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
, a partir do sólido puro.
Passo 1
O enunciado pede para preparar
de solução de hexafluorfosfato de lítio (LiPF
) com concentração
, a partir do sólido puro. \n\nInformações fornecidas e o que precisa ser calculado:\n\n- Volume final desejado:
.\n- Concentração desejada:
.\n- Reagente disponível: LiPF
sólido puro.\n\nObjetivo numérico: determinar a massa de LiPF
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
é definida como o número de mols do soluto por litro de solução. Se queremos uma solução de concentração
e volume
, o número de mols
de soluto necessário é dado por\n
\n\nExplicando as variáveis:\n\n-
é o número de mols do soluto (unidade:
).\n-
é a concentração desejada (unidade:
).\n-
é o volume da solução (unidade:
).\n\nDepois de achar
, transformamos mols em massa usando a massa molar
do composto:\n
\n\nonde
é a massa em gramas e
tem unidade
.
Passo 3
Calcular o número de mols de LiPF
necessários usando
. Substituindo os valores dados:\n
\n\nInterpretação: precisamos de
de LiPF
.
Passo 4
Calcular a massa molar de LiPF
. A massa molar é a soma das massas atômicas dos átomos que compõem a fórmula. Usamos valores usuais das massas atômicas (em
):\n
\n\nComo há seis flúor na fórmula, a massa molar do LiPF
é\n
\n\nCalculando:\n
\n\nComentário didático: a massa molar diz quantos gramas corresponde a um mol da substância. Aqui, 1 mol de LiPF
pesa
.
Passo 5
Transformar o número de mols em massa usando
. Substituindo os valores que acabamos de obter:\n
\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
tem duas casas significativas. O valor calculado
pode, portanto, ser apresentado com duas ou três algarismos significativos na prática.\n- Em balanças de laboratório é razoável pesar
(arredondando a uma casa decimal) ou, por simplicidade prática,
.\n\nPortanto, a massa calculada é
, e um valor prático para pesagem é
.
Passo 7
Procedimento experimental detalhado, passo a passo (dicas práticas e segurança). Importante: LiPF
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
(ou
). 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
seco; adicionar uma parte do solvente anidro (por exemplo,
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
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
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.