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Mistura de soluções que reagem entre si

Mistura de soluções que reagem entre si
Misturas de soluções com solutos diferentes podem reagir entre si

Soluções são misturas homogêneas de duas ou mais substâncias. Suas partículas dispersas apresentam um diâmetro menor que 1nm. Existem soluções nos três estados físicos: sólido (como ligas metálicas), líquido (mistura de sal e água, por exemplo) e gasoso (um exemplo é o ar).

No entanto, em laboratórios químicos, a grande maioria das soluções usadas é líquida e resultante da dissolução de um soluto sólido num solvente que quase sempre é a água.

Se misturarmos duas ou mais soluções que possuem solutos diferentes pode ocorrer uma reação química entre eles e será necessário realizar vários cálculos importantes para estudar esses processos.

É possível deduzir o que ocorreu na solução final, inclusive qual a sua concentração em mol/L (concentração em quantidade de matéria ou molaridade, simbolizada nesse texto por “M”). Para tal será preciso seguir os passos abaixo:

Regras para determinar o que ocorre com misturas que reagem entre si

Vejamos um exemplo de como aplicar esses passos:

“Misturou-se 0,5 L de uma solução aquosa de ácido sulfúrico (H2SO4) de 0,1 mol/L com 0,5 L de uma solução aquosa de hidróxido de sódio (NaOH) de 0,2 mol/L. Qual a concentração da solução final? Ela é ácida, básica ou neutra?”

Para resolver esse problema vamos seguir os passos indicados anteriormente:

1º) Escrever a equação química balanceada que representa a reação que ocorreu entre as duas soluções:

                1 H2SO4 + 2 NaOH  → 1 Na2SO4 +2 H2O
proporção:  1 mol         2 mol          1 mol   

2º) Determinar os números de mol dos solutos (n) presentes nos reagentes. Isso pode ser feito por meio da fórmula da concentração em mol/L (M):

MH2SO4 = nH2SO4                                  MNaOH = nNaOH
               VH2SO4                                               VNaOH
nH2SO4 = MH2SO4 . VH2SO4                           nNaOH= MNaOH . VNaOH
nH2SO4 = 0,1 mol/L . 0,5 L                      nNaOH= 0,2 mol/L . 0,5 L
nH2SO4 = 0,5 mol                                   nNaOH = 0,10 mol

3º) Verificar se a quantidade de reagentes está dentro da proporção indicada pelos coeficientes da reação e ver se há ou não reagente em excesso:

                       1 H2SO4 + 2 NaOH  → 1 Na2SO4 +2 H2O
       proporção:  1 mol         2 mol          1 mol   
número de
mol de solutos:  0,5 mol     0,10 mol   

Observe que o número de mol dos solutos está dentro da proporção estequiométrica de 1 : 2 da equação. Portanto, não há reagente em excesso e a solução é neutra.

4º) Por meio dos coeficientes da equação é possível prever a quantidade em mol do sal formado e assim descobrir a concentração da solução final. Lembrando que o volume da solução é a soma dos volumes do ácido e da base (0,5 L + 0,5 L = 1,0 L).

                        1 H2SO4 + 2 NaOH  → 1 Na2SO4 + 2 H2O
       proporção:  1 mol         2 mol          1 mol   
número de
mol de solutos:  0,5 mol     0,10 mol     0,5 mol

MNa2SO4 = nNa2SO4                               
                   Vfinal
MNa2SO4 = 0,5 mol                              
                   1,0 L
M = 0,5 mol/L

Agora imagine que misturássemos 2,0 L de uma solução aquosa de hidróxido de sódio (NaOH) de 2,5 mol/L com 3,5 L de uma solução aquosa de ácido sulfúrico (H2SO4) de 1,0 mol/L. Qual seria a concentração do sal formado? A solução continuaria neutra como no exemplo anterior?

Novamente vamos seguir os mesmos passos, mas agora iremos fazer isso mais rapidamente:

                      1 H2SO4 + 2 NaOH  → 1 Na2SO4 +2 H2O
       proporção:  1 mol         2 mol          1 mol   

MH2SO4 = nH2SO4                                  MNaOH = nNaOH
               VH2SO4                                               VNaOH
nH2SO4 = MH2SO4 . VH2SO4                            nNaOH= MNaOH . VNaOH
nH2SO4 = 1,0 mol/L . 3,5 L                      nNaOH= 2,5 mol/L . 2,0 L
nH2SO4 = 3,5 mol                                   nNaOH = 5,0 mol


                      1 H2SO4 + 2 NaOH  → 1 Na2SO4 +2 H2O
       proporção:  1 mol         2 mol          1 mol   
número de
mol de solutos:  3,5 mol     5,0 mol   

Observe que a proporção não está em 1 : 2. Se há 5,0 mol de hidróxido de sódio, deveria haver metade de ácido sulfúrico, isto é, 2,5 mol. Porém, há 3,5 mol, o que significa que o ácido sulfúrico está em excesso. Os 2,5 mol de H2SO4 irão reagir com 2,5 mol do NaOH, sobrando 1,0 mol de H2SO4 na solução final. Logo, a solução final será ácida.

A quantidade de Na2SO4 formado deve ser feita em relação ao NaOH, que é o reagente que não está em excesso, ou seja, ele é o reagente limitante, pois quando ele acaba, a reação para, apesar de ainda ter H2SO4.

2 mol de NaOH ------- 1 mol de Na2SO4
5 mol de NaOH ------- x
2 x = 5
x = 5/2
x = 2,5 mol de Na2SO4(aq)

Agora podemos ver a concentração em mol/L do sal na solução final:

MNa2SO4 = nNa2SO4                               
                   Vfinal
MNa2SO4 = 2,5 mol                              
                 5,5 L
M = 0,45 mol/L de Na2SO4(aq)

Podemos calcular também a concentração do H2SO4 na solução final:

MH2SO4 = nH2SO4                                 
                   Vfinal
MH2SO4 = 1,0 mol                               
                 5,5 L
M = 0,18 mol/L de H2SO4(aq)

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