2011 - solucoes e escalas, Slides de Química. Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)
augusto.tanamati
augusto.tanamati27 de Novembro de 2013

2011 - solucoes e escalas, Slides de Química. Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)

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Slide 1

Prof.: Arci Dirceu Wastowski

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA Curso: Tecnólogo em Alimentos

Disciplina: Dpadf 0023 - Química Instrumental 1o semestre / 2011

Comparação de Soluções e escalas

CONCENTRAÇÃO DE SOLUÇÕES.

1. Solução.

Afinal, o que é uma solução?

Define-se solução como sendo uma mistura homogênea composta de dois ou mais

componentes.

Uma solução consiste de:

Solvente. Este é o componente da solução que se apresenta em maior quantidade. Freqüentemente,

mas não necessariamente, ele é a água, o que caracteriza uma solução aquosa. Em nosso curso

trataremos apenas de solução aquosa.

Soluto. Este é o componente que, usualmente, se apresenta em menor quantidade. É a substância

que se dissolve no solvente.

Figura 2. Dissolução do NaCl em água.

Figura 1. Dissolução do açúcar em água.

No caso de soluções aquosas, esta ligação pode ser do tipo de ligações de hidrogênio ou de hidratação (solvatação)

2. Água como solvente.

A distribuição de moléculas em um fluido é controlada pela energia de interação entre as mesmas.

A natureza da interação, por sua vez, depende sensivelmente da geometria molecular e distribuição das cargas.

Eletronegatividade para os elementos mais comuns

Molécula polar

Devido à natureza polar da água, NaCl pode ser separado em seus íons (Na+ e Cl-)

Esta é a maneira como as substâncias sólidas iônicas se dissolvem na água, e este processo é chamado de hidratação.

Quando o solvente é outro que não a água, o processo é denominado de solvatação.

Figura 3. Hidratação dos íons Na+ e Cl-.

Nem todas as substâncias são polares.

Algumas são não polares ou apolares. Benzeno é um solvente comum apolar.

A regra é: “o semelhante se dissolve no semelhante”.

3 Concentração.

A palavra concentração se refere à quantidade de soluto que é dissolvido em um solvente.

De um modo geral a concentração é definida como:

Quantidade de Componente de Interesse CONCENTRAÇÃO =

 Quantidade do Material Total

Quantidade de Soluto CONCENTRAÇÃO DE SOLUÇÃO =     

Quantidade de Solução (Soluto + Solvente)

Porém, quando estamos trabalhando com soluções, a definição de concentração se resume a:

Podemos ter concentração expressa em termos de porcentagem (%) em peso ou em volume (g/100 mL), partes por milhão (ppm), partes por bilhão (ppb)

Escalas de Medida

Representam a forma como os dados coletados para um estudo serão medidos, por exemplo, se serão ordenados, se terão postos atribuídos, se serão medidos de forma numérica, etc.

Unidades Comuns para expressar concentrações traços

unidade abrevia

tura massa/ massa

massa/ volume

volume/ volume

parte por milhão 

1ppm=10-4% ppm mg/Kgg/g

mg/L g/mL

La/L nLb/mL

parte por bilhão  1ppb=10-7 % 

=10-3 ppm ppb g/Kgng/g

g/L ng/mL

nL/L pLc/mL

% miligrama mg % mg/100 g mg/100 mL -

a = L - microlitro=10-6L; b = nL - nanolitro=10-9L; c = pL - picolitro=10-12L 1L = 1000 mL; 1mL= 1000 L; 1 L = 1000 nL; 1nL = 1000 pL.

Esquema de cálculo em ppm

O ppm (partes por milhão) é uma medida bastante utilizada em casos de substâncias que se apresentam apenas em quantidades-traço.

Normalmente é adotado quando se deseja expor, em laudos ou relatórios técnicos, resultados de análises físico-químicas.

Um exemplo típico é o das aflatoxinas presentes em amendoim e seus derivados.

Usualmente, padronizou-se a unidade ppm como sendo uma parte em um milhão ou, em outras palavras, como se segue:

Supondo que, para a água, 1 kg equivale a 1L temos:

Portanto,

Usualmente, é mais fácil adotar a simplicidade da definição de ppm para iniciar os cálculos, ou seja, parte-se da definição de que

1 ppm = 1 parte por 1 milhão de partes

Exemplo de cálculo:

Calcule o volume de hipoclorito de sódio a 5% que deve ser utilizado para se obter uma solução de concentração 45 ppm em 30 L de água.

1 ppm = 1 parte por 1 milhão de partes 45 ppm = 45 partes em 1 milhão de partes Fazendo 1 parte = 1 mL 45 mL ____________ 1000000 de mL

1,35 mL se fosse uma solução de 100% de concentração, mas trata-se de produto comercial a 5% de concentração.

1,35 mL _____________ 5%

y ______________ 100% y = 27 mL

x _____________ 30000 mL x = 1,35 mL

EXERCÍCIOS

1. Calcule quanto de agente sanitizante (100% puro) deve ser utilizado para elaborar 10 litros de uma solução de cloro a 40 ppm. (Resp.: 0,4 mL)

2. Descreva o modo de preparo da solução do exercício anterior. 3. Elabore 10 litros de solução sanitizante a 40 ppm partindo de cloro a 5% de concentração.

(Resp.: 8 mL) 4. Elabore 100 litros de solução sanitizante a 80 ppm. Use como solução-mãe ácido peracético

com 12% de concentração. (Resp.: 66,7 mL) 5. Descreva o modo de preparo de 50 litros de solução sanitizante a 30 ppm de concentração

partindo de: a) Cloro a 8% de concentração (Resp.: 18,8 mL); b) Hipoclorito de sódio variando entre 2,0 e 2,5% de concentração (Resp.: 66,7 mL); c) Ácido peracético a 10% de concentração (Resp.: 15 mL) e d) Iodo a 33% de concentração (Resp.: 4,5 mL ).

6. 35 quilos de tomates precisam ser higienizados em 2 etapas. Na primeira, usa-se solução a 80 ppm de cloro ativo e na segunda, solução com 30 ppm de cloro ativo. Calcule quanto (no total) de solução-mãe, a 7% de concentração, será utilizado para preparar 70 litros de cada solução. (Resp.: 110 mL)

7. Adotando 100 ppm para pisos, paredes e bancadas; 70 ppm para utensílios e equipamentos e 50 ppm para a matéria-prima:

a) Calcule quanto da solução-mãe precisa ser utilizada para preparar, respectivamente, 30 (pisos, paredes e bancadas), 10 (utensílios e equipamentos) e 200 (matéria-prima) litros de solução partindo de ácido peracético a 8% de concentração. (Resp.: 37,5 mL (pisos, paredes e bancadas); 8,8 mL (utensílios e equipamentos); 125 mL (matéria-prima); total: 171,3 mL)

b) Descreva o modo de preparo de cada uma das soluções.

1 mol de qualquer substância contém 6,022 x 1023 moléculas, que é o número de Avogadro.

no de mols de soluto CONCENTRAÇÃO DE SOLUÇÃO =  = M

Volume da solução em L ou dm3

Porém, o número de mols do soluto é calculado por:

massa em gramas no de mols =  Massa molecular (MM) ou mol

massa em gramas CONCENTRAÇÃO DE SOLUÇÃO =  = M

(MM ou mol) x Volume da solução em dm3 ou L

No laboratório é usado um frasco ou balão volumétrico de volume calibrado para o preparo das soluções, as quais, assim preparadas, passam a ser denominadas de concentração analítica.

Figura 4. Balão volumétrico.

Em diluições a quantidade de solvente é que aumenta e a quantidade de soluto permanece sempre constante

O número original ou inicial de mols do soluto é igual ao número de mols do soluto no final, ou seja:

no mols inicial = no mols final

A molaridade (M) é expressa como: no de mols/volume (em dm3 ou L).

Observa-se então que o no de mols = M x V

Portanto: M(inicial) x V(inicial) = M(final) x V(final)

Mi x Vi = Mf x Vf Resumidamente:

Equação geral da diluição

A relação entre volume inicial e volume final tem sido, algumas vezes, denominado de fator de diluição.

Escalas de Medida

Representam a forma como os dados coletados para um estudo serão medidos, por exemplo, se serão ordenados, se terão postos atribuídos, se serão medidos de forma numérica, etc.

Milímetro (mm).........0,001 m Centímetro (cm)............0,01 m Decímetro (dm).............0,1 m Metro ( m )...............1 m Decâmetro (dam).............10 m Hectômetro ( hm )...........100 m Quilômetro ( km )........1000 m

Comprimento

Massa

grama (g) decagrama (dag) hectograma (hg) quilograma (kg) 0,001 kg 0,01 kg 0,1 kg 1 kg

Conversão entre as escalas:

C F T

Considerando os três termômetros marcando a temperatura de um mesmo líquido com valores C,F e T, podemos montar uma proporção já que as alturas da coluna de mercúrio são as mesmas.

Simplificando os denominadores:

100 273

180 32

100  TFC

5 273

9 32

5  TFC

Equação de conversão entre as escalas

o zero absoluto se dá a –273,15ºC.

PRESSÃO

pascal (Pa)

1atm corresponde a pressão exercida por uma coluna de 760 mm de Mercúrio à 0ºC,

Portanto 1 atm eqüivale no Sistema Internacional a 101325Pa.

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