Química experimental - SOLUÇÕES
(Conceito e Preparações)

Prof. Luiz Ferraz Netto [Léo]
leobarretos@uol.com.br
luizferraz.netto@gmail.com

O material necessário à realização dos experimentos aqui sugeridos inclui soluções de diversas substâncias, indicadas algumas vezes em percentagem, outras vezes em molaridade. Ao adquirir o material, a escola deverá, também, providenciar pequenos frascos vazios, mas rotulados. O professor deverá enchê-los com as soluções indicadas em cada experimento e, então, entregá-los aos alunos ou utilizá-los em experimentos para a sala de aula. Além disso, a escola deverá providenciar quantidades maiores de certas substâncias, que ficarão de reserva, para que o professor prepare as soluções e com elas reabasteça os pequenos frascos.
Os esclarecimentos e instruções dados a seguir facilitarão ao professor o preparo das soluções.

Conceito
Determinado material é denominado solução quando é uma mistura homogênea de duas ou mais substâncias. São exemplos de soluções a água do mar, o bronze, o latão, o aço, etc. Numa solução, a substância dissolvida denomina-se soluto e aquela em que este (ou estes) se dissolvem denomina-se solvente.
Considere duas soluções: água-sal de cozinha e água-álcool.
Quando se adiciona uma pequena quantidade de sal de cozinha a um copo com água, o sal se dissolve, formando uma solução diluída. Aumentando-se a quantidade de sal, a solução vai-se tornando cada vez mais concentrada, até saturar-se, isto é, até atingir a capacidade máxima de dissolução. A partir desse ponto, todo sal adicionado deposita-se no fundo, não se dissolvendo. Portanto, por mais sal que se adicione, a concentração da solução permanece constante (desde que a temperatura também não se altere). Soluções nessas condições são denominadas saturadas. Neste exemplo, a água é o solvente e o sal é o soluto.
Considere agora soluções de álcool e água. Estas jamais atingem a saturação: os dois líquidos são miscíveis, independentemente da quantidade relativa de cada um. Neste caso, qual o soluto? Qual o solvente? As respostas requerem bom-senso: numa solução onde a quantidade de água excede a de álcool, diz:se que o solvente é a água; no caso inverso, o solvente seria o álcool. E quando ambos existem em quantidades iguais? Neste caso, tem-se liberdade de escolher e qualquer resposta será válida.
Quando dizemos que uma solução é diluída ou concentrada, estamos expressando a concentração de modo vago, meramente qualitativo. Entretanto, para muitos experimentos, precisamos utilizar soluções com concentração bem definida, expressa quantitativamente em percentagem ou em molaridade.

Soluções Percentuais
A concentração expressa em percentagem pode estar se referindo à massa ou ao volume. Os exemplos seguintes mostram diversas maneiras de exprimir a concentração em percentagem:

a. A relação é estabelecida entre a massa do soluto e a massa do solvente.
Exemplo: Em um recipiente, pese 5 gramas de soluto. Junte 100 gramas de solvente e misture até dissolver. Essa é uma solução a 5% para a massa do soluto em relação à massa do solvente.
b. A relação é estabelecida entre a massa do soluto e o volume do solvente.
Exemplo: Em um recipiente pese 5 gramas de soluto e adicione 100 ml de solvente. Essa será uma solução a 5% para a massa do soluto em relação ao volume do solvente.
c. A relação é estabelecida entre a massa do soluto e o volume da solução e não do solvente. Exemplo: Pese 5 g de soluto e junte pequena quantidade de solvente, o suficiente para dissolver o material. Transfira para um frasco graduado e complete o volume até 100 ml. Esta também é uma solução a 5%, mas a percentagem está-se referindo à solução, isto é, existem 5 gramas de soluto dissolvidas em 100 ml de solução. Nesse caso, temos uma solução a 5% para a massa do soluto em relação ao volume da solução.

 Quando o soluto é líquido, em vez de determinarmos sua massa, podemos determinar seu volume e expressar a concentração em termos do volume do soluto em relação ao volume do solvente ou da solução. As soluções percentuais mais comumente usadas são aquelas em que se completa o volume, obtendo-se assim um volume conhecido da solução (tipo c). Neste Projeto de Química Experimental do Feira de Ciências (PQE), as concentrações percentuais indicadas são desse tipo.
Existem outras maneiras de caracterizar as soluções. São usadas as designações: soluções normais, soluções formais, etc., as quais não foram utilizadas neste PQE.

Soluções Molares
Damos o nome de soluções molares a soluções cuja concentração é expressa em função da massa molecular do soluto. Assim, dizemos que determinada solução é 1 molar (1 M) quando contém 1 mol de soluto em 1 litro de solução. Uma solução 0,2 molar (0,2 M) contém 0,2 mol de soluto em um litro de solução.
Para preparar soluções molares de uma substância, precisamos, antes de mais nada, saber quanto vale 1 mol dessa substância.

Vejamos dois exemplos:

a. Preparação de solução 1,0 M de NaCI. Consultando-se uma tabela de massas atômicas, encontramos:
Massa atômica do sódio = 23,0
Massa atômica do  cloro = 35,5
1 mol de NaCI = 23,0 g + 35,5 g = 58,5 g
Portanto, deve-se dissolver 58,5 g de NaCI em pequena quantidade de água e completar até 1 L.
b. Preparação de solução 0,2 M de NaCI.
1,0 mol de NaCI  = 58,5 g de NaCI
0,2 mol de NaCI  = x g de NaCI
Donde: x = (0,2 x 58,5) g de NaCI = 11,7 g ≈ 12 g
Então, para preparar a solução 0,2 M de NaCI pesam-se 12 g de NaCI, dissolvem-se em pequena quantidade de água e completa-se o volume até obter um litro.

É muito frequente utilizarmos quantidades pequenas de solução, não havendo necessidade de preparar um litro. Se, por exemplo, forem necessários apenas 50 ml de solução 0,2 M de NaCI, procede-se da seguinte maneira:

a. Calcula-se quantos gramas representam 0,2 mol dessa substância (12 g; veja acima).
b. Calcula-se, em seguida, a massa de NaCI necessária para 50 ml de solução:
Para 1000 ml de solução são necessários 12 g de NaCI.
Para 50 ml de solução são necessários x g de NaCI.
Portanto: x = (50x12)/1000 = 0,6 g.

Exercícios:

1. Quantos gramas de nitrato de chumbo, Pb (N0₃)₂, são necessários para preparar 400 ml de solução 2,00 M dessa substância?
Resposta: 265 g.
2. Quantos gramas de hidróxido de sódio, NaOH, são necessários para preparar 50 ml de solução 0,80 M dessa substância?
Resposta: 1,6 g.

Molaridade de Alguns Reagentes
Os ácidos clorídrico, nítrico e sulfúrico, e a amônia, vendidos no comércio como reagentes concentrados, são soluções aquosas, cujas molaridades são aproximadamente as seguintes:

Portanto, para preparar, por exemplo, um litro de solução 1 molar (1 M) de ácido clorídrico, deve-se diluir 11,7 vezes o ácido concentrado. Em outras palavras, a solução 1M de ácido clorídrico é 11,7 vezes menos concentrada do que a solução comercial.
Portanto, 1000 ml de solução 1M devem conter: 1000/11,7 = 85 ml de ácido concentrado, completando-se o volume com água, até obter-se 1 litro (1000 ml).

Soluções Molares de Sais Hidratados
Certos sais são normalmente fornecidos na forma hidratada, isto é, cada molécula do sal está associada a diversas moléculas de água. Por exemplo, os cristais azuis de sulfato de cobre são hidratados e devem ser representados pela fórmula CuS0₄. 5H₂0. Os cristais de sulfato de cobre anidro, CuS0₄, são brancos.
Para preparar uma solução molar de um sal hidratado, é necessário levar em consideração a quantidade de água já existente nos cristais, ou seja, é preciso conhecer a massa molecular do sal anidro e a do sal hidratado. Por exemplo:
Massa molecular do CuS0₄ anidro = 63,5 + 32 + 64 = 159,5
Massa molecular do CuSO₄.5H₂O = 159,5 + (5 x 18) = 249,5
Ora, existe a mesma quantidade de CuSO₄, em 159,5 g do sal anidro e em 249,5 g do sal hidratado. Portanto, para preparar 1 litro de solução molar, deve-se usar 159,5 g do sal anidro ou então 249,5 g do sal penta-hidratado.

Observações:

a. Desejando-se trabalhar com o sal anidro, deve-se secar os cristais em estufa ou sobre chama fraca. Em ambos os casos, os cristais devem ser colocados numa cápsula de porcelana.
b. As soluções denominadas padronizadas ou tituladas são soluções cuja concentração é conhecida com grande precisão. São preparadas de acordo com técnicas especiais descritas em textos de Química Analítica Quantitativa.
c. Nos experimentos contidos neste PQE não há necessidade de soluções padronizadas.

Preparação de Água de Cal e de Água de Barita
Certas soluções são muito usadas em trabalhos de laboratório como as soluções de hidróxido de cálcio e de bário, conhecidas, respectivamente, como água de cal e água de barita, as quais são soluções saturadas desses hidróxidos. Para prepará-las, basta ir adicionando o hidróxido sólido a uma certa quantidade de água, até que comece a aparecer sólido não dissolvido depositado no fundo; agita-se o líquido para assegurar máxima dissolução e deixa-se em repouso algum tempo; por último, transfere-se a parte clara do líquido para frascos (rotulados) que deverão ficar fechados. No caso da água de cal, é mais prático prepará-la a partir da cal viva, que é mais fácil de se obter do que o hidróxido de cálcio. Entretanto, o professor deverá tomar cuidado ao misturar a cal viva com a água, pois a reação é violenta. Deverá usar um recipiente grande com água (balde grande) e acrescentar a cal pouco a pouco, mexendo vagarosamente. O professor não deve pedir aos alunos que façam essa preparação. A água de barita, solução aquosa de hidróxido de bário [Ba(OH)₂] é preparada do mesmo modo que a água de cal.

Preparação de "Papel de Cobalto"

a. Preparar uma solução saturada de cloreto de cobalto.
b. Molhar na solução assim preparada tiras de papel de filtro de, aproximadamente, 1 cm x 5 cm.
c. Deixar secar as tiras ao sol.

Preparação de Soluções de Uso Biológico

Solução de Lugol

a. Dissolver 10 g de iodeto de potássio (cristais) em 100 ml de água destilada.
b. Acrescentar 5 g de iodo (cristais).

Solução de Fenolftaleína

Dissolver 0,5 g de fenolftaleína (pó) em 100 ml de álcool a 96%.

Solução de Azul-de-Metileno

a. Dissolver 0,5 g de azul-de-metileno (pó) em 30 ml de álcool a 96%.
b. Dissolver 0,1  g de potassa cáustica (granulado) em 100 ml de água.
c. Juntar as duas soluções.

Solução de Azul-de-Bromotinol

a. Solução a 0,1 %: dissolver 0,5 g de azul-de-bromotinol em pó em 500 ml de água destilada.
b. Solução a 0,04%: dissolver 0,4 g de azul-de-bromotinol em 1000 ml de água destilada.

Mais adiante, neste PQE, encontram-se instruções para a preparação de soluções de álcool e formol para conservação de animais e vegetais mortos.

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