e solventesolvente.

SolutoSoluto

� é o gás ou sólido, no caso de um gás ou sólido dissolvido em um

líquido;

� é o componente em menor quantidade nos demais casos.

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SolventeSolvente

� é o líquido, no caso de um gás ou sólido dissolvido em um líquido;

� é o componente em maior quantidade nos demais casos.

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Preparação de SoluçõesPreparação de Soluções

Quais são os Quais são os motivos práticos motivos práticos para se preparar soluções???para se preparar soluções???

� maior mobilidade das espécies em reações químicas;

� mensurar pequenas quantidades de massas;

� entre outros tantos....

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Soluções GasosasSoluções Gasosas

Em geral, gases e vapores que não reagem entre si misturam-se em todas

as proporções para formar soluçõessoluções gasosasgasosas.

O arar atmosféricoatmosférico é um exemplo:

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Soluções LíquidasSoluções Líquidas

Podem ser preparadas pela dissolução dedissolução de:

� um gás em um líquidoum gás em um líquido: CO2 + água = água com gás

� um líquido em outro líquido: um líquido em outro líquido: água + álcool absoluto = álcool 70%

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� um sólido em um líquido: um sólido em um líquido: NaCl + água = salmora

É também possível se obter uma solução líquida solução líquida pela mistura de 2 sólidosmistura de 2 sólidos:

�� liga liga KK--NaNa: : com % de sódio de 10-50%.

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Soluções SólidasSoluções Sólidas

Podem ser preparadas pela dissolução dedissolução de:

a) a) um gás em um sólido: um gás em um sólido: H2 + níquel

b) b) um líquido em um sólido: um líquido em um sólido: amálgama de prata (Hg em Ag)

c) c) um sólido em um sólido: um sólido em um sólido: Cu + Zn (bronze)

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Níquel de Níquel de RaneyRaney

a)a) b)b) c)c)

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SolubilidadeSolubilidade:: é a quantidade de substância que se dissolve numa

determinada quantidade de solvente, a uma determinada temperatura, para

formar uma solução saturada.

ExemploExemplo:: NaCl(s) + H2O �� Na+(aq) + Cl-(aq)) SS NaClNaCl ((2020ooC)C) == 3636g/g/100100mLmL

SolubilidadeSolubilidade

menos que 36 gmenos que 36 g 40g 40g

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insaturadainsaturada

100 ml20 oC

menos que 36 gmenos que 36 g

saturadasaturada

40g 40g

4g

12

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ExemploExemplo:: NaCl(s) + H2O �� Na+(aq) + Cl-(aq)) SS NaClNaCl ((2020ooC)C) == 3636g/g/100100mLmL

Solução SaturadaSolução Saturada

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EmEm condiçõescondições especiaisespeciais é possívelpossível solubilizarsolubilizar umauma quantidadequantidade superiorsuperior aoao

determinadodeterminado pelapela solubilidadesolubilidade do composto. Neste caso, obtemos uma

solução supersuper--saturadasaturada.

) = 36g/100mL

Soluções SuperSoluções Super--saturadassaturadas

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Trata-se de uma situação instável, onde uma pequena perturbaçãoprovoca a imediata precipitação do soluto.

45g

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Concentrações de SoluçõesConcentrações de Soluções

A concentração de uma solução é a quantidade de solutosoluto dissolvida numa

certa quantidade de solventesolvente ou soluçãosolução.

As concentrações mais utilizadas são:

� Molaridade: Molaridade: M = número de moles / litros de solução

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� % ponderal do soluto: % ponderal do soluto: (massa do soluto/massa da solução)*100

� MolalidadeMolalidade:: W = moles do soluto / Kg do solvente

� gramas/Litrogramas/Litro

� partes por milhão (partes por milhão (ppmppm) ) e partes por bilhão (partes por bilhão (ppbppb)15

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MolalidadeMolalidade

MolalidadeMolalidade:: W = moles do soluto

Kg do solvente

Exercício: Qual é a molalidade de uma solução que contém 128 g de CH3OHem 108 g de água?

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MolalidadeMolalidade

Exercício: Quantos gramas de H2O devem ser utilizados para dissolver 50,0 gde sacarose para preparar uma solução de sacarose, C12H22O11, 1,25 molal?

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Fração MolarFração Molar

Exercício: Quais são as frações molares de CH3OH e H2O na solução quecontém 128128 gramasgramas dede CHCH33OHOH e 108108 gramasgramas dede HH22OO.

DQOI - UFC18

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As solubilidadessolubilidades dasdas substânciassubstâncias, umas nas outras, variamvariam

amplamenteamplamente. Por exemplo, é possível que uma substância seja muito

solúvel num solvente e insóluvel em outro.

QuestionamentosQuestionamentos::

Fatores que Explicam a SolubilidadeFatores que Explicam a Solubilidade

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QuestionamentosQuestionamentos::

� Por que substâncias semelhantes se dissolvem mutuamente em

maiores proporções do que substâncias diferentes???

� Que fatores estão envolvidos na solubilidade???

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A solubilidade pode ser explicada com base em A solubilidade pode ser explicada com base em dois fatoresdois fatores::

� Tendência natural das substâncias se misturarem.

� Forças intermoleculares entre:

� soluto-soluto

Fatores que Explicam a SolubilidadeFatores que Explicam a Solubilidade

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� soluto-soluto

� solvente-solvente

� soluto-solvente

Em resumo, a solubilidade de um soluto num solvente depende do

equilíbrio entre a tendênciatendência naturalnatural àà misturaçãomisturação e a tendênciatendência dede umum

sistemasistema terter aa menormenor energiaenergia possívelpossível.20

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As forçasforças dede ligaçãoligação (intramolecularesintramoleculares e intermolecularesintermoleculares) surgem de

atraçõesatrações eletrostáticaseletrostáticas entre cargascargas opostasopostas.

� ligaçãoligação iônicaiônica:: atração entre cátions e ânions

� ligaçõesligações covalentescovalentes:: núcleos e pares de elétrons

�� ligaçãoligação metálicametálica:: cátions metálicos e elétrons de valência deslocalizados

Forças IntermolecularesForças Intermoleculares

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�� ligaçãoligação metálicametálica:: cátions metálicos e elétrons de valência deslocalizados

As forçasforças intermolecularesintermoleculares, por outro lado, são devido à:

� atração entre as moléculas com cargas parciais

�atração entre íons e moléculas.

Os doisdois tipostipos dede forçasforças diferemdiferem emem magnitudemagnitude, e a leilei dede CoulombCoulomb explica

por quê.21

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� As forçasforças dede ligaçãoligação sãosão relativamenterelativamente fortesfortes, porque envolvem cargas

maiores que estão mais próximas.

� As forçasforças intermolecularesintermoleculares são relativamente fracas, porque elas

normalmente envolvem cargascargas menoresmenores queque sãosão maismais distantesdistantes


DQOI - UFC

normalmente envolvem cargascargas menoresmenores queque sãosão maismais distantesdistantes

22

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� A que distânciadistância estão as cargas em diferentes moléculas para aumentar as

forçasforças intermolecularesintermoleculares entre elas?

� Considere a moléculamolécula dede ClCl22 como um exemplo. Quando medimos as

distâncias entre dois núcleos de Cl em uma amostra de Cl2 sólido, obtêm-se

dois diferentes valores.


DQOI - UFC

dois diferentes valores.

23

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van der van der WaalsWaals

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Dois diferentesdiferentes valoresvalores dede distânciadistância entre 22 átomosátomos dede clorocloro:

�� entreentre doisdois núcleosnúcleos dede duasduas moléculasmoléculas distintasdistintas (maior)(maior)

�� entreentre doisdois núcleosnúcleos dada mesmamesma moléculamolécula (raio(raio covalente)covalente)

24

ChamadaChamada dede distânciadistância dede vanvan derder WaalsWaals (Essa distância é amais próxima que uma molécula de Cl2 pode se aproximar de outra, oponto em que as atraçõesatrações intermolecularesintermoleculares estãoestão emem equilíbrioequilíbrio comcom asasrepulsõesrepulsões dada nuvemnuvem dede elétrons)elétrons)

RaioRaio dede vanvan derder WaalsWaals ~~ distânciadistância dede vanvan derder WaalsWaals//22

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van der van der WaalsWaals

Raios covalentesRaios covalentesRaios de van der Raios de van der WaalsWaals

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Chamada de Chamada de distância de van der distância de van der WaalsWaals

Raio de van der Raio de van der WaalsWaals

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Existem vários tipos de forças intermoleculares:

� ion-dipolo

� dipolo-dipolo

� ligação de hidrogênio

� dipolo-dipolo induzido

� forças de dispersão

DQOI - UFC

� forças de dispersão

comcom forçasforças bembem distintasdistintas..

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Forças de LigaçãoForças de Ligação

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DQOI - UFC28

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Forças Intermoleculares Forças Intermoleculares –– ÍonÍon--DipoloDipolo

� Força atrativa entre um íoníon e uma moléculamolécula polarpolar vizinha.

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� O exemplo mais importante ocorre quando um composto iônicose dissolve na água.

� Os íons se separam porque as atrações entre os íons e os pólos de cargaoposta das moléculas de H2O superaram as atrações entre os íons.

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Forças Intermoleculares Forças Intermoleculares –– DipoloDipolo--DipoloDipolo

Quando moléculasmoléculas polarespolares estão próximos

DQOI - UFC30

Quando moléculasmoléculas polarespolares estão próximosumas das outras, como em líquidoslíquidos eesólidossólidos, suas cargas parciais agem comominúsculos campos elétricos que asorientam e dão origem a forçasforças dipolodipolo--dipolodipolo, onde o pólopólo positivopositivo dede umaumamoléculamolécula atraiatrai oo pólopólo negativonegativo dada outraoutra.

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Forças Intermoleculares Forças Intermoleculares –– DipoloDipolo--DipoloDipolo

Essas forças são responsáveis pelo fato de compostoscompostos polarespolares teremterem maioresmaiores pontospontos

dede ebuliçãoebulição que compostoscompostos apolaresapolares commassasmassas molaresmolares semelhantessemelhantes.

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Forças Intermoleculares Forças Intermoleculares –– Ligação de HidrogênioLigação de Hidrogênio

� Um tipo especial de força dipolodipolo--dipolodipolo surge entre as moléculas que têmum átomoátomo dede hidrogêniohidrogênio ((δδ++)) ligado a um pequeno átomo altamenteeletronegativo (A) comcom parespares dede elétronselétrons isoladosisolados ((::B)B).

DQOI - UFC32

eletronegativo (A) comcom parespares dede elétronselétrons isoladosisolados ((::B)B).

� Os átomosátomos (A)(A) mais importantes que se encaixam nessa descrição são NN, OOe FF.

As ligações H-N, H-O e H-F são muito polares, e a densidade de elétrons éretirada das proximidades do átomo de H. Como resultado, o HH parcialmenteparcialmentepositivopositivo ((δδ++)) de uma molécula é atraído pela parteparte negativanegativa dede outraoutra moléculamolécula((::B)B) e uma ligaçãoligação dede hidrogêniohidrogênio se forma.

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Polarizabilidade Polarizabilidade –– IonIon--DipoloDipolo InduzidoInduzido

A distorção da nuvem eletrônica em:�� moléculamolécula apolarapolar -- criacria umum momentomomento dede dipolodipolo induzidoinduzido temporáriotemporário.

DQOI - UFC33

�� moléculamolécula polarpolar -- aumentaaumenta oo momentomomento dede dipolodipolo jájá estáestá presentepresente.

A fonte do campo elétrico pode ser o eletrodos de uma bateria, a carga deum íoníon, ou a cargascargas parciaisparciais de uma molécula polar.

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Polarizabilidade Polarizabilidade –– IonIon--DipoloDipolo InduzidoInduzido

� A facilidadefacilidade comcom queque aa nuvemnuvem eletrônicaeletrônica dede umauma partículapartícula podepode serserdistorcidadistorcida é chamado de sua polarizabilidadepolarizabilidade.

�� ÁtomosÁtomos menoresmenores (ou(ou íons)íons) são menosmenos polarizadospolarizados dodo queque osos maioresmaioresporque os seus elétrons estão mais próximos ao núcleo e, portanto, sãomantidos mais firmemente presos.

� Assim, observam-se as tendênciastendências:

DQOI - UFC34

po

lari

zab

ilid

ade

+

+

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Forças de Dispersão de Forças de Dispersão de LondonLondon

� A polarizabilidadepolarizabilidade desempenha um papelpapel centralcentral na mais universal forçaintermolecular.

Fritz Fritz LondonLondon

DQOI - UFC35

� Até este ponto, nós discutimos as forçasforças queque dependemdependem dada existênicaexistênica dedeumauma cargacarga, seja em um íoníon ou em umauma moléculamolécula polarpolar.

�� MasMas porpor queque asas substânciassubstâncias apolaresapolares comocomo oo cloro,cloro, octano,octano, ee argônioargôniopodempodem condensarcondensar ee solidificar?solidificar?

� A principal força intermolecular responsável para os estadoscondensados de substâncias apolares é a forçaforça dede dispersãodispersão (ou(ou forçaforça dededispersãodispersão dede London)London), nomeado por FritzFritz LondonLondon.

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� As forçasforças dede dispersãodispersão são causadas por oscilaçõesoscilações momentâneasmomentâneas dedecargacarga dodo elétronelétron em átomos e, portanto, estão presentes entre todas as

Fritz Fritz LondonLondon

DQOI - UFC36

cargacarga dodo elétronelétron em átomos e, portanto, estão presentes entre todas aspartículas (átomos, íons e moléculas).

� Observando-se um átomo em uma amostra de gásgás argônioargônio, vemos que namédia ao longo do tempo, os 1818 elétronselétrons estãoestão distribuídosdistribuídos uniformementeuniformementeao redor do núcleo, de modo que o átomoátomo éé apolarapolar.

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� Mas emem qualquerqualquer instanteinstante, podepode haverhavermaismais elétronselétrons dede umum ladolado dodo núcleonúcleoqueque porpor outrooutro, de modo que o átomotem um dipolodipolo instantâneoinstantâneo.

� Longe (situaçãosituação AA), dois átomos deargônio não se influenciam, mas seeles se aproximarem (situaçãosituação BB), se

DQOI - UFC37

eles se aproximarem (situaçãosituação BB), seinfluenciarão mutuamente.� um dipolodipolo instantâneoinstantâneo induzinduz

umum dipolodipolo emem seuseu vizinhovizinho.

� O resultado é um movimentomovimentosincronizadosincronizado dosdos elétronselétrons nos doisátomos (situação(situação C)C), que provocaprovocaumauma atraçãoatração entreentre eleseles.

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Forças Intermoleculares Forças Intermoleculares –– Sistemas BiológicosSistemas Biológicos

DQOI - UFC38

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Forças Intermoleculares Forças Intermoleculares -- SumárioSumário

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Em soluções gasosas:Em soluções gasosas:

� Forças intermolecularesForças intermoleculares são desprezíveisdesprezíveis

� PredominaPredomina a tendência natural à tendência natural à misturaçãomisturação

Soluções MolecularesSoluções Moleculares

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O2

O2

O2

O2O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

N2

N2

N2

N2

N2

N2

N2

N2N2

N2

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Em soluções gasosas:Em soluções gasosas:

� Forças intermolecularesForças intermoleculares são desprezíveisdesprezíveis

� PredominaPredomina a tendência natural à tendência natural à misturaçãomisturação

DQOI - UFC

N2

N2

O2

O2O2

N2

O2

O2

O2

N2

N2

N2

N2

O2

O2

N2

N2

N2

O2

N2O2

O2

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Um solutosoluto molecularmolecular irá se solubilizar em um solventesolvente somente se as novasnovas

interaçõesinterações solutosoluto--solventesolvente foremforem tãotão estáveisestáveis (ou(ou mais)mais) que as interações

antes existentes entre solutosoluto--solutosoluto e solventesolvente--solventesolvente.

DQOI - UFC

soluto

solvente42

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�� MisturaMistura dede hexanohexano--octanooctano:: SolúveisSolúveis entreentre si,si, poispois asas forçasforçasintermolecularesintermoleculares nosnos trêstrês sistemassistemas sãosão equivalentesequivalentes..


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� MisturaMistura dede octanooctano--águaágua: InsolúveisInsolúveis entreentre sisi,, poispois asasforçasforças intermolecularesintermoleculares sãosão muitomuito distintasdistintas nono trêstrêssistemassistemas..


DQOI - UFC

O sistema optará pelas interações maismais fortesfortes que estabilizarão o sistema.44

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� Mistura de águaágua--metanolmetanol


DQOI - UFC

ForçasForças intermolecularesintermoleculares semelhantessemelhantes – são solúveissolúveis um no outro

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� Dissolução do Dissolução do metanol metanol em águaem água

Processo de Solubilização MolecularProcesso de Solubilização Molecular

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As substâncias iônicas apresentam solubilidades muito diferentes em água:

� S NaClNaCl (20oC) = 36g36g/100 mL

� SCaCa33(PO(PO44))22 (20oC) = 0,002g0,002g/100 mL

Soluções IônicasSoluções Iônicas

Diferenças de solubilidadesDiferenças de solubilidades podem ser explicadas em termos da:

DQOI - UFC

� atração entre íons no cristal (energia da rede)

� atração entre os íons e a água (energia de hidratação)

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Processo de Solubilização do Processo de Solubilização do NaClNaCl

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� Dissolução do Dissolução do NaClNaCl em águaem água

Processo de Solubilização IônicaProcesso de Solubilização Iônica

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NaCl(s) Na+(aq) + Cl-(aq)

O NaClNaCl é um composto cristalino que, quando colocado em água, libera

íons Na+ e Cl- para a solução, vindos da superfície do cristal.

Processo de SolubilizaçãoProcesso de Solubilização

H2O

DQOI - UFC50

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NaCl(s)Na+(aq) + Cl-(aq)

Estes íons podem movimentar-se livremente na água...

... ou podem colidir com a superfície do cristal...

... incorporando-se a ele.

Processo de SolubilizaçãoProcesso de Solubilização

H2O

DQOI - UFC

Depois de algum tempo...

... um equilíbrio é atingido.

no equilíbrio NaCl(s) Na+(aq) + Cl-(aq)

velocidades iguaisvelocidades iguais51

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A solubilidade de um composto pode ser quantificada através de sua

constante de solubilidade – KPs.

Produto de Solubilidade Produto de Solubilidade -- KPsKPs

A 2B (s ) 2 A +(a q ) + B --

(a q )H 2O

KPs = [A+]2 x [B-2]

DQOI - UFC

Composto KPs (em água a 25oC)

Cloreto de chumbo(II) (PbCl2) 1,17 ×10–5

Cloreto de prata (AgCl) 1,77 ×10–10

Hidróxido de ferro(II),Fe(OH)2 4,87 ×10–18

Sulfureto de prata (I) (Ag2S) 6,0 ×10–30

Fonte: CRC Handbook of Chemistry and Physics, 76th edition, CRC Press, INC, 1996

52

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Produto de Solubilidade Produto de Solubilidade -- KPsKPs


Mg(OH)2 1,8 x 10-11 (0,009 g/L)

Ca(OH)2 7,9 x 10-6 (1,85 g/L)

Sr(OH)2 1,5 x 10-4 (4,1 g/L)

Ba(OH)2 5,0 x 10-3 (56 g/L)

DQOI - UFC53


MgSO4 4,67 (260 g/L)

CaSO4 2,4 x 10-5 (3 g/L)

SrSO4 3,2 x 10-7 (0,1 g/L)

BaSO4 1,1 x 10-10 (0,0022 g/L)

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É o calor liberadoliberado ou absorvidoabsorvido, porpor molmol, quando uma sustância dissolve

a pressão constante para formar uma solução muito diluída.

Entalpia de SoluçãoEntalpia de Solução

DQOI - UFC54

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F- OH- SO4-2

Li+ + 4,9+ 4,9 -- 23,623,6 -- 29,829,8

Na+ + 1,9+ 1,9 -- 44,544,5 -- 2,42,4

K+ -- 17,717,7 -- 57,157,1 + 23,8+ 23,8

Ag+ -- 22,522,5 + 17,8+ 17,8

Entalpias de Solução a 25 Entalpias de Solução a 25 ooCC (KJ/mol)(KJ/mol)

DQOI - UFC55

Ag+ -- 22,522,5 + 17,8+ 17,8

Ca+2 + 11,5+ 11,5 -- 16,716,7 -- 18,018,0

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DQOI - UFC56

http://www.chem.iastate.edu/group/Greenbowe/sections/projectfolder/simDownload/index4.html#thermoChem

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Energia da RedeEnergia da Rede

A energia da rede age contra a dissoluçãoA energia da rede age contra a dissolução.

� inversamente proporcional a solubilidade de um sólido iônico;

� depende da carga dos íons carga dos íons e da distância que os separadistância que os separa.

DQOI - UFC

Raio Iônico En. da Rede Solubilidade

57

Mg(OH)2

Ca(OH)2

Sr(OH)2

Ba(OH)2

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Energia da HidrataçãoEnergia da Hidratação

A energia de hidratação energia de hidratação também depende dos raios iônicos.

� inversamente proporcional a raio iônico.

DQOI - UFC

Raio Iônico En. Hidratação Solubilidade

58

Mg(OH)2

Ca(OH)2

Sr(OH)2

Ba(OH)2

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Energia da HidrataçãoEnergia da Hidratação

A energia de hidratação energia de hidratação também depende dos raios iônicos.

� inversamente proporcional ao raio iônico.

DQOI - UFC59

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Mg(OH)2 1,8 x 10-11 (0,009 g/L)

Ca(OH)2 7,9 x 10-6 (1,85 g/L)

Sr(OH)2 1,5 x 10-4 (4,1 g/L)

Ba(OH)2 5,0 x 10-3 (56 g/L)

Energia da Rede x Energia da Rede x Energia de HidrataçãoEnergia de Hidratação

DQOI - UFC

Mg(OH)2

Ca(OH)2

Sr(OH)2

Ba(OH)2

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Raio Iônico

En. da Rede

Solubilidade

En. Hidratação

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A tendênciatendência dasdas solubilidadessolubilidades sese inverteinverte quando

a energiaenergia dede hidrataçãohidratação diminuidiminui muitomuito

rapidamenterapidamente, maismais queque aa energiaenergia dada rederede, dede

modomodo aa sese tornartornar oo fatorfator determinantedeterminante.


MgSO4 4,67 (260 g/L)

CaSO4 2,4 x 10-5 (3 g/L)

SrSO4 3,2 x 10-7 (0,1 g/L)

BaSO4 1,1 x 10-10 (0,0022 g/L)

Energia da Rede x Energia da Rede x Energia de HidrataçãoEnergia de Hidratação

DQOI - UFC

MgSO4

CaSO4

SrSO4

BaSO4

Raio Iônico

En. da Rede

Solubilidade

En. Hidratação

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Temperatura x SolubilidadeTemperatura x Solubilidade

SólidosSólidos IônicosIônicos:: SolubilidadeSolubilidade αααααααα 11/T/T ouou

SolubilidadeSolubilidade αααααααα TT

� ficam maismais ouou menosmenos solúveis em água em temperaturastemperaturas maismais

elevadaselevadas..

DQOI - UFC62

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� Como explicar o aumento da solubilidade com o

aquecimentoaquecimento ou resfriamentoresfriamento das soluções?

� A resposta foi dada por LeLe ChatelierChatelier,


Le Le ChatelierChatelier

DQOI - UFC63

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� O PrincípioPrincípio LeLe ChatelierChatelier afirma que, quando uma perturbaçãoperturbação éé

aplicadaaplicada a um sistema em equilíbrio, o sistemasistema responderesponde dede umauma

maneiramaneira aa aliviaraliviar aa perturbaçãoperturbação, deslocando o equilíbrio do sistema.


Processo exotérmico: reagentes produtos + calor

DQOI - UFC64

Processo endotérmico: calor + reagentes produtos

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DQOI - UFC65

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AcetatoAcetato dede cálcio,cálcio, Ca(CHCa(CH33COO)COO)22, é maismais solúvelsolúvel emem águaágua friafria dodo queque emem

águaágua quentequente.

Ca(CHCa(CH33COO)COO)2(s) 2(s) CaCa2+2+((aqaq)) + 2 CH+ 2 CH33COOCOO--

((aqaq)) + + calorcalor

DQOI - UFC66

calor

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Gases Solubilidade muito influenciada pela Pressão

LíquidosSólidos

Solubilidade sofre pouca influência da Pressão

Pressão x SolubilidadePressão x Solubilidade

DQOI - UFC67

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Gases: SolubilidadeSolubilidade αααααααα 11/T/T

� ficamficam menosmenos solúveissolúveis em água emem temperaturastemperaturas maismais

elevadaselevadas

DQOI - UFC68

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Equilíbrio: CO2(g) CO2(aq)


DQOI - UFC

Aumento da Pressão: CO2(g) ⇒⇒⇒⇒ CO2(aq)

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Equilíbrio: CO2(g) CO2(aq)


DQOI - UFC

Aumento da Pressão: CO2(g) ⇒⇒⇒⇒ CO2(aq)

70

S = KH . PLei de HenryLei de Henry

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Efeitos Efeitos ColigativosColigativos

H2O

DQOI - UFC

Congelamento = 0oC Ebulição = 100oC

Quando adicionamosadicionamos umum sólidosólido nãonão--volátilvolátil àà águaágua, o soluto alteraaltera asas

propriedadespropriedades físicasfísicas da água.

Estas alterações das propriedades físicas da água devido à adição do

soluto são denominadas como efeitosefeitos coligativoscoligativos.71

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Propriedades Coligativas das SoluçõesPropriedades Coligativas das Soluções

Para cada propriedade física que é modificada, temos uma propriedadepropriedade

coligativacoligativa que estuda o efeitoefeito coligativocoligativo.

Efeito Coligativo Propriedade Coligativa

Pressão de vapor Tonoscopia

Ponto de ebulição Ebuloscopia

DQOI - UFC


Ponto de congelamento Crioscopia

Pressão osmótica Osmoscopia

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Propriedades Coligativas das SoluçõesPropriedades Coligativas das Soluções

Os efeitos coligativos são diretamente proporcionais ao número de

partículas do soluto dissolvidas.

Em 1878, o químico francês FrançoisFrançois RaoultRaoult afirmou

que o efeitoefeito coligativocoligativo era diretamente proporcional à

molalidade da solução (W) – LeiLei dede RaoultRaoult.

DQOI - UFC

KT = constante tonoscópicatonoscópica molal

KC = constante crioscópicacrioscópica molal

KE = constante ebuloscópicaebuloscópica molal

KO = constante osmoscópicaosmoscópica molal

Efeito Coligativo = K . W

1830 - 1901

73

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Pressão de VaporPressão de Vapor

PressãoPressão dede vaporvapor éé aquelaaquela exercidaexercida pelaspelas moléculasmoléculas (de maior energia)dodo solventesolvente contracontra aa interfaceinterface parapara passarpassar aoao estadoestado dede vaporvapor.

DQOI - UFC74

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DQOI - UFC75

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interface líquido/vapor


DQOI - UFC

Pvapor

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interface

líquido/vapor

Pvapor


DQOI - UFC

Com a adiçãoadição dede partículaspartículas dede solutosoluto (íons ou moléculas) intensificam-seas forças atrativas moleculares e diminuidiminui aa pressãopressão dede vaporvapor dodo solventesolvente.

Pvapor

soluto

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DQOI - UFC78

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TonoscopiaTonoscopia e e EbuloscopiaEbuloscopia

DQOI - UFC79

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TonoscopiaTonoscopia

A fórmula para o cálculo da TonoscopiaTonoscopia segue abaixo:

∆p∆p = P= P22 –– PP, onde:

P = pressão de vapor da solução

P = pressão de vapor do solvente



DQOI - UFC

P2 = pressão de vapor do solvente

80

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TonoscopiaTonoscopia



DQOI - UFC81

Lei de Lei de RaoultRaoult

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Usando a Lei de Usando a Lei de RaoultRaoult

CalculeCalcule oo abaixamentoabaixamento dada pressãopressão dede vaporvapor, P, quando 10.0 mL of glicerol(C3H8O3) são adicionados 500 mL de água a 50°C. Nesta temperatura, a pressãode vapor da água pura é 92.5 torr sua densidade é 0.988 g/mL. A densidade doglicerol é 1.26 g/mL.

DQOI - UFC82

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ExercitandoExercitando

A sacarose é um soluto não volátil e não ionizável. DetermineDetermine aa diminuiçãodiminuição dadapressãopressão dede 2525°°C,C, dede umauma soluçãosolução dede sacarosesacarose 11..2525 mm. Assuma que a soluçãocomporta-se como uma solução ideal. A pressão de vapor da água pura a 25°C é23.8 torr.

DQOI - UFC83

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A 40°C, a pressão de vapor do heptano puro é 92,0 torr e a pressão de vapor do octano puro é 31,0 torr. Considere uma solução que contenha 1 mol de heptano e 4 moles de octano. CalculeCalcule a a pressãopressão de de vapor de vapor de cadacada componentecomponente e a e a pressãopressãode vapor de vapor dada soluçãosolução resultanteresultante.

DQOI - UFC84

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EbuloscopiaEbuloscopia

Ocorre o aumento da intensidade das forças interativasaumento da intensidade das forças interativas, pela presença

das partículas do soluto.



DQOI - UFC85

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DQOI - UFC86

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� Como o abaixamento da pressão de vapor, a magnitude dada elevaçãoelevação dodopontoponto dede ebuliçãoebulição éé proporcionalproporcional aa concentraçãoconcentração dasdas partículaspartículas dodosolutosoluto.

DQOI - UFC87

� A Molalidade é a unidade de concentração usada porque ela é relacionadarelacionada ààfraçãofração molarmolar, e assim àsàs particulasparticulas dodo solutosoluto.

� Ela também envolve massa ao invés de volume do solvente, então ela não éafetada por variações de temperatura.

� A constanteconstante KKbb tem unidade oCC//molalmolal e é específica para um cada solvente.

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Constantes Constantes EbuloscópicasEbuloscópicas

� A constanteconstante KKbb tem unidade oCC//molalmolal e é específica para um cada solvente.

DQOI - UFC88

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CrioscopiaCrioscopia

Iguais quantidades de diferentes solutos moleculares não-voláteis,

dissolvidos numa mesma quantidade de solvente, à mesma temperatura,

causa o mesmo abaixamentoabaixamento nana temperaturatemperatura dede congelamentocongelamento desse


Ponto de Congelamento Crioscopia

DQOI - UFC

solvente na solução.

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DQOI - UFC90

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Ponto de Congelamento Crioscopia

DQOI - UFC91

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� A magnitude do abaixamentoabaixamento dodo pontoponto dede congelamentocongelamento éé proporcionalproporcional aaconcentraçãoconcentração dasdas partículaspartículas dodo solutosoluto.


DQOI - UFC

�� KfKf águaágua == 11,,8686 ooCC//molalmolal

�� 11MM glicoseglicose�� 00,,55 MM dede NaClNaCl�� 00,,3333 MM KK22SOSO44

92

� A constanteconstante KKff tem unidade ooCC//molalmolal..

1 mol de partículas1 mol de partículas ∆∆∆∆∆∆∆∆TTff = = --1,86 1,86 ooCC

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� Como enfatizado, asas propriedadespropriedades coligativascoligativas dependem do número departículas de soluto em uma determinada massa de solvente.

� Uma solução aquosa 00,,1010 molalmolal de um composto covalente que não seioniza promove uma diminuição do ponto de congelamento de 00,,186186 °° CC(Kf = 1,86 oC/M).

� Se a dissociação for completa, uma solução de KBrKBr 00,,100100MMMMMMMM teria ummolalidademolalidade eficazeficaz dede 00,,200200MMMMMMMM (ou seja, 0,100 M K+ + 0,100M de Br-?)

Propriedades Coligativas e Dissociação IônicaPropriedades Coligativas e Dissociação Iônica

DQOI - UFC93

molalidademolalidade eficazeficaz dede 00,,200200MMMMMMMM (ou seja, 0,100 M K+ + 0,100M de Br-?)

� Assim, deveríamos prever que uma solução 0,100M deste eletrólito forteteria uma diminuiçãodiminuição dodo pontoponto dede congelamentocongelamento dede 22 xx 00,,186186°°CC (0,372°C)

� Na verdade, a diminuiçãodiminuição observadaobservada éé apenasapenas 00,,349349 °°CC. Este valor para∆Tf é cerca de 6% menor do que esperaríamos para uma molaridadeefetiva de 0,200M.

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Propriedades Coligativas e Dissociação IônicaPropriedades Coligativas e Dissociação Iônica

Concentração DTf esperada (oC) DTf observada(oC) Variação %

0,1 molal 2 x 0,186 = 0,372 0,349 6

1,0 molal 2 x 1,86 = 3,72 3,29 11

KfKf águaágua = 1,86 = 1,86 ooCC//molalmolal

DQOI - UFC94

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Fator van Fator van HoffHoff

� Uma medida do grau de dissociação (ou ionização) de um eletrólito em água éo fatorfator dede van'tvan't HoffHoff,, ii, para a solução.

� É a razão da propriedade coligativa real com o valor que seria observado senão ocorresse dissociação.

DQOI - UFC95

� O valor ideal, ou limite, de i para uma solução de KBrKBr seriaseria 22, e o valor paraeletrólitoseletrólitos 22::11, como NaNa22SOSO44 seriaseria 3. EssesEsses valoresvalores sese aplicamaplicam aa soluçõessoluçõesinfinitamenteinfinitamente diluídasdiluídas emem queque nenhumanenhuma associaçãoassociação dede íonsíons ocorreocorre dede modomodoapreciávelapreciável.

� Para soluções KBr 0,10M e 1,0 m, ii éé inferiorinferior aa 22.

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Fator van Fator van HoffHoff

DQOI - UFC96

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Você adicionou 1,00 Kg do anticongelante etileno glicol (C2H6O2) aoradiador de seu carro, que contém 4450 g de água. Quais ospontospontos dede ebuliçãoebulição e congelamento da solução resultante?

DadosDados:: KKbb == 5050,,512512 ooCC//MMMMMMMM

DQOI - UFC97

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Você adicionou 1,00 Kg do anticongelante etileno glicol (C2H6O2) ao radiador deseu carro, que contém 4450 g de água. Quais os pontos de ebulição econgelamentocongelamento da solução resultante?

DadosDados:: KKff == 11,,8686 ooCC//MMMMMMMM

DQOI - UFC98

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Quando 15g de álcool etílico, C2H5OH, é dissolvido em 750g de ácido fórmico, oponto de congelamento da solução é 7,2 oC. Sabendo-se que o ponto decongelamento do ácido fórmico puro é 8,4 oC, determinedetermine oo valorvalor dede KfKf parapara ooácidoácido fórmicofórmico.

DQOI - UFC99

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OsmoscopiaOsmoscopia


Pressão Osmótica Osmoscopia

OsmoscopiaOsmoscopia é a medida do aumentoaumento dada pressãopressão osmóticaosmótica decorrentedecorrente dodo

acréscimoacréscimo dede solutosoluto.

DQOI - UFC100

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OsmoseOsmose

OsmoseOsmose é a passagem de um solvente para o interior de uma solução,

feita desse mesmo solvente, através de uma membranamembrana semipermeávelsemipermeável

(MSP)(MSP), que permitepermite aa passagempassagem dodo solventesolvente e impedeimpede aa passagempassagem dodo

solutosoluto.

soluto solvente

mesma concentração

DQOI - UFC

OSMOSE

APÓS CERTO TEMPO

m.s.p

concentradadiluída

m.s.p

concentração

101

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OsmoseOsmose

DQOI - UFC102

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OsmoseOsmose

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OsmoseOsmose

� Quando uma cenoura é embebida emuma solução salina concentrada, a águaáguafluiflui parapara forafora dasdas célulascélulas da planta porporosmoseosmose.

� Uma cenoura, após uma noite, embebidaem solução salina (à esquerda) perdeu

DQOI - UFC104

em solução salina (à esquerda) perdeumuita água e tornou-se mole.

� A cenoura embebido, após uma noite, emágua pura (à direita) é pouco afetada.

H2O NaCl(aq)

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Pressão OsmóticaPressão Osmótica

A pressãopressão osmóticaosmótica ((ππππππππ)) é a pressão que deveria aplicar sobre a solução

para impedir a passagem do solvente através da membrana

semipermeável. ππππππππ == MRTMRT

soluto solvente

DQOI - UFC

OSMOSE

m.s.p

concentradadiluída

ππππ

105

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Determinando a Determinando a MassarMassar Molar de um SolutoMolar de um Soluto

Os bioquímicos descobriram mais de 400 variedades mutantes de hemoglobina,a proteína do sangue que carrega o oxigênio através do corpo. Alguns físicos,estudando uma variedade associada com uma doença fatal, foram os primeiros aencontrar sua massa molar.

Eles dissolveram 21,5 mg da proteína em água a 5,0 oC e prepararm 1,5mL deuma solução e, a seguir, mediram a pressão osmótica da mesma (3,61 torr). Quala massa molar desta variedade de hemoglobina? DadoDado:: RR == 00,,082082 atmatm..LL..molmol--11..KK--11

DQOI - UFC106

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Osmose e Células SanguíneasOsmose e Células Sanguíneas

(a) Célula em solução hipotônicahipotônica. Há um fluxofluxo dede águaágua parapara dentrodentro da célula,causando o inchamento da célula.

(b) Célula em solução isotônicaisotônica. Nada Nada ocorreocorre.

(c) Célula em solução hipertônicahipertônica. Há um fluxofluxo de de águaágua parapara forafora da célula, causandosua desidratação e morte.

DQOI - UFC107

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Sugestão de LeituraSugestão de Leitura

DQOI - UFC108

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DQOI - UFC110

soluções químicas

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