Concentração Comum (C) A concentração comum (C) de uma solução química é a relação entre a massa do soluto (m1) e o volume da solução (v). A sua unidade no Sistema Internacional é gramas por litro (g/L). Além de ser muito utilizada em laboratórios, é também muito usada para indicar a composição de alimentos e medicamento Concentração comum (C) ou simplesmenteConcentração é definida como:
Matematicamente ela é expressa pela fórmula:
onde C = Concentração comum e sua unidade no SI é dada em g/L; m1 = massa do soluto* em g; v = volume da solução em L. O símbolo C é de comum e não de concentração, pois existem outros tipos de concentração (concentração molar ou molaridade, concentração em partes por milhão ou ppm, porcentagem em massa do soluto ou título em massa, concentração em volume, etc.). Conforme mostrado acima, a concentração de uma solução tem como unidade padrão g/L (gramas por litro), porém ela pode ser expressa em outras unidades de massa e volume, como g/m3, mg/L, kg/mL, etc. Dessa forma, se dissermos que uma solução de água e açúcar tem concentração de 50 g/L, quer dizer que em cada litro da mistura (solução e não do solvente) tem dissolvida uma massa de 50g de açúcar. No cotidiano, a concentração é muito usada para indicar a composição de alimentos, medicamentos e materiais de limpeza e higiene que são líquidos. Observe o rótulo do leite integral abaixo, que analisa a concentração de vários nutrientes como carboidratos, proteínas e gorduras totais presentes em 200 mL da solução.
Por exemplo, em cada 200 ml do leite, tem-se 9 g de carboidratos. Transformando para litros e fazendo os devidos cálculos conforme mostrado abaixo, temos que a concentração de carboidratos nesse leite é de 45 g/L. • Transformando a unidade do volume para o Sistema Internacional, ou seja, de mL para L:
1 L ------1000 mL v -------200 mL v = 0,2 L • Calculando a concentração de carboidratos no leite:
Isso significa que em cada litro desse leite, tem-se 45 g de carboidratos.
* Em aspectos quantitativos referentes às soluções químicas, sempre que em uma grandeza aparecer o índice 1, ele indica que a grandeza é só do soluto. O índice 2 se refere ao solvente e quando não houver índice nenhum, estará se referindo à solução inteira (soluto + solvente). Título ou Porcentagem em Massa O Título ou porcentagem em massa é a relação (razão) entre a massa do soluto e a massa da solução. Ele não tem unidades e pode ser expresso também em porcentagem. Nesse caso é só multiplicar o resultado por 100%. Além disso, existe a porcentagem em volume da solução. Em muitos medicamentos e em produtos alimentares líquidos e sólidos, como o vinagre e bolachas, por exemplo, apresenta-se o teor em porcentagem de massa do soluto (m1) em relação à massa da solução inteira (m = m1 + m2). A essa grandeza dá-se o nome de Título (?) ou porcentagem em massa de uma solução. Sua definição pode ser expressa da seguinte forma:
Dessa forma, seu cálculo é feito através da equação matemática abaixo:
ou
Visto que tanto no denominador, como no numerador, está se tratando da mesma unidade (a unidade de massa é o grama – g), o Título não possui nenhuma unidade e é menor que 1. Desse modo, se dissermos que o título de determinada solução é 0,4, isso significa que para cada unidade de massa da solução, 0,4 corresponde à massa do soluto. Porém, muitas vezes o Título é expresso em porcentagem. Para tal, basta multiplicar o valor encontrado por 100%. Nesse caso é chamado de Porcentagem em Massa (?%) *
Observe a figura abaixo, em que é dada a porcentagem em massa do cloreto de sódio de uma solução de soro fisiológico:
O soro fisiológico, usado no tratamento de desidratação, contém uma porcentagem em massa de cloreto de sódio de 0,9% Nesse caso, significa que em cada 100 g ou 100 unidades dessa solução, há 0,9 g ou 0,9% de soluto, isto é, do cloreto de sódio (NaCl – sal de cozinha). Outro exemplo é o vinagre: no seu rótulo há indicação de que na sua preparação foram usados 5% de massa de ácido acético, ou seja, existem 5 g desse ácido para cada 100 g de solução.
O Título pode ser dado também em porcentagem de volume. Nesse caso, a única diferença é que no lugar de relacionar a massa do soluto com a massa da solução; relaciona-se o volume do soluto com o volume da solução, segundo a fórmula a seguir:
Por exemplo, no caso do álcool comum, que apresenta uma porcentagem em volume de 96%, em 100 mL da solução, 96 mL é álcool.
* O termo “Título” é mais usado entre os cientistas, já os técnicos e vários autores de livros usam mais a expressão “Porcentagem em massa”. Concentração molar ou molaridade é a quantidade de soluto, em mol, dissolvidos num volume de solução em litros. O mol nada mais é que a quantidade de substâncias de um sistema que contém tantas unidades elementares quantas existem em átomos de carbono em 0, 012 kg de carbono-12. Esta unidade elementar deve ser especificada e pode ser um átomo, uma molécula, um íon, um elétron, um fóton etc., ou um grupo específico dessa unidade. Pela constante de Avogadro, esse número é igual a 6,02 x 10²³, aproximadamente. Muitas outras unidades de medida de concentração são utilizadas usualmente, como por exemplo, a percentagem de massa (ou erroneamente chamada de percentagem de peso), porém a mais usada e mais importante unidade de concentração é a molaridade. Para calcular a concentração molar de uma substância é necessário ter em mãos uma tabela periódica, isto porque o cálculo envolve o número de massa de cada elemento que faz parte do soluto. A fórmula geral é: M= Nº de mols do soluto / Nº de litros de solução Assim, se 1 litro de solução foi preparado pela dissolução de 1 mol de cloreto de sódio, isto significa que esta é uma solução de cloreto de sódio de 1,0 mol\L. 1) Qual a molaridade de uma solução cujo volume é 0,250 L e contém 26,8 g de cloreto de cálcio, CaCl2? Resolução: Fórmula Inicia-se o cálculo somando o número de massa (A) dos elementos do soluto, nesse caso, cálcio (Ca) e cloro (Cl): Ca = 40,1 Cl = 35,5 40,1 + (2 x 35,5) = 111,1 (massa molar do CaCl2) Para encontrar o número de mols de CaCl2 é preciso calcular: 1 mol de CaCl2 → 111,1 g de CaCl2 Nº de mols de CaCl2 → 26,8 g de CaCl2 Logo o número de mols de CaCl2 é 0,241 mol de CaCl2. Aplicamos por fim, a fórmula (anteriormente citada) para encontrar a concentração molar da solução: M = 0,241 mol / 0,250L = 0,964 mol/L O valor da concentração molar é sempre expresso em mols por litro (mols/L), assim, se o volume da solução estiver em outra unidade como ml, cm³, dL, entre outros, é necessário converter em litro antes de realizar o cálculo por completo. É importante ainda ter atenção e não confundir molaridadade com molalidade, visto que são termos parecidos graficamente. Molalidade é o número de mols de soluto existente em 1 kg do solvente, diferente da molaridade, já citada anteriormente. Devido a essa possível confusão, em muitas literaturas utiliza-se o termo concentração molar em vez de molaridade. A fração molar é um número adimensional (sem unidade de grandeza) que relaciona a parte de uma mistura com o total. É frequentemente utilizada para indicar a porcentagem molar de uma substância imersa em um solvente – número de mol do soluto dividido pelo número de mol da solução (soluto + solvente); assim como em balanços de massa. Vale lembrar que a soma das frações molares de todos os componentes de uma mistura deve ser sempre igual a 1. Para você entender o que é a fração molar ou fração em mol de uma solução, vamos considerar uma analogia: Imagine que você tem uma cesta de frutas com 1 laranja e 4 bananas. A fração de cada fruta em relação ao total é
uma parte de cada uma em relação ao todo: 1 + 4 = 5. Assim, a fração em unidades correspondente a cada fruta será: Laranja = 1/5
Banana = 4/5
O mesmo raciocínio pode se aplicar às soluções químicas, em que relacionamos o número de mols dos componentes (solvente e soluto) da solução separadamente em relação ao número de mols total na solução.
É importante lembrar que nos cálculos de concentrações de soluções químicas, costuma-se adotar o índice 1 ao lado do símbolo da grandeza para se referir ao soluto, o índice 2 se refere ao solvente e quando não há índice, refere-se à solução. Por exemplo, a quantidade total de matéria presente numa solução é simbolizada por “n” e é igual à soma da quantidade de matéria do soluto e do solvente: n = n1 + n2 Assim, a fração molar pode ser calculada segundo as equações:
Voltando à analogia das laranjas e das bananas, se somarmos as frações dessas frutas, veremos que o resultado dará igual a 1, que corresponde ao todo (inteiro): 1+4=5=1 5 5 5
O mesmo se dá com as frações molares. A soma das frações molares dos componentes de uma solução sempre dará igual a 1:
Vamos ver um exemplo de exercício de cálculo de fração molar: “Certo fabricante de baterias de automóveis produziu um modelo com uma solução que contém 98 gramas de ácido sulfúrico (H2SO4) dissolvidos em 162 gramas de água (H2O). Determine as frações molares do ácido e da água nessa solução. (Dados: massas molares = H2SO4 = 98 g/mol e H2O = 18 g/mol).” Resolução: Primeiro precisamos determinar a quantidade de matéria (número de mol – n) de ácido e de água. Isso é feito utilizando a fórmula: n = m (massa em gramas) M (massa molar) * Número de mol de H2SO4: n1 = m1 M1 n1 = 98 g 98 g/mol n1 = 1 mol
* Número de mol de H2O: n2 = m2 M2 n2 = 162 g 18 g/mol n2 = 9 mol
Agora podemos determinar as frações molares para o ácido sulfúrico e para a água: * Fração molar do soluto (H2SO4): x1 = _n1 __ n1 + n2 x1 = _1 mol __ ( 1 + 9) mol x1 = 1/10 x1 = 0,1
* Fração molar do solvente (H2O): x2 = __n2__ n1 + n2 x2 = __9 mol_____ ( 1 + 9) mol x2 = 9/10 x2 = 0,9
Observe que a soma desses valores é igual a 1.