Aspectos quantitativos das soluções

Antes de aplicar as fórmulas que permitem calcular as relações matemáticas das solução, é fundamental compreender a definição de tais compostos. Pode-se dizer, em termos químicos, que as soluções são todas aquelas misturas homogêneas. Ou seja, a expressão nomeia as substâncias em que não é possível diferenciar o soluto e o solvente, mesmo com o uso de microscópio eletrônico. Por sua vez, as misturas heterogêneas são aquelas em que se consegue identificar as fases, isto é, o local de cada uma das substâncias puras presentes. O soluto é a substância que geralmente aparece em menor quantidade na mistura e que é dissolvida no solvente. Por sua vez, o solvente é responsável por diluir o soluto da reação. As soluções acontecem entre elementos em qualquer estado físicos, com diferentes graus de miscibilidade, concentração e solubilidade. Essas são algumas das características que as fórmulas apresentadas a seguir pretendem quantificar.

• As soluções são misturas homogêneas, onde não se vê as fases de solvente e soluto;
• Essas misturas são compostas por diferentes concentrações de solvente e soluto;
• A química conta com fórmulas que permitem quantificar essas características.

As concentrações das misturas

Nos laboratório de química, as soluções costumam ser preparadas a partir da dissolução de uma determinada massa de um soluto em certa quantidade de um soluto que tenha propriedades compatíveis. Como regra geral, fica estabelecido que substâncias polares são eficientes em dissolver outras substâncias polares, enquanto solutos apolares são solúveis em solventes apolares. Outro fator importante a ser observado são as ligações intermoleculares presentes nas substâncias, pois elas também influenciam na solubilidade.

Dessa forma, o conhecimento acerca das quantidades de solvente, soluto e do total da solução, propicia que sejam estabelecidas algumas relações matemáticas, chamadas de concentrações das soluções. A química ocupa-se de chegar a esses valores para avaliar numericamente as especificidades das diferentes misturas. As possíveis concentrações das soluções são representadas pelas seguintes fórmulas:

• Concentração comum (c)
Chama-se assim a relação entre a massa do soluto e o volume da solução, que é expressa pela seguinte fórmula:

C = massa do soluto / volume da solução
C = m1 / V

A unidade de medida resultante é g/L

• Densidade da solução (d)

É a unidade que indica a relação entre a massa da solução e o seu volume, portanto:

d = massa da solução / volume da solução
d = m / V

A unidade de medida resultante é g/L

• Título (t) porcentagem em massa e ppm/ppb

Esse é tipo de concentração que relaciona a massa de soluto e a massa da solução. Ela é uma das fórmulas mais usadas pelas indústrias farmacêuticas e químicas. Para se descobrir o título de uma mistura, aplica-se a fórmula abaixo:

t = massa do soluto / massa do soluto + massa solvente
t = m1 / m1 + m2
t = m1 / m2

• Partes por milhão (ppm) e partes por bilhões (ppb)

Nos dias atuais, é bastante recorrente que se empregue a unidade partes por milhão, ou ppm, e também partes por bilhão, representada por ppb. Ambas as medidas são extremamente úteis para indicar concentrações muito pequenas, sobretudo no caso de poluentes do ar, da água e da terra.

ppm: esta unidade expressa, em gramas, a quantidade de soluto encontrado em 1 000 000 (106) gramas de uma determinada solução.

ppb: esta unidade expressa, em gramas, a quantidade de soluto presente em 1 000 000 000 (109) gramas de uma determinada solução.

Ou seja,

• Uma solução que tenha 20 ppm contém 20g de soluto em 106 g de solução;
• Uma solução que tenha 5 ppb contém 5 g de soluto em 109 g de solução.

Os dois termos são usados com frequência para descrever soluções muito diluídas, especialmente nas misturas em que a massa da solução tem valor próximo à massa do solvente.

• Concentração em mol/L ou concentração molar ou molaridade (m)

É a relação estabelecida entre número de mol do soluto e o volume da solução, que é dado em litros pela fórmula assim escrita:

m = nº de soluto / volume da solução (L)
m = n1 / V (L) ou m = m1 / M1.V(L)

Exercícios sobre aspectos quantitativos das soluções

1) São dissolvidos 250 g de cloreto de sódio em uma quantidade de água suficiente para 2L de solução. Qual é a concentração g/L dessa solução?

2) A concentração (g/L) de uma determinada solução é de 30 g/L. Calcule o volume dessa mistura, sabendo que ela tem 75g de soluto.

3) Calcule a concentração em g/L de uma solução que tenha 400 cm³ de volume e apresente 10g de soluto.

4) Determine a concentração em quantidade de matéria (m/L) de uma solução aquosa de cloridreto que, em volume de 3000 mL, contém 43,8 g de HCl. (MA: H = 1, Cl = 35,5).

5) São dissolvidos 23,4 g de NaCl em água suficiente para 4000 cm³ de solução. Calcule a concentração em quantidade de matéria da solução. (MA: Na = 23, Cl= 35,5).