Misturas de soluções que reagem envolvem a transformação dos reagentes em outras substâncias, exigindo conceitos como estequiometria. Compreender o que reage e o que permanece em solução é fundamental para resolver problemas.
Esse tema aparece em situações envolvendo neutralizações, titulações, precipitação e determinação de concentrações. A interpretação correta da equação química e a identificação do reagente limitante são essenciais ao resultado.
Neste texto, você entenderá conceitos, cálculos e estratégias para resolver questões sobre soluções que reagem, a estequiometria, as titulações, os excessos e a concentração final. Acompanhe abaixo.
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Conceito de mistura de soluções que reagem
É fundamental distinguir uma simples mistura de soluções de uma em que ocorre reação química. Quando não ocorre reação, há apenas diluição ou alteração da concentração devido ao aumento do volume total.
Por outro lado, existindo reação, os reagentes originais são totalmente transformados em novas espécies. Dessa forma, é sempre indispensável considerar a estequiometria química exata de toda essa transformação.
Uma reação em solução pode apresentar diferentes evidências experimentais. Entre os fenômenos observáveis estão a mudança de cor, a formação de precipitado, a liberação de gás, a variação de temperatura e a alteração do pH.
Entretanto, nem toda reação apresenta uma mudança visual evidente. Por isso, a identificação de uma transformação química também pode depender de cálculos ou de indicadores específicos.
A base disso é a Lei de Conservação da Massa em que átomos não são criados nem destruídos, apenas reorganizados. Ao misturar soluções, determina-se a quantidade de mols de cada espécie e sua distribuição após a reação.
Cálculos estequiométricos na mistura de soluções
O procedimento começa pela equação química balanceada. O balanceamento estabelece a proporção entre reagentes e produtos, funcionando como “receita” da reação. Depois, calcula-se a quantidade de matéria dos reagentes utilizando:
n = C · V
em que n é a quantidade de matéria, em mol, C é a concentração molar, em mol/L, e V é o volume da solução, em litros.
Após calcular os mols iniciais, compara-se a quantidade de cada reagente com a proporção dos coeficientes da equação. Isso permite identificar se os reagentes estão na proporção estequiométrica ou se há excesso. Por exemplo, considerando:
HCl + NaOH → NaCl + H₂O
A proporção da reação é 1 mol de HCl para 1 mol de NaOH. Logo, se houver a mistura de uma solução de 0,10 mol de HCl com outra de 0,15 mol de NaOH, o HCl será o reagente limitante e 0,05 mol de NaOH permanecerão em excesso.
Esse raciocínio é essencial: o reagente limitante é aquele que se esgota primeiro e determina a quantidade máxima de produto formada. O reagente em excesso é aquele que permanece parcialmente após a reação.
Reações de neutralização entre ácidos e bases
As neutralizações ácido-base são algumas das situações mais frequentes em problemas envolvendo mistura de soluções. Em termos simplificados, ocorre a reação entre íons hidrogênio e hidroxila:
H⁺ + OH⁻ → H₂O
O ponto fundamental é determinar quantos mols de H⁺ e OH⁻ estão disponíveis. Para um ácido ou uma base que forneça mais de um equivalente por mol em geral a quantidade da substância não é igual à quantidade de H⁺ ou OH⁻.
Por exemplo, uma solução de H₂SO₄ pode fornecer, em determinadas condições, mais de um equivalente ácido por mol, enquanto Ca(OH)₂ possui dois grupos OH⁻ por unidade de fórmula.
Quando ácido e base estão na proporção necessária, ocorre neutralização estequiométrica. No entanto, isso não significa que o pH final seja 7, pois ele depende das propriedades do sal e da possível hidrólise dos íons.
Quando um dos reagentes está em excesso, ocorre neutralização apenas parcial em relação à quantidade total adicionada. Se houver H⁺ remanescente, o meio será ácido, já se houver OH⁻ remanescente, será básico.
Para determinar a concentração da espécie que sobrou, calcula-se primeiro a quantidade de matéria remanescente e depois divide-se pelo volume total da mistura:
Vtotal =VA + VB
e:
[íon] = nremanescente / Vtotal
Lembre-se de converter os volumes para litros quando utilizar a concentração em mol/L.
+ Veja também: Mistura de soluções do mesmo soluto: conceitos e aplicações
Reagente limitante e reagente em excesso
Um erro comum em vestibulares é comparar apenas as concentrações, sem considerar os volumes. A quantidade de cada reagente é dada por n = C · V. Portanto, uma solução mais diluída pode ter mais mols se seu volume for maior.
Para identificar o limitante, compare as quantidades de cada reagente com a proporção indicada na equação balanceada. O reagente que não possui quantidade suficiente para cumprir a proporção estequiométrica será o limitante.
Após identificar a substância em excesso, calcula-se sua quantidade restante e divide-se pelo volume total da mistura para obter a nova concentração. Esse passo é essencial, pois o volume final difere do volume inicial das soluções.
Titulação e ponto de equivalência
A titulação é uma técnica usada para determinar a concentração de uma solução desconhecida. Uma solução de concentração conhecida, o titulante, é adicionada gradualmente à solução titulada.
Na titulação ácido-base, utiliza-se normalmente uma bureta para adicionar o titulante, uma pipeta volumétrica para medir precisamente o titulado e um erlenmeyer para realizar a reação.
É importante diferenciar ponto de equivalência e ponto final. O ponto de equivalência ocorre quando os reagentes estão na proporção exata da reação. Em uma neutralização entre ácido forte e base forte, isso significa quantidades equivalentes de H⁺ e OH⁻.
O ponto final, por sua vez, é o momento experimental em que se observa uma mudança, geralmente de cor, provocada pelo indicador. Os dois pontos devem ser próximos, mas não são necessariamente idênticos.
A escolha do indicador depende de sua faixa de viragem. A fenolftaleína, por exemplo, é incolor em meio ácido e fica rosada em meio básico, sendo útil em titulações cujo ponto de equivalência ocorre em meio básico.
Concentração final dos íons
Após a reação, é preciso identificar todas as espécies presentes na solução. Podem existir íons espectadores, que não participam diretamente da reação principal, e íons provenientes dos reagentes que permaneceram em excesso.
Na reação entre HCl e NaOH, por exemplo, H⁺ e OH⁻ reagem, enquanto Na⁺ e Cl⁻ permanecem em solução. Para calcular a concentração de cada íon:
[íon] = quantidade de mols do íon / volume total da solução
Deve-se observar também a estequiometria de dissociação. Um mol de CaCl₂, por exemplo, fornece um mol de Ca²⁺ e dois mols de Cl⁻, considerando dissociação completa.
Misturas de soluções podem produzir precipitados quando íons formam sais pouco solúveis. Nesses casos, o problema pode envolver o produto de solubilidade (Kps), permitindo avaliar a tendência de formação ou dissolução do precipitado.
Como esse tema aparece nos vestibulares?
No Enem, misturas de soluções costumam aparecer em contextos como tratamento de água, neutralização, controle de acidez e situações ambientais. A prova valoriza principalmente a interpretação do problema, além dos cálculos.
Em vestibulares como Fuvest, Unicamp, Unesp e UERJ, podem aparecer questões mais quantitativas. Em geral, envolvem concentração de íons, reagente limitante, excesso e titulações.
Uma pegadinha comum envolve ácidos e bases polipróticos, como H₂SO₄, H₃PO₄ e Ca(OH)₂. Nesses casos, não se deve igualar diretamente os mols da substância aos mols de H⁺ ou OH⁻, é preciso analisar a estequiometria da reação.
Questão do vestibular sobre mistura de soluções que reagem
Enem 2019
Laboratórios de Química geram, como subprodutos, substâncias ou misturas que, quando não têm mais utilidade nesses locais, são consideradas resíduos químicos. Para o descarte na rede de esgoto, o resíduo deve ser neutro, livre de solventes inflamáveis e de elementos tóxicos, como Pb, Cr e Hg. Uma possibilidade é fazer uma mistura de dois resíduos para obter um material que apresente as características necessárias para o descarte.
Considere que um laboratório disponha de frascos de volumes iguais, cheios dos resíduos listados no quadro.
Qual combinação de resíduos poderá ser descartada na rede de esgotos?
A) I e II
B) II e III
C) II e IV
D) V e VI
E) IV e VI
Resposta:
Alternativa Correta: C
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