A concentração em quantidade de matéria é um conceito fundamental para compreender como controlar a composição das soluções. Assim, é essencial para o desenvolvimento de experimentos laboratoriais, processos industriais e aplicações na área da saúde.
O domínio da concentração em volume permite ainda calcular com precisão a quantidade de reagentes em reações químicas, otimizar diluições e garantir a qualidade de produtos químicos, farmacêuticos e alimentícios.
Neste texto, você vai entender como calcular a concentração em quantidade de matéria (molaridade), utilizá-la em diluições e misturas de soluções, além de suas aplicações práticas. Acompanhe abaixo.
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Conceito de soluções
Solução é uma mistura homogênea formada por duas ou mais substâncias, ou seja, não apresenta fases distintas. Numa solução, encontramos o solvente, que é a substância presente em maior quantidade, e o soluto, que é a substância dissolvida no solvente.
Um exemplo prático é quando dissolvemos sal (cloreto de sódio) em água, o sal é o soluto e a água é o solvente. Outro exemplo é o ar atmosférico, que é uma solução gasosa composta principalmente por nitrogênio e oxigênio.
As soluções podem ser classificadas em:
- Sólidas – Ex.: ligas metálicas como o bronze;
- Líquidas – Ex.: solução aquosa de cloreto de sódio; e
- Gasosas – Ex.: o ar atmosférico.
Embora existam soluções nos três estados físicos, o estudo da concentração em quantidade de matéria, também chamada de concentração em volume, é mais comum nas soluções líquidas, especialmente naquelas preparadas em laboratório.
Concentração em quantidade de matéria (molaridade)
A concentração em quantidade de matéria, ou simplesmente molaridade (M), é uma medida fundamental na química. Ela é definida como a razão entre a quantidade de matéria do soluto (em mol) e o volume da solução (em litros). A fórmula é:
Onde:
- M é a molaridade (mol/L);
- n é a quantidade de matéria do soluto (em mol); e
- V é o volume da solução (em litros).
É importante perceber que a quantidade de matéria (mol) é diferente de massa (gramas). O mol representa uma quantidade definida de entidades elementares (átomos, moléculas, íons) e está relacionado à massa pela massa molar.
A massa molar (g/mol) indica a massa de 1 mol de partículas. Por exemplo, o NaCl tem massa molar de 58,44 g/mol. Se temos 58,44 g de NaCl, temos exatamente 1 mol dessa substância.
Exemplo 1: Quantos mol/L ha em uma solução preparada dissolvendo 10 g de NaCl em 500 mL de água?
Resolução:
- Primeiro, converter massa para mol:
- Converter volume para litros:
- Aplicar a fórmula:
Exemplo 2: Se a molaridade é 2,0 mol/L e o volume da solução é 0,75 L, qual a quantidade de matéria do soluto?
Preparo de soluções
Para preparar uma solução de molaridade conhecida é necessário seguir algumas etapas importantes:
- Calcular a massa necessária de soluto (usando a massa molar e a quantidade de mol desejada);
- Pesar o soluto com uma balança (em laboratórios são utilizadas balanças de precisão);
- Dissolver o soluto em parte do solvente, em um béquer;
- Transferir a solução para um balão volumétrico adequado, que comporte o volume da solução requerida; e
- Completar o volume até a marca do balão volumétrico com o solvente.
Além do balão volumétrico, pipetas são usadas para medir volumes precisos e bastões de vidro auxiliam na dissolução.
+ Veja também: Materiais de Laboratório e Método Científico: tipos e aplicações
Diluição de soluções
Na diluição, o volume aumenta, mas a quantidade de matéria do soluto permanece constante. Como resultado, a concentração da solução diminui. Para resolver problemas de diluição, utilizamos a fórmula:
Onde:
- C₁ e V₁ são concentração e volume iniciais;
- C₂ e V₂ são concentração e volume após a diluição.
Exemplo: Quanto de uma solução 5,0 mol/L de HCl é necessário para preparar 250 mL de uma solução 1,0 mol/L?
Ou seja, é necessário usar 50 mL da solução concentrada e completar com água até atingir 250 mL.
Mistura de soluções
Mistura de soluções do mesmo soluto
Será obtido uma solução de nova concentração devido à alteração da proporção entre solvente e soluto na mistura. Quando misturamos duas soluções contendo o mesmo soluto, a molaridade final pode ser calculada por:
Ou seja, basta somar a quantidade de matéria dos dois volumes e dividir pelo volume total.
Exemplo: Misturando 100 mL de solução 1,0 mol/L de NaCl com 200 mL de solução 0,5 mol/L de NaCl:
- Quantidade de matéria:
- Volume total:
- Molaridade final:
Uma equação que pode ser muito útil nesses casos e simplificar o processo é:
Mistura de soluções com reação química
Algumas substâncias, quando entram em contato, reagem e formam novas substâncias. Para calcular a concentração das substâncias em solução, é necessário realizar o cálculo estequiométrico de consumo e formação das espécies.
Exemplo de reação:
Neste tipo de mistura, a molaridade é fundamental para calcular a quantidade de mols que reagem, identificar o reagente limitante e o reagente em excesso, e determinar a concentração final dos produtos formados.
Aplicações da concentração em quantidade de matéria
A concentração em quantidade de matéria é essencial em várias situações práticas:
- Reações Químicas: A molaridade permite calcular exatamente quanto de cada reagente é necessário para completar uma reação sem desperdício;
- Titulações: No laboratório, em uma titulação, usamos uma solução de concentração conhecida (padrão) para determinar a concentração de uma solução desconhecida. O ponto final é detectado por indicadores de pH ou outros métodos; e
- Química Analítica: Na análise quantitativa, como na determinação da concentração de íons metálicos em amostras de água, a molaridade é um parâmetro fundamental.
+ Veja também: O que cai de Soluções Químicas no Enem?
Questão de vestibular sobre concentração em quantidade de matéria
PUC Campinas (2018)
Os xaropes são soluções concentradas de açúcar (sacarose). Em uma receita caseira, são utilizados 500 g de açúcar para cada 1,5 L de água. Nesse caso, a concentração mol/L de sacarose nesse xarope é de, aproximadamente,
Dado: Massa molar da sacarose = 342 g/mol.
A) 2,5.
B) 1,5.
C) 2,0.
D) 1,0.
E) 3,0.
Alternativa correta:
D
A partir da massa de sacarose fornecida, converte-se essa quantidade em mols de sacarose.
342 𝑔 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑐𝑎𝑟𝑜𝑠𝑒 − − − − 1 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑐𝑎𝑟𝑜𝑠𝑒
500 𝑔 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑐𝑎𝑟𝑜𝑠𝑒 − − − − 𝑥 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑐𝑎𝑟𝑜𝑠𝑒
x = 1,461988 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑐𝑎𝑟𝑜𝑠𝑒
A concentração em mol/L é igual a:
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