Soluções

 As soluções são misturas homogêneas formadas por soluto (material disperso) e por solvente (material dispersante). Como sistemas homogêneos, apresentam reprodutibilidade de suas propriedades físicas e químicas em toda a sua extensão e podem ser classificadas quanto a diversos aspectos, como seu estado físico, natureza do soluto, entre outros.

Leia também: Afinal, o que são as misturas?

Resumo sobre soluções

• Soluções são misturas homogêneas formadas por soluto e por solvente

• Elas apresentam reprodutibilidade das suas propriedades físicas e químicas em toda sua extensão.

• Podem ser classificadas de acordo com diversos parâmetros, como estado físico aparente, natureza do soluto, entre outros.

• Entre os principais parâmetros quantitativos das soluções, destacam-se o coeficiente de solubilidade e as unidades de concentração.

• As soluções podem passar por operações importantes, como a diluição e a mistura entre soluções.

• Quando soluções são misturadas, pode ou não ocorrer uma reação química.

O que são soluções?

Soluções são misturas homogêneas em que o material disperso é chamado de soluto e o material dispersante é chamado de solvente. O soluto de uma solução é reduzido até dimensões moleculares ou atômicas e, dessa forma, não pode ser observado por nenhum instrumento óptico existente. Além disso, como em todo sistema homogêneo, as soluções apresentam reprodutibilidade das suas propriedades físicas e químicas em toda a sua extensão.

Quais são os tipos de soluções?

Podemos diferenciar (ou classificar) as soluções de acordo com alguns critérios, os quais serão elencados a seguir.

→ Tipos de soluções quanto ao seu estado físico aparente

Uma solução pode ser classificada de acordo com a forma que se mostra para nós, macroscopicamente. Dessa forma, elas podem ser classificadas como sendo soluções sólidas, líquidas ou gasosas.

Um exemplo de solução sólida é o aço inoxidável, que é uma mistura de ferro, de carbono e de outros metais, como cromo e manganês. Outros exemplos são o bronze (cobre e estanho) e o latão (cobre e zinco). Já dentre as soluções líquidas, pode-se citar o soro fisiológico, uma mistura entre água e cloreto de sódio (sal de cozinha), ou, ainda, a água mineral (água com íons dissolvidos).

Vale destacar que alguns autores não reconhecem misturas gasosas como sendo soluções. A própria União Internacional de Química Pura e Aplicada (Iupac) afirma que soluções apresentam uma fase líquida ou sólida, não contemplando a fase gasosa na definição. Porém, outros autores consideram que toda mistura gasosa, como é homogênea, é também uma solução. É o caso, por exemplo, do ar atmosférico.

→ Tipos de soluções quanto à natureza do soluto

As soluções podem ser classificadas também quanto à natureza da ligação química existente no soluto. São assim classificadas em soluções iônicas ou covalentes.

Assim, as soluções iônicas são aquelas em que o soluto é de natureza iônica, dispersando-se na forma de íons, como o caso do soro fisiológico, em que cloreto de sódio, um composto iônico, está disperso na água.

As soluções iônicas podem também ser chamadas de eletrolíticas, que são soluções capazes de conduzir corrente elétrica. A condução precisa de íons dispersos em solução, permitindo, portanto, a passagem de corrente elétrica.

Da mesma forma, as soluções covalentes são aquelas em que o soluto é de natureza covalente, como é o caso de uma solução entre água e açúcar (sacarose), que apresenta ligações covalentes. Nesse caso, a solução também pode ser chamada de molecular, uma vez que o soluto se dispersa na forma de moléculas.

→ Tipos de soluções quanto à diluição

Toda solução é formada por soluto e por solvente. Isso pode ser mostrado, matematicamente, por meio do conceito da fração molar (x). Assim sendo, o somatório das frações molares de soluto e de solvente totalizam a unidade (que é a solução):

x_(soluto) + x_(solvente) = 1

Considerando isso, podem ser classificadas em soluções diluídas ou concentradas. Quando a fração molar de soluto é muito menor do que 1, dizemos que a solução, portanto, é diluída. Do contrário, essa solução é concentrada. Contudo, é mais comum usar o termo “diluída” e “concentrada” de modo comparativo, ou seja, uma solução é mais diluída ou concentrada em relação à outra solução.

→ Tipos de soluções quanto à saturação

Um dos fatores mais importantes de uma solução é o seu coeficiente de solubilidade, que apresenta o máximo de soluto que uma quantidade específica de solvente é capaz de dissolver em uma dada temperatura. Assim, por meio do coeficiente de solubilidade, sabemos que a solução já atingiu o máximo de solubilidade ou não, dentro daquela temperatura.

Considerando isso, podem ser classificadas em soluções insaturadas, saturadas ou supersaturadas. Dessa forma, quando a quantidade de soluto dissolvida ainda não atingiu o que foi estabelecido pelo coeficiente de solubilidade, a solução é classificada como insaturada. Se a quantidade de soluto dissolvido atinge o que foi estabelecido pelo coeficiente de solubilidade, a solução é classificada como saturada. Experimentalmente, a formação do chamado precipitado (ou corpo de fundo) é um sinal de saturação da solução. Ou seja, a partir desse ponto, não se consegue mais dissolver nenhuma unidade de soluto.

Existe um caso especial, que é a solução supersaturada, que ocorre quando é possível superar o coeficiente de solubilidade, ou seja, dissolver mais soluto do que é permitido na temperatura presente. Porém, a formação de uma solução supersaturada não é espontânea, e, dessa forma, é uma solução altamente instável. Qualquer agitação em uma solução supersaturada faz com que se torne saturada novamente.

→ Tipos de soluções quanto à relação com a temperatura

A temperatura é um fator capaz de alterar a solubilidade de uma solução, seja para mais, seja para menos. Considerando isso, elas podem ser classificadas em soluções de dissolução endotérmica ou de dissolução exotérmica. Dessa forma, as soluções de dissolução endotérmica são aquelas cujo aumento da temperatura faz com que a solubilidade do soluto aumente. De forma oposta, as soluções de dissolução exotérmica são aquelas em que o aumento da solubilidade do soluto ocorre com a diminuição da temperatura.

Exemplos de soluções

• Soro fisiológico: cloreto de sódio disperso em água, geralmente em uma concentração de 0,9% em massa.

• Água mineral: íons dispersos na água.
• Água sanitária: uma solução de hipoclorito de sódio dispersa em água.
• Álcool 70°: uma solução composta por 70% de etanol e 30% de água (em massa, ou em volume).
• Aço inoxidável: uma liga metálica ferrosa, formada não só por ferro, mas também por carbono, por cromo, por manganês e por outros metais.
• Aço comum: uma liga metálica formada por ferro e por carbono.
• Latão: uma liga metálica formada por cobre e por zinco.
• Ouro branco: uma liga metálica formada majoritariamente por ouro e por outros metais de tonalidade clara, como paládio, prata e níquel.

Concentração de soluções

A quantificação da quantidade de soluto em uma solução é feita por meio das unidades de concentração. Basicamente, toda unidade de concentração apresenta a razão da quantidade de soluto pela quantidade de solução.

A tabela a seguir apresenta as principais unidades de concentração, bem como sua fórmula e sua definição.

Coeficiente de solubilidade

O coeficiente de solubilidade traz a quantidade de soluto capaz de ser dissolvido por uma quantidade específica de solvente em uma dada temperatura, já que a alteração de temperatura é capaz de alterar a solubilidade. Os valores de coeficiente de solubilidade são obtidos experimentalmente. A tabela a seguir traz alguns valores de coeficiente de solubilidade (CS).

Diluição de soluções

A diluição de soluções é uma operação realizada em soluções com o objetivo de diminuir a sua concentração. Isso é feito por meio da adição de solvente, sem alterar a quantidade de soluto. Portanto, pode-se quantificar a queda de concentração em um processo de diluição a partir da ideia de que a quantidade de soluto é constante:

m_i = m_f                        (1)

• “m_i” → a massa inicial de soluto.
• “m_f” → a massa final de soluto.

Entretanto, a concentração é definida como sendo:

C = m/V

Portanto:

m = C × V                  (2)

Assim, pode-se substituir a equação (2) em (1):

C_iV_i = C_fV_f                 (3)

Vale ainda salientar que o volume final é considerado como sendo:

V_f = V_i + V_solvente

A expressão (3) é considerada como a fórmula geral para diluição, e, assim sendo, C_i > C_f e V_i < V_f. Ela funciona para qualquer unidade de concentração, portanto, de maneira análoga, podemos usar, por exemplo:

M_iV_i = M_fV_f                                       (concentração molar)

(%m/m)_iV_i = (%m/m)_fV_f                   (porcentagem em massa)

Acesse também: Diluição de soluções — mais detalhes sobre esse processo

Mistura de soluções

Na mistura de duas soluções, pode ou não ocorrer uma reação química.

→ Mistura de soluções do mesmo soluto

Quando são misturadas duas soluções de mesmo soluto, não ocorre nenhuma reação química. É possível determinar a concentração final nesse processo através de uma média ponderada das concentrações das soluções envolvidas, em que os volumes são os pesos. A seguir, vejamos como se chega na expressão.

Quando se misturam n soluções de mesmo soluto, as quantidades de soluto se somam:

m₁ + m₂ + m₃ + ... + m_n = m_f                         (1)

Entretanto, a concentração é definida como sendo:

C = m/V

Portanto:

m = C × V                  (2)

Assim, pode-se substituir a equação (2) em (1):

C₁V₁ + C₂V₂ + C₃V₃ + ... + C_nV_n = C_fV_f

Essa é a expressão geral para determinar a concentração final após a mistura de n soluções. Essa expressão serve para qualquer unidade de concentração. Por exemplo, em termos de concentrações molares:

M₁V₁ + M₂V₂ + M₃V₃ + ... + M_nV_n = M_fV_f

→ Mistura de soluções com solutos diferentes sem reação química

Quando ocorre a mistura de soluções com solutos diferentes, como não há reação química, um soluto não interfere na natureza do outro. Dessa forma, o que se vê é apenas uma mera diluição de cada solução, em que o volume final é a observado após a mistura das soluções envolvidas.

Assim, a expressão utilizada para calcular a concentração final de cada soluto é a da diluição.

→ Mistura de soluções com reação química

Quando ocorre uma reação química, deve-se determinar a concentração final da solução dentro dos parâmetros da estequiometria. Assim sendo, suponha a seguinte reação química, decorrente da mistura das soluções A e B:

a A + b B → c C + d D

Dessa forma, de acordo com a equação química, sabe-se o seguinte:

a mols de A ------------------ b mols de B

Dessa forma, sabe-se que, mediante essa proporção estequiométrica, qualquer que seja o número de mols de A (n_A) que for utilizado, o número de mols de B (n_B) correspondente poderá ser calculado:

a mols de A ------------------ b mols de B

n_A ------------------ n_B

Assim, como todos os dados da regra de três estão em mols, podemos dizer:

a × n_B = b × n_A

Porém, a molaridade é dada por

M = n/V

Assim, o número de mols pode ser usado em termos de parâmetros da solução (concentração molar e volume):

n = M × V

Por isso, a expressão para determinação das concentrações das soluções que reagem entre si, com base na estequiometria, é:

a × (M × V)_B = b × (M × V)_A

Exercícios resolvidos sobre soluções

Questão 1

(Uesb 2026) Um técnico de laboratório da UESB precisa preparar 500 mL de uma solução aquosa de NaOH com concentração de 0,2 mol/L. Para isso, ele utiliza uma solução estoque de NaOH com concentração de 2,0 mol/L.

O volume da solução estoque de NaOH necessário para preparar a referida solução é de

A) 50 mL.

B) 25 mL.

C) 100 mL.

D) 13 mL.

E) 10 mL.

Resolução:

Alternativa A

O volume da solução estoque é o volume de partida, ou seja, o volume inicial (Vi). Pela expressão da diluição, temos que:

M_iV_i = M_fV_f

M_i = 2,0 mol/L

M_f = 0,2 mol/L

V_f = 500 mL

Assim:

2 × V_i = 0,2 × 500

V_i = 0,1 × 500

V_i = 50 mL

Questão 2

(Univassouras 2025) Em um laboratório, dispõe-se de 2 L de uma solução aquosa de CaCl₂ na concentração de 0,1 mol/L.

A massa, em gramas, desse sal presente na solução equivale a:

A) 15,3

B) 22,2

C) 30,6

D) 44,4

Resolução:

Alternativa B.

Como a concentração é de 0,1 mol/L, pode-se dizer que, em 2 litros, tem-se:

M = n/V

0,1 = n/2

n = 0,2 mol de CaCl₂

A massa molar do CaCl₂ é igual a 111 g/mol. Dessa forma, em 0,2 mol, há 22,2 g.

Fontes

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

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.