Formas de Concentração Química para Expressá-lo, Unidades, Molalidade e Molaridade

O concentração química é a medida numérica da quantidade relativa de soluto em uma solução. Esta medida exprime uma relação relação de soluto para uma quantidade ou volume de solvente ou de solução em unidades de concentração. O termo "concentração" está ligado à quantidade de soluto presente: uma solução será mais concentrada quanto mais soluto possuir.

Estas unidades podem ser físicas quando as magnitudes de massa e / ou volume dos componentes da solução ou produtos químicos são levadas em consideração, quando a concentração do soluto é expressa em termos de seus moles ou equivalentes, tomando como referência o número de Avogadro.

Assim, através do uso de pesos moleculares ou atômicos, e o número de Avogadro, é possível converter as unidades físicas em químicas ao expressar a concentração de um certo soluto. Portanto, todas as unidades podem ser convertidas para a mesma solução.

Índice

• 1 Soluções diluídas e concentradas
• 2 maneiras de expressar a concentração
  • 2.1 Descrição qualitativa
  • 2.2 Classificação por solubilidade
  • 2.3 Notação quantitativa
• 3 unidades de concentração
  • 3.1 Unidades de concentração relativa
  • 3.2 Unidades de concentração diluída
  • 3.3 Unidades de concentração baseadas em moles
  • 3.4 Formalidade e normalidade
• 4 Molaridade
  • 4.1 Exercício 1
  • 4.2 Exercício 2
• 5 Normalidade
  • 5.1 Cálculo
  • 5,2 Exercício 1
• 6 Molalidade
  • 6.1 Exercício 1
• 7 Recomendações e notas importantes sobre concentração química
  • 7.1 O volume da solução é sempre maior que o do solvente
  • 7.2 Utilidade da Molaridade
  • 7.3 As fórmulas não são memorizadas, mas as unidades ou definições são
• 8 referências

Soluções diluídas e concentradas

Como você pode saber se uma concentração é muito diluída ou concentrada? À primeira vista, pela manifestação de alguma de suas propriedades organolépticas ou químicas; isto é, aqueles que percebem os sentidos ou que podem ser medidos.

A imagem superior mostra uma diluição de uma concentração de dicromato de potássio (K₂Cr₂O₇), que exibe uma cor laranja. Da esquerda para a direita, você pode ver como a cor diminui sua intensidade à medida que a concentração é diluída, adicionando mais solvente.

Esta diluição permite obter deste modo uma concentração diluída a partir de uma concentração concentrada. A cor (e outras propriedades "ocultas" em seu peito alaranjado) muda da mesma maneira que sua concentração, seja com unidades físicas ou químicas.

Mas quais são as unidades de concentração química? Entre eles estão a molaridade ou concentração molar de uma solução, que relaciona as moles de soluto ao volume total da solução em litros.

A molalidade também é conhecida como concentração molar, que se refere às moles do soluto, mas que estão contidas em uma quantidade padronizada do solvente ou solvente que é exatamente um quilograma.

Este solvente pode ser puro ou, se a solução contiver mais do que um solvente, a molalidade será a moles do soluto por quilograma da mistura de solventes.

A terceira unidade de concentração química é a concentração normal ou normal de uma solução indica o número de equivalentes químicos de soluto por litro de solução.

A unidade em que a normalidade é expressa em equivalentes por litro (Eq / L) e em medicina as concentrações de electrólito de soro humano expressos em miliequivalentes por litro (mEq / L).

Formas de expressar concentração

A concentração de uma solução pode ser denotado em três maneiras principais, mesmo que estes têm uma variedade de termos e as próprias unidades, que podem ser utilizados para expressar a extensão deste valor: descrição qualitativa, quantitativa e notação em termos de classificação de solubilidade.

Dependendo do idioma e contexto em que você está trabalhando, você escolherá uma das três maneiras de expressar a concentração de uma mistura.

Descrição qualitativa

Principalmente utilizado em linguagem informal e não técnico, a descrição qualitativa da concentração de uma mistura expressa como adjectivos que indicam amplamente nível de concentração que tenha uma solução.

Assim, o nível mínimo de concentração de acordo com a descrição qualitativa é aquela de uma solução "diluída", e o máximo é "concentrada".

Falamos de soluções diluídas quando uma solução tem uma proporção muito baixa de soluto, dependendo do volume total da solução. Se você quiser diluir uma solução, deve adicionar uma quantidade maior de solvente ou procurar maneiras de reduzir o soluto.

Agora, falamos sobre soluções concentradas quando elas têm uma alta proporção de soluto, dependendo do volume total da solução. Para concentrar uma solução, adicione mais soluto ou reduza a quantidade de solvente.

Nesse sentido, a descrição qualitativa é chamada de classificação, não apenas por carecer de medidas matemáticas, mas por sua qualidade empírica (pode ser atribuída a características visuais, cheiros e gostos, sem a necessidade de evidências científicas).

Classificação por solubilidade

A solubilidade de uma concentração denota a capacidade máxima de soluto que possui uma solução, dependendo de condições como temperatura, pressão e substâncias dissolvidas ou em suspensão.

As soluções podem ser classificadas em três tipos de acordo com o seu nível de soluto dissolvido no momento da medição: soluções insaturadas, saturadas e supersaturadas.

- Soluções insaturadas são aquelas que contêm uma quantidade menor de soluto que podem dissolver a solução. Neste caso, a solução não atingiu sua concentração máxima.

- Soluções saturadas são aquelas em que a quantidade máxima de soluto foi dissolvida no solvente a uma temperatura específica. Neste caso, há um equilíbrio entre as duas substâncias e a solução não pode aceitar mais soluto (já que acontecerá precipitar).

- As soluções supersaturadas têm mais soluto do que a solução aceitaria sob condições de equilíbrio. Isto é conseguido aquecendo uma solução saturada, adicionando mais soluto que o normal. Uma vez frio, não irá precipitar o soluto automaticamente, mas qualquer perturbação pode causar este efeito devido à sua instabilidade.

Notação quantitativa

No momento do estudo de uma solução a ser utilizada no campo técnico ou científico, é necessária uma precisão medida e expressa em unidades, que descrevem a concentração de acordo com seus valores exatos de massa e / ou volume.

É por isso que há uma série de unidades usadas para expressar a concentração de uma solução em sua notação quantitativa, que são divididas em físicas e químicas e que, por sua vez, têm suas próprias subdivisões.

As unidades de concentração física são aquelas de "concentração relativa", que são expressas em termos de porcentagens. Existem três maneiras de expressar concentrações percentuais: porcentagens de massa, porcentagens de volume e porcentagens de volume de massa.

Em contraste, as unidades de concentrações químicas baseiam-se nas quantidades molares, equivalentes por grama, partes por milhão e outras características do soluto em relação à solução.

Estas unidades são as mais comuns devido à sua alta precisão ao medir concentrações e, por esse motivo, são geralmente aquelas que você deseja saber para trabalhar com soluções químicas.

Unidades de concentração

Conforme descrito nas seções anteriores, no momento de caracterizar quantitativamente a concentração de uma solução, os cálculos devem ser governados pelas unidades existentes para esse fim.

Além disso, as unidades de concentração são divididas entre as de concentração relativa, as de concentrações diluídas, as baseadas em moles e outras.

Unidades de concentração relativa

As concentrações relativas são aquelas expressas em porcentagens, como foi mencionado na seção anterior. Essas unidades são divididas em porcentagem de massa-massa, porcentagem volume-volume e porcentagem massa-volume, e são calculadas da seguinte forma:

-% massa = massa do soluto (g) / massa da solução total (g) x 100

-% volume = volume de soluto (ml) / volume da solução total (ml) x 100

-% massa / volume = massa do soluto (g) / volume da solução total (ml) x 100

Neste caso, para calcular a massa ou volume da dissolução total, a massa ou volume do soluto deve ser adicionado ao do solvente.

Unidades de concentração diluída

As unidades de concentração diluídas são aquelas que são usadas para expressar aquelas concentrações muito pequenas que estão na forma de traços dentro de uma solução diluída; o uso mais comum que é apresentado a essas unidades é encontrar traços de um gás dissolvido em outro, como os agentes que poluem o ar.

Essas unidades são indicadas na forma de partes por milhão (ppm), partes por bilhão (ppb) e partes por trilhão (ppt), e são expressas da seguinte forma:

- ppm = solução de 1 mg de soluto / 1 L

- solução de ppb = 1 μg soluto / 1 L

- ppt = 1 ng soluto / 1 L solução

Nestas expressões mg é igual a miligramas (0,001 g), μg é igual a microgramas (0,000001 g) e ng é igual a nanogramas (0,000000001 g). Essas unidades também podem ser expressas em termos de volume / volume.

Unidades de concentração de acordo com moles

As unidades de concentração baseadas em moles são aquelas da fração molar, a porcentagem molar, a molaridade e a molalidade (estas duas últimas são melhor descritas no final do artigo).

A fração molar de uma substância é a fração de todas as suas moléculas (ou átomos) constituintes em função do total de moléculas ou átomos. É calculado da seguinte forma:

X_Um = número de moles da substância A / número total de moles em solução

Este procedimento é repetido para as outras substâncias em solução, tendo em conta que a soma de X_Um + X_B + X_C ... deve ser igual a um.

A porcentagem molar funciona de maneira semelhante a X_Um, apenas isso dependendo da porcentagem:

Percentagem molar de A = X_Um x 100%

Na seção final, a molaridade e a molalidade serão discutidas em detalhes.

Formalidade e normalidade

Finalmente, existem duas unidades de concentração que estão atualmente em desuso: formalidade e normalidade.

A formalidade de uma solução representa o número de grama-fórmula-peso por litro de solução total. É expresso como:

F = Não. Solução P.F.G / L

Nesta expressão P.F.G é igual ao peso de cada átomo da substância, expresso em gramas.

Em contraste, a normalidade representa o número de equivalentes de soluto dividido pelos litros de solução, conforme expresso abaixo:

N = gramas equivalentes de solução soluto / L

Na referida expressão, os gramas equivalentes de soluto podem ser calculados pelo número de moles H⁺OH^- ou outros métodos, dependendo do tipo de molécula.

Molaridade

A molaridade ou concentração molar de um soluto é a unidade de concentração química que expressa ou relaciona os moles do soluto (n) contidos em um (1) litro (L) da solução.

A molaridade é designada pela letra maiúscula M e para determinar as moles do soluto (n), as gramas do soluto (g) são divididas pelo peso molecular (PM) do soluto.

Além disso, o peso molecular PM do soluto é obtido a partir da soma dos pesos atômicos (PA) ou massa atômica dos elementos químicos, considerando a proporção em que eles são combinados para formar o soluto. Assim, diferentes solutos têm seus próprios MPs (embora nem sempre seja esse o caso).

Essas definições são resumidas nas seguintes fórmulas usadas para executar os cálculos correspondentes:

Molaridade: M = n (moles de soluto) / V (litro de solução)

Número de moles: n = g de soluto / PM de soluto

Exercício 1

Calcular a molaridade de uma solução preparada com 45 g de Ca (OH)₂ dissolvido em 250 mL de água.

A primeira coisa que deve ser calculada é o peso molecular do Ca (OH)₂ (hidróxido de cálcio). De acordo com sua fórmula química, o composto é um cátion de cálcio e dois ânions oxidrilicos. Aqui o peso de um elétron menor ou adicional às espécies é insignificante, então os pesos atômicos são tomados:

O número de moles do soluto será então:

n = 45 g / (74 g / mol)

n = 0,61 mole de Ca (OH)₂

São obtidos 0,61 moles do soluto, mas é importante lembrar que estes moles são dissolvidos em 250 mL de solução. Como a definição de Molarity é moles em um litro ou 1000 mL, então uma regra simples de três deve ser feita para calcular os moles que estão em 1000 mL da referida solução

Se em 250 mL de solução houver => 0,61 mols de soluto

Em 1000 mL de solução => x Quantos moles existem?

x = (0,61 mol) (1000 mL) / 250 mL

X = 2,44 M (mol / L)

Outra maneira

A outra maneira de obter as toupeiras para aplicar a fórmula requer que você tome os 250 mL em litros, aplicando também uma regra de três:

Se 1000 ml => são 1 litro

250 ml => x Quantos litros tem?

x = (250 mL) (1 L) / 1000 mL

x = 0,25 l

Substituindo então na fórmula de Molaridade:

M = (0,61 mol de soluto) / (0,25 L de solução)

M = 2,44 mol / l

Exercício 2

O que significa se uma solução de HCl é de 2,5 M?

A solução de HCl é 2,5 molar, o que significa que um litro dela dissolveu 2,5 moles de ácido clorídrico.

Normalidade

A normalidade ou concentração equivalente, é a unidade de concentração química das soluções que é designada com a letra maiúscula N. Esta unidade de concentração indica a reatividade do soluto e é igual ao número de equivalentes de soluto (Eq) entre o volume da solução expresso em litros.

N = Eq / L

O número de equivalentes (Eq) é igual aos gramas de soluto entre o peso equivalente (PEq).

Eq = g soluto / PEq

O peso equivalente, ou também conhecido como grama equivalente, é calculado obtendo-se o peso molecular do soluto e dividindo-o por um fator equivalente que, para fins de resumo na equação, é chamado de zeta delta (ΔZ).

PEq = PM / ΔZ

Cálculo

O cálculo da normalidade terá uma variação muito específica no fator equivalente ou ΔZ, que também depende do tipo de reação química na qual o soluto ou espécies reativas participam. Alguns casos desta variação podem ser mencionados abaixo:

-Quando é um ácido ou base, ΔZ ou o fator equivalente, será igual ao número de íons de hidrogênio (H⁺)  ou OH OH^- tem o soluto. Por exemplo, ácido sulfúrico (H₂SO₄) tem dois equivalentes porque tem dois prótons ácidos.

Quando se tratar de reações de oxidação-redução ΔZ, corresponderá ao número de elétrons envolvidos no processo de oxidação ou redução, dependendo do caso específico. Aqui entra em jogo o balanceamento das equações químicas e a especificação da reação.

-Além disso, este fator equivalente ou ΔZ corresponderá ao número de íons que precipitam nas reações classificadas como precipitação.

Exercício 1

Determinar a normalidade de 185 g de Na₂SO₄ que estão em 1,3 L de solução.

O peso molecular do soluto desta solução será calculado primeiro:

O segundo passo é calcular o fator equivalente ou ΔZ. Neste caso, como o sulfato de sódio é um sal, a valência ou carga do cátion ou metal Na⁺, que será multiplicado por 2, que é o subscrito da fórmula química do sal ou do soluto:

Na₂SO₄ => ΔZ = Cátion Valência x Subíndice

ΔZ = 1 x 2

Para obter o peso equivalente, ele é substituído em sua respectiva equação:

PEq = (142,039 g / mol) / (2 Eq / mol)

PEq = 71,02 g / Eq

E então você pode continuar a calcular o número de equivalentes, recorrendo novamente a outro cálculo simples:

Eq = (185 g) / (71,02 g / Eq)

Número de equivalentes = 2.605 Eq

Finalmente, com todos os dados necessários, a normalidade é agora calculada substituindo de acordo com sua definição:

N = 2,605 Eq / 1,3 L

N = 2,0 N

Molalidade

Molality é designado com a letra minúscula m e é igual aos moles de soluto que estão presentes em um (1) quilograma do solvente. É também chamado de concentração molar e é calculado pela seguinte fórmula:

m = mols de soluto / kg de solvente

Enquanto Molaridade estabelece a relação de moles de soluto contido em um (1) litro de solução, o molalidade refere moles de soluto existir em um (1) kg de solvente.

Quando a solução é preparada com um solvente sobre o molalidade expressa como moles de soluto por quilograma de mistura de solventes.

Exercício 1

Determinar a molalidade de uma solução preparada misturando 150 g de sacarose (C₁₂H₂₂0₁₁) com 300 g de água.

O peso molecular da sacarose é determinado primeiro para proceder ao cálculo das moles do soluto desta solução:

O número de moles de sacarose é calculado:

n = (sacarose 150g) / (342,109 g / mol)

n = 0,438 moles de sacarose

Então os gramas de solvente são levados para quilogramas para poder aplicar a fórmula final.

Substituindo então:

m = 0,438 moles de sacarose / 0,3 quilogramas de água

m = 1,46 moles C₁₂H₂₂0₁₁/ Kg H₂O

Embora haja atualmente um debate sobre a expressão final da molalidade, esse resultado também pode ser expresso como:

1,26 m₁₂H₂₂0₁₁ ou 1,26 molais

Considera-se vantajoso, em alguns casos, para expressar a concentração da solução em termos de molalidade, como a massa de soluto e do solvente não têm flutuações menores ou mudanças inaparentes para efeitos de temperatura ou de pressão; como acontece em soluções com soluto gasoso.

Além disso, note-se que esta unidade de concentração refere-se a um soluto específico é inalterada pela presença de outros solutos na soluo.

Recomendações e notas importantes sobre concentração química

O volume da solução é sempre maior que o do solvente

Quando os exercícios da solução são resolvidos, surge o erro de interpretar o volume de uma solução como se fosse o solvente. Por exemplo, se um grama de chocolate em pó é dissolvido em um litro de água, o volume da solução não é igual ao litro de água.

Porque não? Porque o soluto sempre ocupará espaço entre as moléculas do solvente. Quando o solvente tem uma alta afinidade pelo soluto, a alteração do volume após a dissolução pode ser risível ou insignificante.

Mas, se não, e ainda mais se a quantidade de soluto for grande, a mudança no volume deve ser levada em conta. Sendo assim: Vsolvente + Vsoluto = Vsolución. Somente em soluções diluídas ou onde as quantidades de soluto são pequenas é válido Vsolvente = Vsolución.

Este erro deve ser mantido em mente, especialmente quando se trabalha com solutos líquidos. Por exemplo, se em vez de ser dissolvido, chocolate em pó mel é dissolvido em álcool, em seguida, o volume total de mel tem efeitos significativos sobre o volume total da solução.

Portanto, nestes casos, o volume do soluto deve ser adicionado ao do solvente.

Utilidade da Molaridade

- Conhecer a Molaridade de uma solução concentrada permite realizar os cálculos de diluição utilizando a fórmula simples M1V1 = M2V2, onde M1 corresponde à Molaridade inicial da solução e M2 a Molaridade da solução que deseja preparar a partir da solução. com M1.

- Conhecendo a Molaridade de uma solução, você pode calcular facilmente a Normalidade da solução usando a seguinte fórmula: Normalidade = número equivalente x M

As fórmulas não são memorizadas, mas as unidades ou definições são

No entanto, a memória às vezes não consegue se lembrar de todas as equações relevantes aos cálculos de concentração. Para isso, é muito útil ter uma definição clara de cada conceito.

A partir da definição, as unidades são escritas fazendo uso do fatores de conversão para expressar os correspondentes ao que está a ser determinado.

Por exemplo, se você tem a molalidade e quer convertê-lo ao normal proceder da seguinte forma:

(mol / Kg solvente) x (kg / 1000g) (g solvente / mL) (mL solvente / mL de soluo) (1000 mL / L) (Eq / mol)

Note que (g solvente / mL) é a densidade do solvente. O termo (mL solvente / mL solução) refere-se a quanto volume da solução realmente corresponde ao solvente. Em muitos exercícios, este último termo é igual a 1, por razões práticas, embora nunca seja totalmente verdadeiro.

Referências 

1. Química Introdutória - 1^st Edição Canadense. Unidades Quantitativas de Concentração. Capítulo 11 Soluções. Retirado de: opentextbc.ca
2. Wikipédia. (2018) Concentração Equivalente Retirado de: en.wikipedia.org
3. PharmaFactz. (2018) O que é molaridade? Retirado de: pharmafactz.com
4. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Química (8a ed.). CENGAGE Learning, p 101-103, 512, 513.
5. Soluções aquosas - Molaridade. Retirado de: chem.ucla.edu
6. Quimicas.net (2018). Exemplos de normalidade. Retirado de: quimicas.net.