Determinando a concentração de uma solução

Contente

Dar um passo
Parte 1 de 3: O conhecimento básico de concentrações
Parte 2 de 3: Titulação
Parte 3 de 3: Determinando a salinidade em um aquário
Pontas
Avisos

Em Química ou Química, um solução uma mistura homogênea de duas coisas - uma substância dissolvida e um solvente ou solvente em que a substância é dissolvida. Concentração é uma medida da quantidade de soluto em um solvente. Pode haver muitos motivos para determinar a concentração de uma solução, mas a química envolvida é a mesma, quer você esteja testando o nível de cloro em uma piscina ou realizando uma análise para salvar vidas em uma amostra de sangue. Este guia lhe ensinará algumas partes fundamentais da química de solução e, em seguida, o guiará pelo procedimento de uma aplicação prática comum - manutenção de aquários.

Dar um passo

Parte 1 de 3: O conhecimento básico de concentrações

Método de notação das concentrações. A concentração de uma substância é a quantidade desse soluto dividida pela quantidade de solvente. No entanto, como existem diferentes formas de expressar a quantidade de uma determinada substância, também é possível representar uma concentração de diferentes formas. Aqui você encontrará as grafias mais comuns:
- Grama por litro (g / L.) A massa de um soluto em gramas dissolvida em um determinado volume de uma solução (que não é necessariamente o mesmo que o volume do solvente). Normalmente usada para soluções de sólidos em solventes líquidos.
- Molaridade (M.) O número de moles de um soluto dividido pelo volume da solução.
- Partes por milhão (ppm.) A razão do número de partículas (geralmente em gramas) de um soluto por um milhão de partículas de uma solução, multiplicado por 10. Normalmente usado para soluções de água muito diluídas (1 L de água = 1000 gramas.)
- Porcentagem da substância composta. A proporção de partículas (novamente em gramas) de um soluto por 100 partículas de uma solução, expressa como uma porcentagem.
Saiba quais dados você precisa para encontrar uma concentração. Exceto pela molaridade (veja abaixo), as formas comuns de escrever uma concentração conforme indicado acima requerem que você conheça a massa do soluto e a massa ou volume da solução resultante. Muitos problemas químicos que exigem encontrar a concentração de uma solução não fornecem essa informação. Nesse caso, você terá que trabalhar com o que sabe para descobrir essas informações.
- Exemplo: Suponha que precisamos encontrar a concentração (em gramas por litro) de uma solução feita pela dissolução de 1/2 colher de chá de sal em 2 litros de água. Também sabemos que 1 colher de chá de sal equivale a cerca de 6 gramas. Nesse caso, a conversão é fácil - multiplique: 1/2 colher de chá x (6 gramas / 1 colher de chá) = 3 gramas de sal. 3 gramas de sal dividido por 2 litros ou água = 1,5 g / L
Aprenda a calcular a molaridade. A molaridade requer que você conheça o número de moles de seu soluto, mas isso pode ser facilmente deduzido se você conhecer a massa do soluto e a fórmula química. Cada elemento químico tem uma "massa molar" conhecida (MM) - uma massa específica para um mol daquele elemento. Essas massas molares são encontradas na tabela periódica (geralmente sob o símbolo químico e o nome do elemento). Basta adicionar as massas molares dos componentes do soluto para obter a massa molar. Em seguida, multiplique a massa conhecida do soluto por (1 / MM do seu soluto) para encontrar a quantidade do soluto em moles.
- Exemplo: Suponha que queremos encontrar a molaridade da solução salina acima. Só para recapitular, temos 3 gramas de sal (NaCl) em 2 litros de água. Comece descobrindo quais são as massas molares de Na e Cl observando a tabela periódica. Na = cerca de 23 g / mol e Cl = cerca de 35,5 g / mol. Assim, o MM de NaCl = 23 + 35,5 = 58,5 g / mol. 3 gramas de NaCl x (1 mole de NaCl / 58,5 g de NaCl) = 0,051 mole de NaCl. 0,051 mol NaCl / 2 litros de água = 0,026 M NaCl
Pratique exercícios padrão para calcular as concentrações. O conhecimento acima é tudo que você precisa para calcular as concentrações em situações simples. Se você conhece a massa ou o volume da solução e a quantidade de soluto adicionado, em princípio, ou pode deduzir isso a partir das informações fornecidas na declaração, você deve ser capaz de medir a concentração de uma solução com facilidade. Faça problemas de prática para melhorar suas habilidades. Veja os exemplos de exercícios abaixo:
- Qual é a molaridade do NaCL em uma solução de 400 ml, obtida pela adição de 1,5 gramas de NaCl à água?
- Qual a concentração, em ppm, de uma solução feita com a adição de 0,001 g de chumbo (Pb) a 150 L de água? (1 L de água = 1000 gramas) Neste caso, o volume da solução aumentará em uma quantidade minúscula com a adição da substância, portanto, você pode usar o volume do solvente como o volume da solução.
- Encontre a concentração em gramas por litro de uma solução de 0,1 L feita pela adição de 1/2 mole de KCl à água. Para este problema, você tem que trabalhar da frente para trás, usando a massa molar de KCL para calcular o número de gramas de KCl no soluto.

Parte 2 de 3: Titulação

Saiba quando aplicar uma titulação. A titulação é uma técnica usada por químicos para calcular a quantidade de soluto presente em uma solução. Para realizar uma titulação, você cria uma reação química entre o soluto e outro reagente (geralmente também dissolvido). Como você sabe a quantidade exata de seu segundo reagente e a equação química da reação entre o reagente e o soluto, pode calcular a quantidade de soluto medindo quanto do reagente é necessário para a reação com o soluto. completo.
- Portanto, as titulações podem ser muito úteis no cálculo da concentração de uma solução se você não sabe quanto soluto foi adicionado inicialmente.
- Se você sabe quanto de um soluto está na solução, então não há necessidade de titular - apenas meça o volume de sua solução e calcule a concentração, conforme descrito na Parte 1.
Configure seu equipamento de titulação. Para realizar titulações precisas, você precisa de equipamentos limpos, precisos e profissionais. Use um frasco Erlenmeyer ou copo sob uma bureta calibrada presa a um porta-bureta. O bico da bureta deve ficar no gargalo do frasco ou béquer sem tocar nas paredes.
- Certifique-se de que todo o equipamento esteja previamente limpo, enxaguado com água desionizada e seco.
Encha o frasco e a bureta. Meça com precisão uma pequena quantidade da solução desconhecida. Quando dissolvida, a substância se espalha uniformemente pelo solvente, de modo que a concentração dessa pequena amostra da solução será a mesma da solução original. Encha sua bureta com uma solução de concentração conhecida que reagirá com sua solução. Anote o volume exato da solução na bureta - subtraia o volume final para encontrar a solução total usada na reação.
- Preste atenção: se a reação entre a solução na bureta e o soluto no frasco não mostrar nenhum sinal de reação, você indicador no frasco. Eles são usados em química para fornecer um sinal visual quando uma solução atinge o ponto de equivalência ou o ponto final. Os indicadores são geralmente usados para titulações que examinam as reações ácido-base e redox, mas também existem vários outros indicadores. Consulte um livro de química ou procure na internet para encontrar um indicador adequado para sua reação.
Comece a titulação. Adicione lentamente uma solução da bureta (o "titulante") no frasco. Use uma vareta de agitação magnética ou uma vareta de mistura de vidro para misturar suavemente a solução enquanto a reação está em andamento. Se sua solução está reagindo visivelmente, você deve ver certos sinais de que uma reação está ocorrendo - mudança na cor, bolhas, resíduos, etc. Se você estiver usando um indicador, poderá ver cada gota que sai da bureta para o frasco correto. mudança de cor.
- Se a reação resultar em uma mudança no valor ou potencial do pH, você pode adicionar leitores de pH ou um potenciômetro ao frasco para medir o progresso da reação química.
- Para uma titulação mais precisa, monitore o pH ou potencial como acima e observe cada vez como a reação ocorre após adicionar uma pequena quantidade de titulante. Trace a acidez da solução ou o potencial versus o volume de titulante adicionado. Você verá mudanças bruscas na inclinação da curva nos pontos de equivalência da resposta.
Diminua a titulação. Conforme sua reação química se aproxima do ponto final, diminua a titulação para uma progressão gota a gota. Se você estiver usando um indicador, poderá notar que os flashes coloridos duram mais. Agora continue a titular o mais lentamente possível até que você possa determinar a queda exata que fará com que sua reação alcance o ponto final. No caso de um indicador, você geralmente olha para a mudança de cor sustentada mais cedo possível na resposta.
- Registre o volume final em sua bureta. Subtraindo isso do volume inicial na bureta, você pode encontrar o volume exato do titulante usado.
Calcule a quantidade de soluto em sua solução. Use a equação química para a reação entre seu titulante e a solução para encontrar o número de moles de soluto em seu frasco. Depois de encontrar o número de moles de soluto, você pode simplesmente dividi-lo pelo volume da solução no frasco para encontrar a molaridade da solução ou converter o número de moles em gramas e dividir pelo volume da solução. , para obter a concentração em g / L. Isso requer um pouco de conhecimento básico de estequiometria.
- Por exemplo, suponha que usamos 25 ml de NaOH 0,5 M na titulação de uma solução de HCl em água até o ponto de equivalência. A solução de HCl tinha um volume de 60 ml para a titulação. Quantos mols de HCl existem em nossa solução?
- Para começar, vamos dar uma olhada na equação química para a reação de NaOH e HCl: NaOH + HCl> H₂O + NaCl
- Neste caso, 1 molécula de NaOH reage com 1 molécula de HCl com os produtos água e NaCl. Então, como você adicionou NaOH apenas o suficiente para neutralizar todo o HCl, o número de mols de NaOH consumido na reação será igual ao número de mols de HCl no frasco.
- Então, vamos descobrir qual é a quantidade de NaOH em moles. 25 ml NaOH = 0,025 L NaOH x (0,5 mol NaOH / 1 L) = 0,0125 moles de NaOH.
- Como deduzimos da equação da reação que o número de moles de NaOH consumidos na reação = o número de moles de HCl na solução, agora sabemos que há 0,0125 moles de HCl na solução.
Calcule a concentração da sua solução. Agora que você sabe a quantidade de soluto em sua solução, é fácil encontrar a concentração em termos de molaridade. Basta dividir o número de moles de soluto em sua solução pelo volume de sua amostra de solução (não o volume da maior quantidade de onde você retirou a amostra.) O resultado é a molaridade de sua solução!
- Para encontrar a molaridade do exemplo acima, divida o número de moles de HCl pelo volume do frasco. 0,0125 mole de HCl x (1 / 0,060 L) = 0,208 M HCl.
- Para converter molaridade em g / L, ppm ou porcentagem da composição, converta o número de moles de seu soluto em massa (usando a massa molar de seu soluto.) Para ppm e porcentagem do composto, você também precisa converter o volume de sua solução em massa (usando um fator de conversão, como densidade, ou simplesmente pesando-o), multiplique o resultado por 10 ou 10, respectivamente.

Parte 3 de 3: Determinando a salinidade em um aquário

Retire uma amostra da água do seu tanque. Registre o volume com precisão. Se possível, meça o volume em unidades SI, como mL - são fáceis de converter para L.
- Neste exemplo, testamos a salinidade da água do aquário, a concentração de sal (NaCl) na água. Suponha que tomemos uma amostra de água para este propósito 3 mL do aquário e, em seguida, defina a resposta final a ser dada g / L.
Titule a amostra de água. Selecione um titulante que produza uma reação claramente visível no soluto. Neste caso, usamos uma solução de 0,25 M AgNO₃ (nitrato de prata), um composto que produz um sal de cloro insolúvel quando reage com NaCl na seguinte reação: AgNO₃ + NaCl> NaNO₃ + AgCl. O sal (AgCl) será visível como um resíduo branco turvo que flutua e pode ser separado da solução.
- Titule o nitrato de prata de uma bureta ou pequena agulha para injeção na amostra do aquário até que a solução se torne turva. Com uma amostra tão pequena, é importante exatamente determine quanto nitrato de prata você adicionou - estude cada gota cuidadosamente.
Continue até que a reação termine. Quando o nitrato de prata parar de turvar a solução, você pode anotar o número de ml adicionado. Titular o AgNO3 muito devagar e observe a solução de perto, especialmente à medida que o ponto final se aproxima.
- Suponha que haja 3mL de 0,25 M AgNO₃ foi necessário para que a reação chegasse ao fim e a água não turvasse mais.
Determine o número de moles do titulante. Esta etapa é fácil - multiplique o volume do titulante adicionado pela molaridade. Isso fornecerá o número de moles de titulante usado.
- 3 mL x 0,25 M = 0,003 L x (0,25 moles AgNO₃/ 1 L) = 0,000075 mol AgNO₃.
Determine o número de moles de seu soluto. Use a equação de reação para converter o número de moles de AgNO₃ a mols de NaCl. A equação de reação é: AgNO₃ + NaCl> NaNO₃ + AgCl. Porque 1 mol AgNO₃ reage com 1 mol de NaCl, agora sabemos que o número de moles de NaCl em nossa solução = o número de moles de AgNO₃ que é adicionado: 0,000075 mol.
- Neste caso: 1 mol de AgNO₃ reage com 1 mol de NaCl. Mas se 1 mol de titulante reage com 2 moles de nosso soluto, então multiplicaríamos o número de moles de nosso titulante por 2 para obter o número de moles de nosso soluto.
- Em contraste, se 2 moles do nosso titulante reagem com 1 mol do nosso soluto, então dividimos o número de moles do titulante por dois.
- Essas regras correspondem proporcionalmente a 3 moles de titulante e 1 mol de soluto, 4 moles de titulante e 1 mol de soluto, etc., bem como 1 mol de titulante e 3 moles de soluto, 1 mol de titulante e 4 moles de soluto, etc.
Converta seu número de moles de soluto em gramas. Para fazer isso, você precisará calcular a massa molar do soluto e multiplicá-la pelo número de moles do soluto. Para encontrar a massa molar do NaCl, use a tabela periódica para encontrar e adicionar o peso atômico do sal (Na) e do cloreto (Cl).
- MM Na = 22.990. MM Cl = 35.453.
- 22,990 + 35,453 = 58,443 g / mol
- 0,000075 mol NaCl x 58,442 g / mole = 0,00438 mol de NaCl.
- Preste atenção: Se houver mais de um de um tipo de molécula em um átomo, você terá que adicionar a massa molar desse átomo várias vezes. Por exemplo, se você é a massa molar de AgNO₃, você adicionaria a massa de oxigênio três vezes porque há três átomos de oxigênio na molécula.
Calcule a concentração final. Temos a massa do nosso soluto em gramas e sabemos o volume da solução de teste. Tudo o que temos que fazer agora é dividir: 0,00438 g NaCl / 0,003 L = 1,46 g NaCl / L
- A salinidade da água do mar é de aproximadamente 35 g NaCl / L. Nosso aquário não é salgado o suficiente para peixes marinhos.

Pontas

Embora o soluto e o solvente possam existir em diferentes estados (sólido, líquido ou gasoso) quando separados, a solução formada quando a substância se dissolve estará no mesmo estado do solvente.
Ag + 2 HNO3 → AgNO3 + NO2 + H2O
Use apenas plástico ou vidro transparente.
Aqui está um exemplo de vídeo: [1]

Avisos

Armazene a solução de AgNO3 em um frasco escuro e fechado. É sensível à luz.
Tenha cuidado ao trabalhar com ácidos ou bases fortes. Certifique-se de que existe ar fresco suficiente na divisão.
Use óculos e luvas de segurança.
Se você quiser obter a prata de volta, observe o seguinte: Cu (s) + 2 AgNO3 (aq) → Cu (NO3) 2 + 2 Ag (s) Lembre-se de que (s) significa sólido.