O hexafluorfosfato de lítio (LiPF ) funciona como eletrólito nas baterias de íon de lítio e é crucial para a mobilidade de íons e, consequentemente, para o funcionamento de inúmeros dispositivos eletrônicos. Apresente os cálculos necessários para preparar 2 litros de solução desse composto na concentração 1,2 \mathrm{~mol} \mathrm{~L}^{-1}, a partir do sólido puro.

Passo 1

O enunciado pede para preparar 2\\ \mathrm{L} de solução de hexafluorfosfato de lítio (LiPF _6) com concentração 1,2\\ \mathrm{mol\;L^{-1}}, a partir do sólido puro. \n\nInformações fornecidas e o que precisa ser calculado:\n\n- Volume final desejado: 2\\ \mathrm{L}.\n- Concentração desejada: 1,2\\ \mathrm{mol\;L^{-1}}.\n- Reagente disponível: LiPF _6 sólido puro.\n\nObjetivo numérico: determinar a massa de LiPF _6 sólida necessária para obter essa solução e descrever, passo a passo, como preparar a solução de forma prática e segura.

Passo 2

Conceito e fórmula básica que vamos usar (sem pular etapas):\n\nA molaridade ou concentração molar c é definida como o número de mols do soluto por litro de solução. Se queremos uma solução de concentração c e volume V, o número de mols n de soluto necessário é dado por\n n = c \cdot V.\n\nExplicando as variáveis:\n\n- n é o número de mols do soluto (unidade: \mathrm{mol}).\n- c é a concentração desejada (unidade: \mathrm{mol\;L^{-1}}).\n- V é o volume da solução (unidade: \mathrm{L}).\n\nDepois de achar n, transformamos mols em massa usando a massa molar M_m do composto:\n m = n \cdot M_m,\n\nonde m é a massa em gramas e M_m tem unidade \mathrm{g\;mol^{-1}}.

Passo 3

Calcular o número de mols de LiPF _6 necessários usando n = c\cdot V. Substituindo os valores dados:\n n = 1,2\\ \mathrm{mol\;L^{-1}} \times 2\\ \mathrm{L} = 2,4\\ \mathrm{mol}.\n\nInterpretação: precisamos de 2,4\\ \mathrm{mol} de LiPF _6.

Passo 4

Calcular a massa molar de LiPF _6. A massa molar é a soma das massas atômicas dos átomos que compõem a fórmula. Usamos valores usuais das massas atômicas (em \mathrm{g\;mol^{-1}}):\n M_{\mathrm{Li}} = 6,94,\quad M_{\mathrm{P}} = 30,97,\quad M_{\mathrm{F}} = 19,00.\n\nComo há seis flúor na fórmula, a massa molar do LiPF _6 é\n M_m = M_{\mathrm{Li}} + M_{\mathrm{P}} + 6\times M_{\mathrm{F}} = 6,94 + 30,97 + 6\times 19,00.\n\nCalculando:\n M_m = 6,94 + 30,97 + 114,00 = 151,91\\ \mathrm{g\;mol^{-1}}.\n\nComentário didático: a massa molar diz quantos gramas corresponde a um mol da substância. Aqui, 1 mol de LiPF _6 pesa 151,91\\ \mathrm{g}.

Passo 5

Transformar o número de mols em massa usando m = n\cdot M_m. Substituindo os valores que acabamos de obter:\n m = 2,4\\ \mathrm{mol} \times 151,91\\ \mathrm{g\;mol^{-1}} = 364,584\\ \mathrm{g}.\n\nExplicação: multiplicamos os mols pelo peso de cada mol para obter os gramas necessários.

Passo 6

Arredondamento e algarismos significativos (prático para o laboratório):\n\n- O valor fornecido para concentração 1,2\\ \mathrm{mol\;L^{-1}} tem duas casas significativas. O valor calculado 364,584\\ \mathrm{g} pode, portanto, ser apresentado com duas ou três algarismos significativos na prática.\n- Em balanças de laboratório é razoável pesar 364,6\\ \mathrm{g} (arredondando a uma casa decimal) ou, por simplicidade prática, 365\\ \mathrm{g}.\n\nPortanto, a massa calculada é 364,584\\ \mathrm{g}, e um valor prático para pesagem é 365\\ \mathrm{g}.

Passo 7

Procedimento experimental detalhado, passo a passo (dicas práticas e segurança). Importante: LiPF _6 é sensível à umidade e reage com água formando ácido fluorídrico (HF), que é tóxico e corrosivo. Logo, não se prepara essa solução em água comum sem medidas especiais. Para fins de cálculo fizemos apenas a conta da massa — abaixo explico como proceder em laboratório em condições adequadas:\n\n1) Ambiente e materiais: trabalhar em caixa de luvas (glovebox) preenchida com gás inerte ou em bancada com capela seca; usar luvas resistentes a solventes, óculos, avental e proteção facial se necessário.\n\n2) Solvente: usar solvente anidro e apropriado (em aplicações de baterias costuma-se usar carbonatos orgânicos anidros como carbonato de etileno/dimetil carbonato anidros). Não usar água, a menos que o objetivo seja outro e haja equipamento para lidar com HF.\n\n3) Pesagem: torrar (se necessário) o frasco do composto em ambiente seco conforme protocolo do laboratório; pesar em balança analítica a massa calculada de aproximadamente 364,6\\ \mathrm{g} (ou 365\\ \mathrm{g}). Realizar pesagem numa caixa de luvas ou sob capela seca para evitar absorção de umidade.\n\n4) Dissolução inicial: transferir o sólido para um balão volumétrico de 2\\ \mathrm{L} seco; adicionar uma parte do solvente anidro (por exemplo, \sim metade do volume ou menos, suficiente para cobrir o soluto) e agitar/magneticamente mexer até completa dissolução.\n\n5) Completar o volume: após dissolução, completar cuidadosamente com o solvente anidro até a marca de 2\\ \mathrm{L} no balão volumétrico, ajustando a temperatura para a recomendada (dilatação térmica pode mexer no volume). Homogeneizar invertendo o balão ou agitador magnético.\n\n6) Armazenamento: transferir a solução para frascos secos e herméticos, sob atmosfera inerte, e rotular indicando concentração, data e precauções; armazenar longe de umidade.\n\n7) Resíduos e limpeza: resíduos contendo LiPF _6 devem ser neutralizados e descartados conforme normas do laboratório por pessoal treinado; evitar liberar para o ambiente por risco de formação de HF.\n\nEsses passos acima ensinam tanto como calcular quanto como executar a preparação de forma segura.

Resposta

364,6\\ \mathrm{g}

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