A solubilidade é uma propriedade física da matéria que indica a quantidade de soluto dissolvida em um determinado solvente. Solução é uma mistura homogênea formada por um solvente (material que dissolverá outro) e um soluto (material que será dissolvido). A preparação desse tipo de mistura está diretamente relacionada com uma propriedade física da matéria denominada de solubilidade. Solubilidade ou coeficiente de solubilidade é a capacidade que um determinado solvente apresenta de dissolver certa quantidade de soluto. Essa capacidade sempre está relacionada com dois fatores:
a) Quantidade de solvente À medida que adicionarmos uma quantidade maior de solvente à solução e o soluto for dissolvido, poderemos também acrescentar uma quantidade maior de soluto. Exemplo: 100g de água dissolvem 36 gramas de NaCl. Assim, se tivermos 200 gramas de água, poderemos dissolver 72 gramas de NaCl, ou seja, 36 gramas a mais. b) Temperatura A temperatura é o único fator capaz de modificar a solubilidade de um soluto em um determinado solvente sem que a quantidade deste seja alterada. Por exemplo, se o soluto for um gás, sempre haverá uma maior quantidade dissolvida quando a temperatura do solvente for menor, ou seja, quanto mais frio, mais dissolvido será o gás. Observação: De acordo com o químico britânico William Henry, o aumento da pressão pode favorecer a dissolução de um soluto gasoso em um solvente. Todavia, se o soluto for um líquido ou um sólido, a mudança de temperatura poderá influenciar de diferentes formas a solubilidade. Dessa forma, há casos em que, quanto mais quente está solvente, mais soluto é dissolvido; e outros em que, quanto mais quente está o solvente, menos o soluto dissolve-se e vice-versa. A tabela a seguir traz como exemplo dados sobre a variação da solubilidade do NaCl em água em função da temperatura:
Analisando a tabela, é possível perceber que, quando 100 gramas de água está a 20 oC, pode haver dissolução de 36 gramas de NaCl; mas se a temperatura dessa mesma quantidade de água fosse aumentada para 60 oC, seria possível dissolver 37,3 gramas de NaCl, ou seja, 1,3 gramas a mais sem ter aumentado a quantidade de água. Após o estudo dos fatores que influenciam a solubilidade, é importante ressaltar que sempre que vamos preparar uma solução ou resolver um exercício sobre o assunto, os dois fatores estão presentes e devem ser levados em consideração. Veremos agora a resolução de dois exercícios que envolvem solubilidade. 1º) Determine a massa de nitrato de bário, Ba(NO3)2, que será dissolvida em uma massa de 500 gramas de H2O a 70 oC, sabendo que o coeficiente de solubilidade desse sal em água é de 70 gramas a cada 100 gramas de água a 40oC. Para resolver esse exercício, basta montar uma regra de três simples com os dados fornecidos, colocando na primeira linha os dados da solubilidade: 100g de H2O-----------70 g de Ba(NO3)2 100.X = 500.70 100.X = 35000 X = 35000 X = 350 g de Ba(NO3)2 dissolvidos em 500 g de H2O. 2º) A tabela abaixo traz o coeficiente de solubilidade do sulfato de potássio (K2SO4) em gramas a cada 100 gramas de água: Para resolver esse exercício, basta montar uma regra de três simples com os dados fornecidos, colocando na primeira linha os dados da solubilidade.Determine a quantidade mínima de água, a 50oC, necessária para dissolver totalmente 66 gramas de K2SO4. 100g de H2O-----------16,5 g de Ba(NO3)2 16,5.X = 100.66 16,5.X = 6600 X = 6600 X = 400g de H2O são necessários para dissolver totalmente 66g de Ba(NO3)2.
Aproveite para conferir nossa videoaula relacionada ao assunto: Esta página cita fontes, mas estas não cobrem todo o conteúdo.Agosto de 2020) Solubilidade ou coeficiente de solubilidade (CS) é a quantidade máxima que uma substância pode se dissolver em um líquido, e expressa-se em mols por litro, gramas por litro ou em percentagem de soluto/solvente. Esse conceito também se estende para solventes.
Na solubilidade, o caráter polar ou apolar de uma substância influi principalmente, pois devido à polaridade, estas substâncias serão mais ou menos solúveis. Dessa forma, substâncias polares tendem a se dissolver em líquidos polares e substâncias apolares, em líquidos apolares.
Os compostos com mais de um grupo funcional apresentam grande polaridade, por isso não são solúveis em éter etílico, por exemplo, que apresenta baixíssima polaridade. Portanto, para que uma substância seja solúvel em éter etílico deve apresentar pouca polaridade. Os compostos com menor polaridade são os que apresentam menor reatividade como, por exemplo, as parafinas, compostos núcleos aromáticos e os derivados halogenados.
O termo solubilidade designa tanto fenômeno qualitativo do processo (dissolução), como expressa quantitativamente a concentração das soluções. A solubilidade de uma substância depende da natureza do soluto e do solvente, assim como da temperatura e da pressão às quais o sistema é submetido. É a tendência do sistema em alcançar o valor máximo de entropia.
Ao misturar um soluto com um solvente, pode haver a formação de três tipos de soluções: saturada, solução insaturada ou solução supersaturada, cada uma delas dependendo da quantidade de soluto que se dissolveu no solvente.
O processo de interação entre as moléculas do solvente e as moléculas do soluto para formar agregados é denominado solvatação e, se o solvente for a água, hidratação.
De acordo com uma definição da IUPAC,[nota 1] é a solubilidade da composição analítica de uma solução saturada expressa como uma proporção de um soluto designada no seio de um solvente determinado. A solubilidade pode ser definida em unidades de concentração, molalidade, fração molar, razão molar, e de outras unidades. Os gases, em geral, são pouco solúveis em líquidos. Existem, porém, dois fatores que alteram sua solubilidade: a pressão e a temperatura . A influência da pressão sobe um líquido pode ser enunciada pela Lei de Henry: “Em temperatura constante, a solubilidade de um gás em um líquido é diretamente proporcional à pressão parcial do gás acima do líquido.” Essa lei se aplica somente em certas condições, nas quais a concentração do soluto e sua pressão parcial são relativamente baixas, ou seja, quando o gás e a solução são ideais e quando não ocorre interação entre o soluto e o solvente. A lei de Henry pode ser expressa da seguinte forma: P = K X {\displaystyle P=KX}onde: X = {\displaystyle X=} fração molar de líquido do gás em solução (é a solubilidade do gás); P = {\displaystyle P=} pressão parcial na fase gasosa; K = {\displaystyle K=} constante de proporcionalidade (ou constante de Henry).Cada gás tem sua própria constante , que varia com a temperatura. Um exemplo disso ocorre quando se abre uma garrafa de refrigerante: a pressão é reduzida, acarretando a diminuição da solubilidade de CO2, que é liberado na forma de bolhas. Em termos de temperatura, a solubilidade dos gases em líquidos diminui com o aumento da temperatura, fazendo aumentar o grau de agitação das moléculas, havendo a liberação das moléculas de gás do líquido. Esse efeito é percebido quando água muito quente é lançada em rios que possuem alta biodiversidade: a temperatura elevada reduz a solubilidade do O 2 {\displaystyle O_{2}} na água dos rios, acarretando uma grande mortandade de espécies locais. Quando consideramos a solubilidade de compostos orgânicos entre si e com a água devemos levar em consideração a polaridade, as forças de atração intermolecular e o tamanho da cadeia carbônica. Há uma tendência de substâncias polares dissolverem substâncias polares e substâncias apolares dissolverem substâncias apolares, ou seja, semelhante dissolve semelhante, mas há exceções a essa regra. Assim, a maioria dos compostos orgânicos é insolúvel ou pouco solúvel em água, porque a maioria é apolar e a água é um composto polar. Outro fator importante para analisar a solubilidade são as forças intermoleculares. Quando essas forças estabelecidas entre soluto e solvente são mais fortes ou iguais às estabelecidas entre as moléculas do próprio solvente e entre as do próprio soluto, a tendência de dissolução aumenta. Quanto maior essa diferença de força, maior a solubilidade. Analisando o caso do etanol, vemos que ele é infinitamente solúvel na água, mas também dissolve materiais apolares, como, por exemplo, a gasolina. Isso deve-se ao fato de haver na molécula do etanol uma parte polar (formada pela hidroxila) e uma parte apolar, que é responsável por dissolver bem os compostos orgânicos, caracterizando-o com um composto anfipático. Os açúcares possuem boa dissolução na água, pois possuem hidroxilas na fórmula. Já o óleo de cozinha possui solubilidade muito pequena, pois é apolar. As moléculas de óleo se agrupam por interações dipolo instantâneo - dipolo induzido e as da água por ligação de hidrogênio, que são ligações muito mais fortes que às do óleo. Logo, as moléculas de óleo não conseguem penetrar entre as de água. Outro fator importante é o tamanho da cadeia carbônica. Quanto maior a parte apolar carbônica menos solúvel é o composto orgânico. É por isso que o ácido acético é mais solúvel que o ácido caproico. Os dois possuem uma carboxila, mas o ácido caproico possui uma parte hidrofóbica maior. Outro ponto importante a considerar é a tendência de o soluto se cristalizar quando o solvente evapora ou quando a temperatura da solução diminui, sendo que a cristalização de uma substância iônica é mais fácil, pois os íons se atraem eletricamente , se comparado à atração entre moléculas. A cristalização dos compostos orgânicos é, em geral, lenta e demorada e alguns compostos nem se cristalizam, como a parafina.[1] Classificação de compostos orgânicos pela solubilidadeDeduções com base em interpretação de testes de solubilidade simples pode ser extremamente útil na determinação da estrutura orgânica.Ambos, solubilidade e análises espectrométricas muitas vezes levam para os mesmos tipos de dedução estrutural. Solubilidade envolve
A solubilidade de compostos orgânicos pode ser dividida em duas categorias principais:
O teste da solubilidade de uma substância orgânica é realizada em água, N a O H {\displaystyle NaOH} 5%, N a H C O 3 {\displaystyle NaHCO_{3}} a 5%, H C l {\displaystyle HCl} 5% Fria, H 2 S O 4 {\displaystyle H_{2}SO_{4}} concentrado. Uma substância é considerada "solúvel" se dissolve na medida de 3,3 g/100 ml de solvente. Esses testes podem fornecer três tipos de informação:
Na série homóloga de muitos compostos monofuncionais, os membros com menos de cerca de 5 átomos de carbono são solúveis em água, enquanto que os seus homólogos superiores são insolúveis. Solubilidade em Água
[2] Definindo um sal como um composto que, em solução, se dissocia em um cátion diferente do H+ e um ânion diferente do OH-.
[3] De acordo com o princípio de Le Châtelier,é possível alterar um equilíbrio químico por meio da mudança de temperatura. Tal mudança depende do processo de dissolução, ou seja, se o processo é endotérmico ou exotérmico. Na situação em que há um processo endotérmico, um aumento na temperatura altera o equilíbrio para a direita, como observado na equação: calor + solvente + soluto ⇌ {\displaystyle \rightleftharpoons } solução ( Δ {\displaystyle \Delta } H>0)Na situação em que há um processo exotérmico, um aumento na temperatura altera o equilíbrio para a esquerda, como observado na equação: soluto + solvente ⇌ {\displaystyle \rightleftharpoons } solução + calor ( Δ {\displaystyle \Delta } H<0)O aumento da temperatura no caso endotérmico favorece a solução e, assim, aumenta a solubilidade. Já, o aumento da temperatura no caso exotérmico favorece o soluto não-dissolvido e, assim, reduz o valor da solubilidade. Em relação a gases, como o Δ {\displaystyle \Delta } H é geralmente menor que zero, a solubilidade destes normalmente reduz-se com a temperatura. Porém, trata-se de um comportamento mais complexo. À medida em que a temperatura é elevada, geralmente gases tornam-se menos solúveis em água (no mínimo, o que é abaixo de 120 °C para a maioria dos gases), porém, são mais solúveis em solventes orgânicos. Para diversos sólidos dissolvidos na água no estado líquido, a solubilidade aumenta com a temperatura a por volta de 100 °C.[4] No estado líquido, a água, em altas temperaturas, (por exemplo, que se aproxima da temperatura crítica), o grau de solubilidade de solutos iônicos tende a diminuir em direção a mudança de propriedades e estruturas de água líquida.
Alguns sais comportam-se de forma diferenciada, como os casos onde a solubilidade independe praticamente da temperatura, ou seja, cresce muito pouco, como é o caso do N a C l {\displaystyle NaCl} (cloreto de sódio). Alguns deles, tais como o sulfato de cério (III), tornam-se menos solúveis em água, como o aumento da temperatura. Esta dependência da temperatura é muitas vezes referida como "retrógrada" ou como solubilidade "inversa". PressãoA relação entre a solubilidade de sólidos e líquidos em solventes líquidos e a pressão é de quase independência. Segundo o princípio de Le Châtelier, uma elevação na pressão acarretaria num aumento de solubilidade se o volume da solução fosse menor do que o volume dos componentes antes da mistura, porém, a alteração de volume que acompanha o processo de dissolução é determinada a partir da densidade, mas ela é insignificante, fazendo com que o efeito da pressão é quase dispensá assumindo uma solução ideal, a dependência poderia ser quantificado como: ( ∂ ln N i ∂ P ) T = − V i , a q − V i , c r R T {\displaystyle \left({\frac {\partial \ln N_{i}}{\partial P}}\right)_{T}=-{\frac {V_{i,aq}-V_{i,cr}}{RT}}}onde o índice i {\displaystyle i} representa os componentes, N i {\displaystyle N_{i}} é a fração molar do componente , i t h {\displaystyle i^{th}} na solução, P {\displaystyle P} é a pressão, o índice T {\displaystyle T} refere-se a temperatura constante, V i , a q {\displaystyle V_{i,aq}} volume molar parcial do componente i t h {\displaystyle i^{th}} solução, V i , a q {\displaystyle V_{i,aq}} é o volume molar parcial do componente i t h {\displaystyle i^{th}} no sólido dissolvendo-se, e R {\displaystyle R} é a Constante universal dos gases perfeitos.[5] Lei de HenryDiz respeito a solubilidade de um gás dissolvido em um liquido, que, quando nesse estado, é proporcional à pressão parcial do gás acima do líquido. Tal lei pode ser descrita como X = KPonde X {\displaystyle X} é a fração molar de equilíbrio do gás na solução, ou seja, sua solubilidade, P {\displaystyle P} é a pressão parcial na fase gasosa e K {\displaystyle K} é a constante de proporcionalidade (constante da lei de Henry). A lei de Henry aplica-se apenas somente em situações onde a concentração do soluto e a sua pressão parcial são baixas. Valores da constante da lei de Henry em água: K ∗ 10 5 a t m − 1 {\displaystyle K*10^{5}atm^{-1}}
[6] A solubilidade de um soluto em um solvente depende das duas substâncias, ou seja, depende do soluto e do solvente. Por exemplo, é possível dissolver 360 g de cloreto de sódio ( N a C l {\displaystyle NaCl} ) a 20 °C em 1 L de água.[7] No entanto, não conseguiríamos dissolver a mesma quantidade de N a C l {\displaystyle NaCl} na gasolina com mesma temperatura e pressão. Nesse caso temos dois solventes diferentes que reagem diferentemente com um soluto. As interações entre as moléculas do soluto e do solvente podem ser descritas por suas polaridades. No exemplo acima, o cloreto de sódio é polar, a água é polar e a gasolina é apolar. Substâncias polares ligam-se mais facilmente a outras substâncias polares, o mesmo acontece entre substâncias apolares, as quais se ligam mais facilmente a substâncias apolares,[8] assim quando um soluto tem o mesmo tipo de ligação (ligação polar ou apolar) do que um solvente, ocorre a dissolução do solvente mais facilmente, pois as moléculas do solvente e do soluto se ligam com mais facilidade. Utilizando a Lei da diluição de Ostwald podemos calcular o grau de dissociação de um composto a partir da constante de equilíbrio, como demostrado abaixo:
Simplificando a equação da constante de equilíbrio, temos: Assim o grau de dissociação é representado em porcentagem pelo coeficiente α. Diferença de concentração das substâncias interfere na solubilidade. Considere cloreto de sódio um soluto e água um solvente. Se o cloreto de sódio usado tiver 50% de impureza, será possível dissolver mais gramas de N a C l {\displaystyle NaCl} em 1 L de água do que se ele tivesse 99% de pureza. Solubilidade é expressa como uma concentração e essa é comumente expressa de diversas formas como a composição percentual de massa em uma dada substância. Outra maneira de expressar concentração é por meio da molaridade, a qual compara a quantidade de soluto por quantidade de solvente. 1 MOLAR é definido como 1 M = 1 mol/L. Outras unidades comuns relacionadas com MOLAR estão listadas na tabela abaixo:
Solubilidade é de fundamental importância em um grande número de disciplinas científicas e aplicações práticas, que vão desde o processamento do minério, uso para medicamentos, bem como o transporte de poluentes. A solubilidade é frequentemente dito ser uma das "propriedades características de uma substância", o que significa que a solubilidade é geralmente usada para descrever a substância, para indicar a polaridade de uma substância, para ajudar a distinguir de outras substâncias, e como um guia para aplicações da substância. Por exemplo, o índigo é descrito como "insolúvel em água, álcool ou éter, mas solúvel em clorofórmio, nitrobenzeno, ou ácido sulfúrico concentrado". Solubilidade de uma substância é útil na separação de misturas. Por exemplo, uma mistura de sal (cloreto de sódio) e sílica podem ser separados por dissolução do sal em água, e filtração da sílica não dissolvida. A síntese de compostos químicos, pelo miligrama num laboratório, ou pela tonelada na indústria, tanto faz uso das solubilidades relativas do produto desejado, como de materiais de partida que não reagiram, subprodutos e produtos secundários para conseguir a separação. Outro exemplo é a síntese do ácido benzoico a partir de brometo de fenilmagnésio e gelo seco. O ácido benzoico é mais solúvel num solvente orgânico, tal como diclorometano ou éter dietílico, e quando agitado com este solvente orgânico em um funil de separação, preferencialmente irá dissolver-se na camada orgânica. Os outros produtos de reação, incluindo o brometo de magnésio, permanecerão na fase aquosa, que mostra claramente que a separação com base na solubilidade é conseguida. Este processo, conhecido como extração líquido-líquido, é uma técnica importante em química sintética.
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