Defina cada um dos termos a seguir. Como eles se relacionam com a solubilidade de uma substância química e com sua capacidade de precipitar-se?
a. Solução insaturada
b. Solução saturada
c. Solução supersaturada
a. Solução insaturada
b. Solução saturada
c. Solução supersaturada
Passo 1
O enunciado pede que eu defina, de forma clara e didática, cada um dos três termos abaixo e que explique como cada um se relaciona com a solubilidade de uma substância e com a sua capacidade de precipitar:
a. Solução insaturada
b. Solução saturada
c. Solução supersaturada
a. Solução insaturada
b. Solução saturada
c. Solução supersaturada
Informações dadas: não há dados numéricos no enunciado — só é pedido definição e relação com solubilidade/precipitação. Vou usar conceitos de equilíbrio de dissolução, produto de solubilidade e razão de reação para explicar (essas são as ferramentas necessárias).
Passo 2
Primeiro, vamos entender o conceito central: o equilíbrio de dissolução e o produto de solubilidade. Quando um sal pouco solúvel se dissolve, há uma reação reversível do tipo
O produto de solubilidade
é a constante de equilíbrio para essa reação e é definido como
onde
e
são as concentrações molares dos íons em solução no equilíbrio.
Para decidir se a solução está insaturada, saturada ou supersaturada usamos o quociente de reação calculado exatamente como
mas com as concentrações presentes no momento (não necessariamente no equilíbrio):
Para decidir se a solução está insaturada, saturada ou supersaturada usamos o quociente de reação
Comparação importante:
- Se
então ainda cabe mais soluto em solução (dissolve mais). - Se
a solução está em equilíbrio (saturada). - Se
as concentrações estão além do equilíbrio e a tendência termodinâmica é precipitar.
Passo 3
Agora defino conceito por conceito, mas antes um pequeno parêntesis didático sobre “solubilidade”: solubilidade é a quantidade máxima do soluto que pode existir dissolvida por unidade de volume em condições dadas (temperatura, pressão, presença de outros íons). Muitas vezes usamos “solubilidade molar” (moles por litro) ou o
que depende da forma de equilíbrio acima. Temperatura e efeito de íons comuns alteram a solubilidade (por exemplo, adicionar um íon já presente diminui a solubilidade pelo princípio de Le Chatelier — isso é o chamado efeito do íon comum).
Passo 4
Definição detalhada: solução insaturada.
- O que é: uma solução em que a quantidade de soluto dissolvido é menor que a quantidade que poderia estar dissolvida em equilíbrio nas mesmas condições. Ou seja, não atingiu a capacidade máxima de solubilidade.
- Condição em termos de
e : . - Consequência sobre precipitação: não há tendência termodinâmica para precipitação; se eu adicionar mais soluto sólido, ele continuará a dissolver até alcançar o equilíbrio. Em geral, uma solução insaturada não precipita espontaneamente.
- Exemplo intuitivo: imagine um copo com água e uma colher de sal — se o sal some (dissolve), a solução era insaturada.
Passo 5
Definição detalhada: solução saturada.
- O que é: uma solução que contém a quantidade máxima de soluto que pode permanecer dissolvida nas condições dadas — ela está em equilíbrio dinâmico com o sólido dissolvido. Isso significa que a taxa de dissolução do sólido é igual à taxa de precipitação.
- Condição em termos de
e : . - Consequência sobre precipitação: está em equilíbrio. Se você adicionar mais soluto sólido, o excesso precipitará até que o sistema volte a ter
. Se remover parte do soluto dissolvido (por exemplo, por complexação ou por evaporar solvente), o equilíbrio se desloca e o sólido pode dissolver-se mais (ou precipitar, dependendo da direção do deslocamento). Além disso, adicionar um íon comum (um dos íons já presentes) desloca o equilíbrio e provoca precipitação (efeito do íon comum). - Observação prática: saturado não significa “imóvel” — as partículas de sólido e íons trocam-se constantemente, só que com taxas opostas iguais.
Passo 6
Definição detalhada: solução supersaturada.
- O que é: uma solução que contém mais soluto dissolvido do que a quantidade de equilíbrio permitiria nas condições dadas — isto é, as concentrações iônicas fazem com que
. Termodinamicamente deveria precipitar, mas cineticamente ainda não ocorreu precipitação. Portanto, é uma situação metastável. - Como se forma: normalmente produz-se por dissolver mais soluto a uma temperatura mais alta (onde a solubilidade é maior) e depois resfriar lentamente sem perturbar (ou por evaporação controlada), evitando que se formem núcleos sólidos.
- Porque não precipita imediatamente: é necessário nucleação (formação de pequenos aglomerados sólidos) para que a precipitação comece; sem núcleos a barreira de energia impede a formação espontânea. Um pequeno distúrbio (agitar, inserir uma semente/cristal, poeira) fornece um centro de nucleação e provoca precipitação rápida.
- Consequência sobre precipitação: muito predisposta a precipitar; ao “semear” a solução, o excesso precipita até que
volte a ser igual a (ou até que se forme um novo equilíbrio). - Observação prática: fenômenos conhecidos como “cristalização por semeadura” ou truques de demonstração (por exemplo, preparo de bebidas efervescentes que “explodem” quando se coloca um cristal) são exemplos.
Passo 7
Resumo operacional e dicas para prova (método rápido para decidir):
- Calcule o quociente iônico
usando as concentrações atuais dos íons. - Compare com
: (insaturada — mais soluto dissolve); (saturada — equilíbrio); (supersaturada — precipitação termodinamicamente favorável, mas pode depender de nucleação). - Lembre-se do efeito do íon comum: adicionar um dos íons que já está no equilíbrio aumenta
e pode causar precipitação (desloca para formar mais sólido). - Lembre-se da diferença entre termodinâmica e cinética:
diz o que é termodinamicamente favorecido, mas a cinética (nucleação) decide se a precipitação acontece imediatamente.
Resposta
a. Solução insaturada — uma solução que contém menos soluto dissolvido do que a capacidade de equilíbrio; em termos do produto de solubilidade,
. Relação: pode dissolver mais soluto e não tende a precipitar.
b. Solução saturada — uma solução que contém a máxima quantidade de soluto que pode permanecer dissolvida em equilíbrio com o sólido; . Relação: está em equilíbrio dinâmico; adicionar mais soluto ou adicionar um íon comum provoca precipitação até restaurar
.
c. Solução supersaturada — uma solução que contém mais soluto do que o equilíbrio permite; . Relação: termodinamicamente tende a precipitar (devolver o excesso ao sólido), mas pode permanecer temporariamente estável por barreiras de nucleação; um pequeno distúrbio ou semente costuma desencadear precipitação rápida.
b. Solução saturada — uma solução que contém a máxima quantidade de soluto que pode permanecer dissolvida em equilíbrio com o sólido;
c. Solução supersaturada — uma solução que contém mais soluto do que o equilíbrio permite;