Soluções em Química

Diluição

Comumente, em nosso dia-a-dia, realizamos a diluição de soluções, isto é, acrescentamos a elas um pouco de solvente, geralmente água, a solutos, que podem ser sucos concentrado, inseticidas, tintas…entre outros.
Diluir uma solução significa adicionar a ela uma porção do próprio solvente puro.

Numa diluição a massa do soluto não se altera, apenas o volume do solvente. Partindo disso temos a concentração da solução inicial expressa por:
Ci = mi / Vi → mi = Ci . Vi

E a concentração da solução após a diluição como:
Cf = mi/ Vf → mi = Cf . Vf

Como as massas são iguais antes e depois da diluição chegamos a expressão que:
Ci . Vi = Cf . Vf

Essa fórmula nos mostra que, quando o volume aumenta (de V_i​i​​ para V_f​f​​), a concentração diminui (de C_i​i​​ para C_f​f​​) na mesma proporção, ou seja: o volume e a concentração de uma solução são inversamente proporcionais.
Exemplo: Para uma solução de 200 ml de NaCl na concentração 0,4 mol/L, qual o volume de água final para que a concentração caia a metade?
C​f​​ = 0,4/2 = 0,2 mol/L
Ci​​ . V​i​​ = C​f . ​​V​f​​
0,4 . 200 = 0,2 . V​f​​
V​f​​ = 400 mL de água

Misturas de soluções de uma mesmo soluto

Vamos imaginar duas soluções (A e B) de cloreto de sódio (NaCl), como ilustrado abaixo. Na solução final (A + B), a massa do soluto é igual à soma das massas dos solutos em A e B.

Portanto: m = 7 + 8 ⇒ m = 15 g de NaCl

 
O volume da solução também é igual à soma dos volumes das soluções A e B. Portanto: V = 100 + 200 ⇒ V = 300 mL de solução Com esses valores e lembrando a definição de concentração, obtemos, para a solução final (A + B):
300 mL de solução —— 15 g de NaCl g = 50 g/L
1.000 mL de solução —— C

OU

C = \frac{m}{V} = \frac{15}{0,3\ L}​V​​m​​=​0,3 L​​15​​

Cfinal = 50 g/L

Obs: É interessante notar que a concentração final (50 g/L) terá sempre um valor compreendido entre as concentrações iniciais (70 g/L > 50 g/L > 40 g/L).
Podemos generalizar esse tipo de problema, da seguinte maneira:
- massa do soluto na solução A: ma = Ca.Va
- massa do soluto na solução B: mb = Cb.Vb
- massa do soluto na solução final: m = CV

 
Como as massas dos solutos se somam (m = ma + mb ), temos:

(Ca . Va + Cb . Vb) / (Va + Vb)

Exemplo:

200 mL de uma solução a 0,2 mol.L^{-1}​−1​​ de KBr é misturada a 100mL de uma solução de mesmo soluto com concentração igual a 0,4 mol.L^{-1}​−1​​. Qual a concentração da mistura obtida?

Solução 1
V = 200 mL
M = 0,2 mol.L^{-1}​

Solução 2
V = 100 mL
M = 0,4 mol.L^{-1}​

Solução final
Vf = V1 + V2
Vf = 200 + 100
Vf = 300 mL
M1 . V1 + M2 . V2 = Mf . Vf
0,2 . 200 + 0,4 . 100 = Mf . 300
Mf = 0,27 mol.L^{-1}​​​ de KBr.

 
Mistura de duas soluções de solutos diferentes que não reagem entre si

Supondo que tenhamos soluções A e B, a primeira, uma solução de NaCl, e a segunda, de KCl. O volume da solução final (A + B) será: V = VA + VB. Nela reaparecerão inalterados os solutos NaCl e KCl, pois eles não reagem entre si e como os solutos não reagem, cada soluto vai ser tratado de forma independente, logo, podemos aplicar as fórmulas da diluição nesse tipo de mistura.

para o NaCl: VA . CA = V.C’A ⇒ 100 . 70 = 300 . C’A ⇒ C’A ≈ 23,3 g/L
para o KCl: VB . CB = V.C’B ⇒ 200 . 40 = 300 . C’B ⇒ C’B ≈ 26,6 g/L

Exemplo:

Frasco 1:

n= 0,1 mol de NaCl

V = 200 mL

Frasco 2:

M =  0,2 mol de CaCl2

V = 300 mL

Qual a concentração final dos íons Na+, Ca+2 e Cl- após misturarmos os conteúdos dos frascos 1 e 2.

Frasco 1: NaCl

NaCl   →   Na+   +   Cl-

1mol        1mol      1mol

0,1mol     0,1mol    0,1mol

Temos então no frasco 1:

0,1 mol de Na+ e 0,1 mol de Cl-

Frasco 2: CaCl2

CaCl2   →   Ca+2   +  2Cl-

1mol          1mol     2mol

0,2mol       0,2mol   0,4mol

Temos então no frasco 2:

0,2 mol de Ca+2 e 0,4 mol de Cl-

No frasco final, após a mistura de 1 e 2:

Vfinal = 200mL + 300mL = 500mL = 0,5L

Concentração final:

Para Na+

n = 0,1 mol

V = 0,5L

M = n / V(L)  → M = 0,1 / 0,5 → M = 0,2 mol.L-1 de Na+

Para Ca+2

n = 0,2 mol

V = 0,5L

M = n / V(L)  → M = 0,2 / 0,5 → M = 0,4 mol.L-1 de Ca+2

Para Cl- (íon comum as duas soluções misturadas)

n1 + n2  = nf  → 0,1 + 0,4 =  0,5 mol

V = 0,5L

M = n / V(L)  → M = 0,5 / 0,5 → M = 1 mol.L-1 de Cl-