Coeficiente de solubilidade

O coeficiente de solubilidade apresenta o máximo de soluto que uma quantidade específica de solvente é capaz de dissolver em uma dada temperatura. A quantidade de soluto dissolvida, quando comparada ao coeficiente de solubilidade, permite classificar a solução como sendo saturada, insaturada ou supersaturada.

O coeficiente de solubilidade pode ser utilizado para formar a curva de solubilidade, que também funciona para classificar a dissolução da solução em endotérmica ou exotérmica. A solubilidade de um soluto depende de parâmetros físicos, como a temperatura e a pressão (no caso dos gases), e também de parâmetros termodinâmicos, ou seja, interações que possam existir entre as partículas do soluto e do solvente.

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Resumo sobre coeficiente de solubilidade

• O coeficiente de solubilidade apresenta o máximo de soluto que uma quantidade de solvente consegue dissolver em uma dada temperatura.
• A relação entre o coeficiente de solubilidade e a quantidade de soluto dissolvida permite classificar a solução quanto à saturação.
• O coeficiente de solubilidade também permite a criação da curva de solubilidade.
• A solubilidade de um soluto depende de parâmetros físicos, como a temperatura e a pressão (no caso, de solutos gasosos).
• A interação entre as partículas de soluto e solvente também são essenciais para justificar maiores ou menores níveis de solubilidade.

Videoaula sobre coeficiente de solubilidade

Conceito de solubilidade

Para a formação de uma solução, uma quantidade de soluto deve ser uniformemente dispersa em uma determinada quantidade de solvente. A solubilidade, assim, constitui a composição analítica dessa solução formada, a qual é expressa em termos da proporção de um soluto específico em um solvente específico. A solubilidade pode ser medida por diversos parâmetros, como a concentração e a fração molar.

A extensão da solubilidade de um soluto em um solvente depende de fatores termodinâmicos, como a interação exercida entre o soluto e o solvente, e de parâmetros físicos, como temperatura e pressão (no caso específico de gases).

O que é o coeficiente de solubilidade?

Não se consegue dissolver o soluto infinitamente no solvente, obviamente, o que se faz perceber que há uma quantidade máxima possível a ser solubilizada. Assim, a máxima quantidade de soluto que pode ser dissolvida por uma quantidade padrão de solvente, em uma dada temperatura, é conhecida como coeficiente de solubilidade.

Por exemplo, se um determinado soluto apresenta um coeficiente de solubilidade igual a 15 g/100 g H₂O a 20 °C, isso quer dizer que, na temperatura de 20 °C, cada 100 gramas de água (solvente) consegue dissolver até 15 gramas do soluto.

Os valores de coeficiente de solubilidade são dados por tabelas, os quais podem ser encontrados em materiais de referência. A tabela a seguir apresenta os coeficientes de solubilidade de alguns sais na temperatura de 20 °C.

→ Coeficiente de solubilidade e classificação das soluções

O coeficiente de solubilidade é utilizado para classificar uma solução quanto à saturação. Assim:

• Solução insaturada: quando a quantidade de soluto dissolvida é inferior à quantidade estabelecida pelo coeficiente de solubilidade.
• Solução saturada: quando a quantidade de soluto dissolvida é exatamente igual à quantidade estabelecida pelo coeficiente de solubilidade.
• Solução supersaturada: quando a quantidade de soluto dissolvida é superior à quantidade estabelecida pelo coeficiente de solubilidade.

Veja também: Reações exotérmicas e reações endotérmicas — como identificar

Como calcular o coeficiente de solubilidade

Não existe uma fórmula para se calcular o coeficiente de solubilidade. Na verdade, o que se faz é manusear os valores de acordo com a situação de interesse. Por exemplo, se determinado soluto apresenta um coeficiente de solubilidade igual a 15 g/100 g H₂O em uma temperatura de 20 °C é possível projetar, proporcionalmente, a máxima solubilidade desse soluto em qualquer quantidade de água, desde que a temperatura seja mantida.

Assim, por exemplo, para esse soluto citado, na temperatura de 20 °C:

• 100 gramas de H₂O dissolvem 15 gramas de soluto;
• 1000 gramas de H₂O dissolvem 150 gramas de soluto;
• 500 gramas de H₂O dissolvem 75 gramas de soluto;
• 50 gramas de H₂O dissolvem 7,5 gramas de soluto.

Contudo, tal movimento não pode ser feito com a temperatura, pois a solubilidade não varia linearmente com a temperatura. Ou seja, se a temperatura dobra (de 20 °C para 40 °C, por exemplo), não necessariamente a solubilidade máxima dobrará (ou cair pela metade).

Curva de solubilidade

Os valores de coeficiente de solubilidade podem ser colocados em um gráfico para a formação de uma curva, a qual passa a ser chamada de curva de solubilidade. A curva de solubilidade é composta, portanto, pelos diversos valores de coeficiente de solubilidade de um soluto, nas temperaturas correspondentes. As curvas de solubilidade, sendo elementos gráficos, conseguem trazer uma maior percepção da influência da temperatura sobre a solubilidade do soluto, ou seja, se esta é mais ou menos influenciada pela variação da temperatura.

Além disso, o perfil da curva de solubilidade também auxilia na classificação da solução quanto à dissolução. Por exemplo, uma curva de solubilidade ascendente indica que o soluto apresenta uma dissolução endotérmica, ou seja, quanto maior a temperatura, maior a solubilidade. Já uma curva de solubilidade descendente indica que o soluto apresenta uma dissolução exotérmica, ou seja, quanto maior a temperatura, menor a solubilidade.

Veja, na imagem a seguir, que todos os sais possuem uma dissolução endotérmica, à exceção do Li₂CO₃, que apresenta uma dissolução exotérmica.

A curva de solubilidade também auxilia na percepção da saturação da solução. Veja:

• Se uma solução apresenta uma proporção de soluto/solvente que se localiza abaixo da curva de solubilidade, então a solução em questão é insaturada.
• Caso apresente uma proporção de soluto/solvente que cai sobre os pontos da curva, então a solução é saturada.
• Ademais, caso a proporção de soluto/solvente se localize numa região acima da curva de solubilidade, então a solução em análise é supersaturada.

Quais fatores afetam a solubilidade?

A solubilidade de um soluto em um solvente depende de parâmetros físicos e também termodinâmicos. No caso dos parâmetros físicos, a solubilidade é diretamente influenciada pela temperatura do meio. Para soluções líquidas em que o soluto dissolvido é sólido, não se possui uma relação direta entre temperatura e solubilidade, sendo a influência determinada única e exclusivamente por experimentos.

Contudo, no caso da solubilidade de gases em líquidos, há uma relação específica: quanto maior a temperatura, menor a solubilidade, conforme mostrado na imagem a seguir.

Isso porque a maior temperatura aumenta a energia cinética das partículas gasosas, fazendo com que os gases sejam mais facilmente expelidos da solução, o que diminui a sua solubilidade.

A pressão também atua como fator para influenciar na solubilidade, porém apenas de gases. A maior pressão faz com que os gases sejam mais facilmente dissolvidos no meio líquido e, dessa forma, quanto maior a pressão exercida, maior a solubilidade do gás no meio.

Do ponto de vista termodinâmico, a solubilidade é influenciada pelas interações que as partículas do soluto podem exercer com as do solvente. Simplificadamente, se as interações soluto-solvente forem mais intensas (ou favoráveis) que as interações soluto-soluto e solvente-solvente, maior será a solubilidade.

Por exemplo, a solubilidade do iodo (I₂) em água é muito baixa. Isso porque as moléculas de água exercem entre si interações intermoleculares do tipo ligação de hidrogênio, as quais são mais intensas que as interações dipolo-dipolo induzido que as moléculas de H₂O exercem com as moléculas de I₂. Dessa maneira, termodinamicamente, não se justifica a dissolução do iodo em água. O I₂, portanto, é mais solúvel em solventes apolares, pois as interações realizadas entre o solvente apolar e o I₂ são do tipo dipolo induzido-dipolo induzido, as mesmas realizadas pelas moléculas de I₂ e do solvente apolar isoladamente.

Paralelamente, o cloreto de sódio (NaCl) é bastante solúvel em água, pois a água realiza com os íons Na⁺ e Cl⁻ interações do tipo íon-dipolo, as quais são mais intensas que as ligações de hidrogênio, o que justifica a boa solubilidade desse soluto em água.

Contudo, as interações iônicas (que ocorrem entre os íons Na⁺ e Cl⁻) são mais intensas que as ligações de hidrogênio que as moléculas de água exercem isoladamente e também as interações íon-dipolo que ocorrem entre os íons dispersos e a água. Por isso, alguns compostos iônicos não se solubilizam em água, pois, a depender do nível de intensidade da interação iônica, não se justifica, termodinamicamente, o estabelecimento das interações íon-dipolo entre o soluto iônico e a água.

Saiba mais: O que é a molaridade de uma solução?

Exercícios resolvidos sobre coeficiente de solubilidade

Questão 1. (UFJF – PISM – Módulo II – Dia 1/2025)

O gráfico abaixo apresenta a variação do coeficiente de solubilidade do nitrato de potássio (KNO3) em água.

De acordo com sua interpretação do gráfico, marque a alternativa CORRETA.

1. Ao prepararmos uma mistura contendo 80 g de KNO₃ em 100 g de água na temperatura de 80 °C ela passará a ser saturada quando resfriada até 55 °C.
2. Ao adicionarmos 80 g de KNO₃ em 100 g de água na temperatura de 10 °C, apenas 60 g de KNO₃ estarão dissolvidos em água.
3. Ao prepararmos uma mistura de 150 g de KNO₃ em 150 g de água na temperatura de 80 °C, observaremos o aparecimento de sólido quando essa mistura for aquecida para 90 °C.
4. É possível dissolver totalmente 200 g de nitrato de potássio em 50 g de água na temperatura de 90 °C.
5. Para preparar uma solução aquosa saturada de KNO₃ na temperatura de 70 °C, deve-se adicionar 70 g de KNO₃ em 50 g de água.

Resposta: Letra E.

A partir da leitura do gráfico, vê-se que, na temperatura de 70 °C, 140 g de KNO₃ podem ser solubilizados por 100 g de H₂O. Assim, caso sejam utilizados apenas 50 g de H₂O (metade de 100 g), a máxima quantidade de KNO₃ que pode ser dissolvida é de 70 g. Por isso, a solução se torna saturada quando 70 g de KNO₃ são dissolvidos em 50 g de H₂O na temperatura de 70 °C.

Questão 2. (EMESCAM/2025.1)

O estudo de gráficos de coeficiente de solubilidade possibilita determinar a quantidade de soluto que uma quantidade fixa de solvente pode dissolver em diferentes temperaturas.

O gráfico a seguir apresenta o coeficiente de solubilidade de um sal.

Considere que 90 g do sal foram adicionados a 100 g de água à temperatura de 70 °C. A mistura foi homogeneizada até a máxima solubilização possível do sólido em água. O sistema obtido foi então resfriado a 30 °C, e o precipitado presente completamente separado e, em seguida, seco em estufa. O precipitado seco foi adicionado a 200 g de água à temperatura de 25 °C, formando um segundo sistema.

O segundo sistema formado no contexto descrito é uma solução

1. insaturada, sem corpo de fundo.
2. heterogênea, com 5,0 g de corpo de fundo.
3. saturada, sem corpo de fundo.
4. supersaturada, com 5,0 g de corpo de fundo.

Resposta: Letra A.

Segundo o gráfico, ao se colocar 90 g do sal em 100 g de água na temperatura de 70 °C, apenas 85 g deste poderão ser completamente dissolvidos, mantendo-se 5 g do sal na forma não dissolvida (precipitado).

Porém, ao resfriar o sistema para 30 °C, a solubilidade caiu, fazendo com que o coeficiente de solubilidade fosse de 45 g do sal para cada 100 g de água. Por isso, dos 85 g que estavam dissolvidos, apenas 45 g se mantém dissolvidos, enquanto os 40 g remanescentes do sal são precipitados.

Assim, a massa total de sal não dissolvida remanescente do primeiro sistema é de 45 gramas. Para o segundo sistema, essa quantidade de sal foi adicionada em 200 g de água, na temperatura de 25 °C. Nessas condições, o coeficiente de solubilidade é de 40 g do sal para cada 100 g de água. Proporcionalmente, em 200 g de água, a solubilidade máxima do sal em 25 °C é de 80 g. Assim, todos os 45 g do sal conseguem ser dissolvidos, sem atingir o máximo permitido, o que permite classificar a solução como insaturada.

Fontes

ATKINS, P.; JONES, L.; LAVERMAN, L. Princípios de Química: questionando a vida e o meio ambiente. 7. ed. Porto Alegre: Bookman, 2018.

DO CANTO, E. L.; LEITE, L. L. C.; CANTO, L. C. Química – na abordagem do cotidiano. 1. ed. São Paulo: Moderna, 2021.

FRANCISCO, F. M.; DO CANTO, E. L. Química na abordagem do cotidiano. 5ª ed. vol. 1. São Paulo: Moderna, 2009.

HAYNES, W. M. (ed.). CRC Handbook of Chemistry and Physics. 95^a ed. CRC Press: 2014.

REIS, M. Química: ensino médio. 2ª ed. vol. 1. São Paulo: Ática, 2016.

USBERCO, J.; SPITALERI, P.; SALVADOR, E. Química 1: conecte live. 3ª ed. vol. 1. São Paulo: Saraiva, 2018.