Quais são as definições de mistura e solubilidade?

Se você olhar lá no dicionário a palavra mistura, irá encontrar o seguinte:

Substantivo feminino
1. ato ou efeito de misturar(-se).
2. composto ou produto resultante de coisas misturadas; mescla, misto, amálgama.

Ou seja, partimos do princípio de que, para ocorrer uma mistura, precisamos de 2 ou mais “coisas”. Na Química, definimos essas coisas como substâncias. Então, vamos definir a mistura assim:

A Mistura é formada por duas ou mais substâncias puras. As misturas têm composição química variável, não expressa por uma fórmula.

Ora, agora temos outra incógnita: O que é uma substância pura? Para responder, vamos classificar as substâncias!

Classificação das Substâncias

Substância pura é aquela formada exclusivamente por partículas (moléculas ou átomos) quimicamente iguais.

As substâncias puras podem ser simples ou compostas.

O gás nitrogênio (N₂) é uma substância pura simples, pois é formado apenas pelo elemento N. Já a água é uma substância pura composta, pois contém dois elementos em suas moléculas (H₂ + O).

Agora sim, vamos trabalhar com as misturas!

Misturas são formadas por duas ou mais substâncias e se classificam em homogênea ou heterogênea, dependendo da natureza de seus constituintes, uma vez que toda mistura homogênea é uma solução.

– O ar que respiramos é uma mistura homogênea de vários componentes, entre eles nitrogênio e oxigênio.
– A água do mar é uma mistura homogênea de sais minerais + H₂O.
– O petróleo é uma mistura homogênea que pode ser fracionada (processo conhecido por destilação) e dar origem a vários produtos: gasolina, querosene, parafina, óleo, etc.

Define-se assim :

Mistura Homogênea – é formada por apenas uma fase. Não se consegue diferenciar a substância.

Mistura homogênea

Mistura Heterogênea – é formada por duas ou mais fases. As substâncias podem ser diferenciadas a olho nu ou pelo microscópio.

Mistura heterogênea – água e óleo

Sendo FASE o aspecto visual uniforme.

A mistura de sulfato de cobre com água e com etanol forma, respectivamente, mistura homogênea e mistura heterogênea

Temos os Sistemas homogêneos e heterogêneos

Sistema é uma parte do universo que se deseja observar, analisar. Por exemplo: um tubo de ensaio com água, um pedaço de ferro, uma mistura de água e gasolina, etc.

Os sistemas monofásicos são as misturas homogêneas e os sistemas polifásicos são as misturas heterogêneas.
Os sistemas homogêneos, quando formados por duas ou mais substâncias miscíveis (que se misturam) umas nas outras, são chamados de soluções. São exemplos de soluções: água salgada, vinagre, álcool hidratado.

Os sistemas heterogêneos podem ser formados por uma única substância, porém em várias fases de agregação (estados físicos).

Exemplo: água
– líquida
– sólida (gelo)
– vapor

Identificando misturas homogêneas e heterogêneas através do gráfico de aquecimento

Curva de aquecimento é o gráfico que mostra a variação de temperatura de uma amostra quando aquecida ou resfriada, incluindo-se as mudanças de estado físico.

Sabemos que durante uma mudança de estado físico a temperatura permanece constante (Q=mL) e que, durante o aquecimento sem mudança de estado, sua variação é linear . Assim, a curva acima é característica, mostrando dois patamares, um no ponto de fusão (PF) e outro no ponto de ebulição (PE).

Levantando experimentalmente a curva de aquecimento de uma amostra, quatro coisas podem acontecer:

1. A curva apresenta temperatura constante no ponto de fusão e de ebulição;
2. A curva apresenta variação de temperatura no ponto de fusão e de ebulição;
3. A curva apresenta variação de temperatura apenas no ponto de fusão e no de ebulição permanece constante;
4. A curva apresenta temperatura constante no ponto de fusão e variação de temperatura no de ebulição.

Quando os dois pontos (PF e PE) são constantes – caso 1 – a amostra corresponde a uma substância pura. Em qualquer outro caso (2, 3 ou 4), trata-se de uma mistura.

Gráfico (Txt) de uma substância pura

Mistura comum

Quando a curva apresenta variação nos dois pontos (PF e PE), dizemos que é uma mistura comum. Quando um, e apenas um dos pontos apresenta variação, essa mistura receberá um nome especial:

PF varia e PE constante: mistura azeotrópica

PF constante e PE varia: mistura eutética

Exemplos comuns dessas misturas são: água e álcool para mistura azeotrópica e gelo e sal de cozinha para mistura eutética.

Gráficos (Txt) de uma mistura azeotrópica e uma mistura eutética

E a solubilidade dos compostos, como podemos analisar? Simples, basta entendermos alguns fatores que influenciam a solubilidade dos compostos, que chamaremos neste contexto de soluto (substância que será dissolvida), num dado solvente (substância presente em maior quantidade, que dissolverá o soluto).

Os fatores mais importantes são:
– A natureza das partículas de solvente e soluto e as interações entre elas.
– A temperatura na qual a solução é formada.
– A pressão de um soluto gasoso.

O grau de solubilidade será relacionado com as ligações químicas que existem entre as moléculas de cada substância. Definiu- se a Regra da solubilidade:

Substâncias polares tendem a se dissolver em solventes polares, assim como substâncias apolares tendem a se dissolver em solventes apolares.

Dessa forma, vários compostos inorgânicos, como ácidos, bases e sais, que são polares, se dissolvem em água, que é um solvente polar. Por outro lado, os compostos orgânicos, que geralmente são apolares, se dissolvem em solventes orgânicos, que também são apolares, em geral.

É possível notar que a água dissolve várias substâncias, sendo, por isso, chamada de solvente universal.

Saturação de uma solução

Quando adicionamos sal comum à água gradativamente em temperatura constante e agitando continuamente, é possível observar que, em dado momento, não ocorrerá a dissolução do sal, utilizando como exemplo o NaCl. Isso ocorrerá quando houver aproximadamente 360g de sal para cada litro de água. A partir desse ponto, dizemos que a solução se tornou saturada ou que a solução atingiu o seu ponto de saturação, pois qualquer quantidade de sal que for adicionada ao sistema irá precipitar ou formar corpo de fundo.

O ponto de saturação depende do soluto, do solvente e das condições físicas (a temperatura sempre influi e a pressão, em especial, em soluções que contêm gases). Este ponto é definido pelo coeficiente ou grau de solubilidade.

Coeficiente de Solubilidade

O Coeficiente de Solubilidade é a quantidade necessária de uma substância para saturar uma quantidade padrão de solvente, em determinada temperatura e pressão.

Por exemplo, os coeficientes de solubilidade em água a 0ºC:

– Para o NaCl, é igual a 357g/L
– Para o CaSO4, é igual a 2 g/L

Tabela de solubilidade

Em função do ponto de saturação, podemos classificar as soluções em:

– Insaturadas: são aquelas que contêm menos soluto do que o estabelecido pelo coeficiente de solubilidade;
– Saturadas: são aquelas que  atingiram o coeficiente de solubilidade. Estão no limite da saturação;
– Supersaturadas: ultrapassam o coeficiente de solubilidade.

Soluções insaturada, saturada e supersaturada

Dizemos que duas substâncias são totalmente miscíveis quando elas se dissolvem em qualquer quantidade, como é o caso da água com álcool. Nessas situações, o coeficiente de solubilidade é infinito.

Pelo contrário, existem substâncias que praticamente não se dissolvem num dado solvente, como ocorre com o cloreto de prata (AgCl), cujo coeficiente de solubilidade em água é de 0,014 g/L. Nesses casos, dizemos que a substância é insolúvel naquele solvente.

Lembra do fatores que modificam a solubilidade de um determinado soluto?
Temperatura e pressão!

Temperatura

Na maioria das substâncias, há um aumento da solubilidade com o aumento da temperatura. Isso geralmente acontece quando o soluto é dissolvido com absorção de calor, o que chamamos de dissolução endotérmica. Por outro lado, existem substâncias que se dissolvem com liberação de calor e, por isso, tendem a ser menos solúveis com o aumento da temperatura, o que recebe o nome de dissolução exotérmica.

Gráfico Coeficiente de solubilidade x Temperatura

Perceba que as solubilidades do nitrato de potássio (KNO₃), do cromato de potássio (K₂CrO₄) e do cloreto de sódio (NaCl) aumentam com a elevação da temperatura (curva ascendente). Em contrapartida, o sulfato de cério (Ce₂(SO₄)₃) tem sua solubilidade diminuída com o aumento da temperatura (curva descendente).

Pressão

A pressão tem grande influência nas soluções que contêm gases. A solubilidade de gases em solventes líquidos muito depende da pressão. Quando aumentamos a pressão sobre o gás, de certa forma, o gás é “empurrado” para dentro do líquido, ou seja, sua solubilidade aumenta.

Quando o gás não reage com o líquido da solução, a lei de Henry explica a influência da pressão nesse sistema, dizendo que:

A solubilidade de um gás num líquido é diretamente proporcional à pressão sobre o gás, em temperatura constante.

Lei de Henry

S = k.P, onde k é uma constante de proporcionalidade que depende da natureza do gás e do líquido, e, também, da própria temperatura.

Gráfico Coeficiente de solubilidade x Pressão

Exercícios

1. A tabela a seguir fornece os valores de solubilidade do cloreto de sódio e do hidróxido de sódio, em água, a diferentes temperaturas.

As informações anteriores e os conhecimentos sobre soluções permitem concluir:
01 – Soluções são misturar homogêneas
02 – Solução saturada é uma mistura heterogênea
04 – O hidróxido de sódio é mais solúvel em água do que o cloreto de sódio
08 – Soluções concentradas são soluções saturadas
16 – Quando se separa o soluto do solvente, obtêm-se substâncias diferentes daquelas que foram inicialmente misturadas.
32 – Adicionando-se 145 g de hidróxido de sódio a 100 g de água, a 20º C, obtém-se um sistema bifásico, que, após aquecido a temperaturas acima de 50º C, apresenta-se monofásico.

Soma = ?

2. O gráfico apresenta a curva de solubilidade de um sal Ax2.

Quando uma solução aquosa saturada de Ax2, a 70º C contendo 50 g de água é resfriada para 10º C, quais são, em gramas, a massa de sal cristalizada e a massa que permanece em solução?
a) 25 e 20
b) 30 e 15
c) 35 e 10
d) 35 e 15
e) 40 e 10

3. Seis soluções aquosas de nitrato de sódio, NaNO₃, numeradas de I a VI, foram preparadas, em diferentes temperaturas, dissolvendo-se diferentes massas de NaNO₃ em 100 g de água. Em alguns casos, o NaNO₃ não se dissolveu completamente. Este gráfico representa a curva de solubilidade de NaNO₃, em função da temperatura, e seis pontos, que correspondem aos sistemas preparados:

A partir da análise desse gráfico, identifique os dois sistemas em que há precipitado:
a) I e II
b) I e III
c) IV e V
d) V e VI

4.Um professor realizou várias experiências (a 20°C e 1 atm) e organizou a seguinte tabela:

De acordo com a tabela, assinale a afirmativa INCORRETA:
a) O estado físico da substância D, à temperatura ambiente, é gasoso.
b) Se misturarmos a substância B com a substância D, à temperatura ambiente, forma-se uma mistura homogênea.
c) A substância mais volátil, à temperatura ambiente, é a A.
d) Se misturarmos as substâncias A, C e água, forma-se um sistema difásico.
e) O processo mais adequado para separarmos uma mistura da substância C com a água, à temperatura ambiente, é destilação simples.

5. Os sistemas seguintes devem ser classificados como:

1) sistema polifásico e mistura heterogênea
2) sistema polifásico e espécie química simples
3) sistema polifásico e espécie química composta
4) sistema monofásico e mistura homogênea
5) sistema monofásico e espécie química simples
6) sistema monofásico e espécie química composta

( ) gelo fundente
( ) álcool a 96º GL
( ) ar atmosférico (isento de poeira)
( ) ferro durante a fusão
( ) granito
( ) oxigênio parcialmente liqüefeito
( ) propano (C3H8)
( ) ozônio

A ordem das lacunas, de cima para baixo, é:
a) 3 – 4 – 6 – 2 – 1 – 2 – 6 – 5
b) 3 – 4 – 4 – 2 – 1 – 2 – 6 – 5
c) 1 – 4 – 4 – 1 – 1 – 2 – 6 – 5
d) 3 – 4 – 4 – 1 – 2 – 6 – 5 – 5
e) 4 – 3 – 2 – 6 – 1 – 5 – 2 – 5

Gabarito

1. Soma = 37

2. C

3. B

4. C

5. B