universidade federal do pampa curso de engenharia de alimentos tópicos em preparo de soluções e...

Universidade Federal do Pampa

Curso de Engenharia de Alimentos

Tópicos em Preparo de Soluções e Conversão de Unidades

Prof. ª Valéria Terra Crexi

Engenheira de Alimentos

1.1 Expressão da Concentração e Preparo de Soluções Utilizadas na Análise de Alimentos

1.1.1 Síntese de conceitos fundamentais em química

Átomo

Menor parte de um elemento que pode existir em uma troca química.

número atômico Z = número de prótons

Moléculas

Formadas por associação de átomos de um mesmo Elemento ou de diferentes elementos químicos

Peso molecular = soma dos pesos atômicos dos

respectivos átomos = molécula grama

Átomo Grama

Um átomo grama de qualquer elemento contém um número de átomos igual ao número de Avogrado (N = 6.023 X 1023)

Átomo Grama

Como a massa de um único átomo é extremamente pequena, o número de átomos em um átomo grama de qualquer elemento é muito grande.

Um átomo grama de qualquer elemento contém um número de átomos igual ao número de Avogrado (N = 6.023 X 1023)

Mol

O mol de uma substância pura é definido como a quantidade da substância igual ao seu peso molecular.

Utilidade:

As unidades do mol ou molécula grama são muito úteis para o cálculo de concentração de soluções e na estequiometria de reações químicas.

Equivalente grama

massas que equivalem em uma reação química

Substâncias não oxidantes e não redutoras

equivalente grama consiste na relação entre a massa molecular e o número total de oxidação dos radicais que reagem

ácidos consiste no número total de oxidação de H+

bases número total de OH-

Equivalente-grama (E) de um elemento químico é o quociente do átomo-grama (A) pela valência (v) do elemento.

E = A/vExemplo:

Para o Sódio (Na) = 23g/1 = 23g

Para o ácido sulfúrico - H2SO4  

  E = mol1 / x  =  98g / 2  = 49g       ( 2 hidrogênios

ácidos)

Para o ácido sulfúrico - H2SO4  

  E = mol1 / x  =  98g / 2  = 49g       ( 2 hidrogênios

ácidos)

Equivalente-grama (E) de um ácido é a relação entre a molécula-grama ou mol (mol1) do ácido e o número de hidrogênios ácidos ou ionizáveis (x).

Para substâncias oxidantes ou redutora, o equivalente grama consiste na relação entre a massa molecular e a variação total do número de oxidação por fórmula

Equivalente-grama (E) de um oxidante ou redutor é o quociente da molécula-grama ou mol (M) da substância pela variação total (Δ) de seu número de oxidação.

Densidade

Quantidade de massa por unidade de volume de uma substância.

Saturação de uma solução

Concentração máxima de um soluto em um determinado solvente a uma temperatura definida.

Na prática, se visualiza o ponto de saturação de uma solução quando começa a se depositar o soluto, sem que haja mais a sua

dissolução

1.1.2 Principais expressões de concentrações de soluções de uso laboratorial

Molaridade

A unidade molar (M) é definida como número de moles de uma substância presente em 1000 mL de solução.

Portanto, uma solução 1 M contém 1 mol de uma substância em 1L de solução.

Molaridade

Ex: Em 250 mL de solução contendo 10 g de cloreto de cálcio (CaCl2), tem-se:

1M ______ 111g de CaCl2______1000mL solução 1M_______ xg ________250mL solução

1M _______27,75 g de CaCl2_______250 mL solução xM _______10g CaCl2 ____________ 250 mL solução X= 0,36 M, que corresponde a 10g de CaCl2 em 250 mL

Portanto, 10g de cloreto de cálcio contidos em 250 mL de solução correspondem a 0,36M.

Normalidade

A unidade normal (N) é a quantidade (número) de equivalentes gramas presentes em 1000mL de solução.

Ex. Em 250 mL de solução contendo 10 g de cloreto de cálcio (CaCl2), tem-se:

Solução 1N _______ 1 eq.g de CaCl2______ 1000mL solução (por definição)

1N ________55,5 g CaCl2 _________1000mL1N ________xg CaCl2_____________250 mL solução1N ________13,875 g CaCl2 ________250mL soluçãoxN ________10g CaCl2 ____________250 mL soluçãoX= 0,72N, que corresponde a 10g de CaCl2 em 250 mL

solução.

Porcentagem

- Expressa a quantidade relativa por cento.

Percentual m/m

Relaciona as gramas da substância contidas em 100g da solução.

Percentual m/v

Expressa gramas da substância em 100 mL da solução.

Porcentagem

Percentual v/v

Significa volume (mL) da substância (líquida) em 100 mL da solução.

Percentual v/m

Expressa volume (mL) da substância (líquida) em 100 g da solução

Partes por milhão (ppm)

Expressa relações de partes em 1 milhão de partes

quantidades dos componentes presentes são muito pequenas

Ex. Em 250 mL de solução contendo 0,01 mL de álcool, sua concentração em ppm seria:

1 ppm é igual a 1 parte em 1 milhão de partes

0,01 mL de álcool _______________ 250 mL solução x mL álcool ___________________1x 106 mL soluçãoPortanto tem-se, 40 mL de álcool/ 1x 106 mL solução,

que significa 40 ppm

Partes por bilhão (ppb)

Expressa relações de partes em 1 bilhão; 1ppb equivale a 1 parte em 1 bilhão de partes

Ex. Em 250 mL de solução contendo 0,01mL de álcool, corresponde a:

1 ppb é igual a 1 parte em 1 bilhão de partes

0,01 mL de álcool _______________ 250 mL solução x mL álcool ___________________1x 109 mL soluçãoPortanto tem-se, 40.000 mL de álcool/ 1x 109 mL

solução, o que corresponde a 40.000 ppb

Expressões de proporções (x + y ou x:y)

Indicam que o primeiro numeral refere-se ao volume do solvente ou solução utilizado, e o segundo ao volume de diluente da preparação.

Ex. ácido clorídrico 1+2 ou 1:2

1 volume de ácido foi diluído com 2 volumes de água.

Expressões de proporções (x + y ou x:y)

Ex. Ao adicionar-se solução de ácido clorídrico 0,1N em água, em um total de 250 mL de solução, na proporção de 2+3 ou 2:3, tem-se

250 mL _______________ 5 partes (2+3)X mL _________________ 1 parte

Assim, 1 parte corresponde a 50 mL; portanto, nos 250 mL de solução final, tem-se 100 mL (2 partes) de solução de ácido clorídrico e 150 mL (3 partes) de água.

Fator de diluição

Expressa o grau de diluição de um determinado extrato ou solução

Ex. Suponha-se que nos 10 mL de extrato tem-se 10 mg de componente desejado, assim:

10 ml extrato ____10 mg do componente, ou seja, tem-se 1 mg do componente/ mL do extrato

Ao retirar-se 1 mL do extrato, retira-se 1 mg do componente que ao completar o volume para 10 mL, permanecerá 1mg do componente em 10mL de solução;

Fator de diluição

Portanto tem-se 1mg/ 10mL ou 0,1 mg/ mL de extrato

Pela relação da quantidade do componente por mL de solução inicial e após a diluição (final), tem-se 10mg/1 mg = 10, que corresponde ao grau (fator) de diluição

1.1.3 Preparo de soluções

Preparo:

Adição de um determinado componente de alto grau de pureza (soluto)

Em recipiente adequado (balão volumétrico)

Completando o volume com um solvente

1.1.3 Preparo de soluções

Processos de preparação de soluções em laboratório:

•A partir de substâncias sólidas

•A partir de soluções previamente preparadas

•A partir de soluções concentradas

1.1.3 Preparo de soluções

• A partir de substâncias sólidas

Pesa-se a quantidade de sólido desejado (soluto)

Balão volumétrico

Adição de parte do solvente

Agitação

Completa-se o volume com o solvente

1.1.3 Preparo de soluções

• A partir de substâncias sólidas

Para preparar 500mL de solução de cloreto de magnésio (MgCl2) 0,15N

1N ___________46,61 g___________1000mL0,15N _________ xg ______________ 1000mL

xg = 6,99 g MgCl2_________________1000mLX _________ 500mLx = 3,50g

* Assim pesa-se 3,50 g de MgCl2, coloca-se em balão volumétrico de 500mL, adiciona-se cerca de 200 mL de água dissolve-se e completa-se o volume de 500 mL de água

1.1.3 Preparo de soluções

• A partir de soluções previamente preparadas

Solução previamente preparada e de concentração conhecida

Calcula-se a quantidade em equivalentes gramas que precisa para preparar a solução desejada

Retira-se o volume necessário da solução

Balão volumétrico

Completa-se o volume com solvente

1.1.3 Preparo de soluções

• A partir de soluções previamente preparadas

Ex. Se no laboratório tem uma solução preparada de hidróxido de bário Ba(OH)2 1N (solução A). A partir desta solução se deseja preparar 100 mL de solução de hidróxido se bário a 0,05 N (solução B)

•Inicialmente calcula-se quantos eq.g de Ba(OH)2 precisam para se preparar a solução (B):

1N __________ 1 eq.g de Ba(OH)2 _____ 1000mL0,05 N _______0,05 eq. g_____________1000mL

x eg. g________________100mLx= 0,005 eq.g __________100mL

1.1.3 Preparo de soluções

• A partir de soluções previamente preparadas

Assim, calcula-se qual o volume correspondente na solução (A) que contenha os 0,005 eq.g necessários para preparar a solução (B).

1N _______ 1 eq.g Ba(OH)2 __________ 1000mL solução 0,005 eq.g Ba(OH)2 _____x mL solução

x mL= 5 mL de solução

Assim, retira-se 5 mL de solução (A), a qual contem 0,005 eq.g de Ba(OH)2, coloca-se em balão volumétrico de 100mL e completa-se o volume com água destilada, para se obter a solução 0,05 N (solução B).

1.1.3 Preparo de soluções

• A partir de soluções concentradas

Quando se tem a concentração do soluto (%) e a densidade da solução

Preparo de soluções a partir de ácidos e bases concentrados.

Ex. Preparar 500mL de solução de ácido sulfúrico (H2SO4) 0,1N a partir de solução concentrada de ácido sulfúrico ( conc. 97% , densidade = 1,840 g.mL -1)

1.1.3 Preparo de soluções

• A partir de soluções concentradas

Inicialmente se calcula quantos equivalentes gramas de ácido devem estar contidos nos 500 mL de solução de ácido sulfúrico a 0,1N

0,1 N ___________0,1 eq.g de H2SO4 _______ 1000 mL x eq.g H2SO4 __________ 500 mL

Portanto:

0,1 N _________ 0,05 eq.g de H2SO4 ___500 mL solução

1.1.3 Preparo de soluções

• A partir de soluções concentradas

Assim, nos 500 mL de solução de 0,1 N precisa-se de 0,05 eq. g de H2SO4 que deve ser oriundo da solução concentrada de H2SO4

Na solução concentrada tem-se:

1,840g de solução ________ 1 mL de solução ( densidade = 1,840 g. mL-1)

Nessa massa de solução deve-se calcular a massa de ácido sulfúrico1,840 g de solução __________________ 100% da massa

xg _______________________97% da massa de ácido

H2SO4

1.1.3 Preparo de soluções

• A partir de soluções concentradas

Portanto, em 1,840 g de solução se tem 1,7848 g de ácido sulfúrico.

Então:

1,840g de solução _________1,784 g (0,03642 eq.g) de ácido sulfúrico _________ 1 mL de solução

Como precisa-se de 0,05 eq.g de ácido na solução que se deve preparar:

0,03642 eq.g de ácido ________ 1 mL solução0,05 eq.g de ácidos __________ x mL de solução

1.1.3 Preparo de soluções

• A partir de soluções concentradas

x mL = 1,37 mL de solução concentrada

Portanto, retira-se 1,37 mL da solução concentrada, coloca-se em balão volumétrico de 500 mL e adiciona-se água até completar o volume, para se obter a solução 0,1N.

1.1.4 Padronização de soluções

* Utilizada quando a concentração final da solução não equivale a desejada:

- higroscopicidade- volatibilidade (tempo) - erros de pesagem

Padronização :

Correção da concentração, tentando traduzir a concentração real,utilizando-se de outras soluções previamente padronizadas ou que possuam maior estabilidade durante sua preparação.

1.1.4 Padronização de soluções

Para se calcular a concentração real de uma solução, se utiliza a proporção estequiométrica, levando-se em consideração que:

1 equivalente grama de uma substância reage com 1 equivalente grama da outra substância, resultando em 1 equivalente grama de cada um dos produtos formados

1.1.4 Padronização de soluções

Ex. Na padronização de uma solução de hidróxido de sódio 0,1N (normalidade aparente), foi colocado 0,51 g de biftalato de potássio (C8H5KO4) no erlenmeyer, e gastou-se na titulação 22 mL (volume da bureta) de solução de hidróxido de sódio 0,1N previamente preparada.

O que se conhece com certeza é a massa de biftalato que reagiu, assim:

1 eq.g de biftalato _________ 204 g x eq.g ________________ 0,51 g

X = 0,0025 eq.g de biftalato de potássio que reagiram

1.1.4 Padronização de soluções

Portanto, 0,0025 eq.g de biftalato reagiram com 0,0025 eq.g de hidróxido, os quais estão contidos em 22 mL de solução:

Assim, 22 mL de sol. de NaOH _____ 0,0025 eq.g de NaOH1000 mL de sol. De NaOH ___ X

X = 0,1136 eq.g de NaOH

Portanto, tem-se eq.g de NaOH em 1000mL de solução, o que equivale a 0,1136 N (normalidade real).

1.1.4 Padronização de soluções

O fator de correção equivale ao valor que multiplicado pela normalidade aparente resulta na normalidade real da solução, portanto:

fc x Naparente = N real, assim: fc = Nreal/Naparente, assim:

fc = 0,1136/0,1000 = 1,1360

Portanto, a concentração real da solução é: 0,10 N x fc = 0,10 x 1,1360 = 0,1136 N ou 0,11N (com dois algarismos significativos)