Fatores que alteram a solubilidade

Teoria Completa

Regra do “semelhante dissolve semelhante”

Como vimos no capítulo anterior, a solubilidade é a capacidade de um solvente de “envolver” as moléculas de um soluto, interagindo com elas de maneira que as interações soluto – soluto sejam enfraquecidas, para dar lugar às interações soluto – solvente.

Confuso? Calma, vamos pegar o exemplo do copo de água com açúcar. O soluto (o açúcar), é formado por moléculas de glicose ( C 6 H 12 O 6 ), que contêm um grupamento –OH. A glicose, então, faz ligação de hidrogênio com outras moléculas de glicose e forma o grão de açúcar.

A água, por sua vez, também faz ligação de hidrogênio entre suas moléculas.

Quando o açúcar é misturado na água, a água vai interagindo (por ligação de hidrogênio) com os grupamentos –OH da glicose e as ligações de hidrogênio glicose – glicose vão sendo enfraquecidas para dar lugar às ligações de hidrogênio água – glicose.

Isso acontece porque existem muito mais moléculas de água do que de glicose no copo, e a tendência é que a glicose se separe para igualar a concentração em todo o copo.

Para a solvatação acontecer, as forças de interação solvente – soluto devem ser ou mais fortes ou iguais às forças de interação soluto – soluto.

Vamos ver um exemplo de substâncias que não se misturam, como água e óleo. A água é polar e faz ligação de hidrogênio entre suas moléculas, né? Já o óleo é apolar e faz dipolo-induzido, uma interação intermolecular beeem mais fraca.

Quando jogamos umas gotas de óleo na água, as moléculas de óleo não conseguem penetrar na estrutura da água, que se liga muiiito fortemente pelas ligações de hidrogênio.

As moléculas de óleo não conseguem substituir as ligações da água, e, para um soluto como o óleo, um solvente que também faça dipolo – induzido é muito mais eficaz.

Ou seja, semelhante dissolve semelhante quer dizer que solventes dissolvem solutos que fazem interações intermoleculares semelhantes às deles!

Outro jeito de ver essa regra é pensar que solventes apolares vão dissolver compostos apolares, e compostos polares vão dissolver compostos polares 😊.

Informação muito legal e útil também: O sabão é um exemplo perfeito dessa regra!

Os sabões são sais orgânicos que tem cadeias orgânicas enoooormes. Assim, no sabão existe uma parte que interage por dipolo – induzido (a cadeia carbônica) e uma parte extremamente polar (as interações iônicas feitas para formar o sal). Um exemplo de sabão é:

A “cabeça” polar reage suuuper bem com a água, já que são íons e um solvente extremamente polar. Essa cabeça é chamada, assim como todos os compostos que se dissolvem em água, hidrofílica.

Enquanto isso, a “cauda”, formada pela cadeia carbônica, não se dissolve em água e é por isso chamada hidrofóbica.

A ação de limpeza do sabão é explicada por essas duas partes – hidrofílicas e hidrofóbicas – na mesma molécula! O sabão consegue interagir com a gordura da nossa mão através da cadeia carbônica e com a água que usamos para lavar a mão através da cabeça hidrofílica.

Assim, o sabão faz a ponte entre água e gordura, e forma uma mistura (heterogênea, já que água e óleo continuam imiscíveis) que limpa a gordura.

E os íons?

A gente sabe que as ligações iônicas são extreeeeemamente polares, né? Então já é de se esperar que eles os íons sejam solvatados muito mais facilmente em solventes polares (já que a regra é semelhante dissolve semelhante...).

Mas porque isso acontece?

Vamos pegar um exemplo do NaCl em água (ou da água do mar ahahah). O NaCl é um sal inorgânico e a ligação NaꟷCl é uma ligação iônica. Quando colocamos ele em solução, o NaCl se dissocia, formando N a + e C l - .

Esses íons são bem solvatados em água porque a água tem ligações extremamente polares também, que ajudam a neutralizar as cargas dos íons!

Fica mais ou menos assim:

Assim, os íons são muito bem solvatados em solventes polares. Por isso, numa solução, sais se dissociam em seus respectivos íons!

Efeito da temperatura

A solubilidade de um composto em outro tem muito a ver com as interações intermoleculares de ambos, mas a temperatura também tem um papel importante.

É bem comum fazermos uma curva de Solubilidade x Temperatura para sabermos qual o máximo de soluto que o solvente pode dissolver em uma temperatura específica.

Normalmente, quando tratamos de um soluto sólido em um solvente líquido, a solubilidade aumenta com a temperatura...

Isso acontece porque a maioria das dissoluções são endotérmicas, isso é, precisam absorver energia para acontecer. Aumentando a temperatura, cedemos o calor suficiente para que a dissolução ocorra, e a solubilidade aumenta!

Existem algumas exceções, e algumas dissoluções são exotérmicas, ou seja, liberam calor! Nesses casos, a curva descresce com o aumento da temperatura:

Vamos praticar?? 😊

Expandir

Exercício Resolvido #1

Peter Atkins & Loretta Jones. Princípios da Química, 5ª ed. Porto Alegre: Bookman, 2012, pp374-Exercício 9.21

Qual seria o melhor solvente, água ou benzeno, para cada uma das seguintes substâncias:

  1. KCl
  2. C C l 4
  3. C H 3 C O O H
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Passo 1

Para saber qual o melhor solvente para cada substância, precisamos analisar as interações intermoleculares dos solventes e dos solutos!

A água, como já sabemos, tem a ligação OꟷH, muito polarizada, e suas moléculas fazem ligação de hidrogênio entre elas. Já o benzeno é um composto orgânico (de fórmula C 6 H 6 ) faz dipolo-induzido como interação intermolecular.

Assim, pela regra da solubilidade, a água vai solvatar melhor solutos polares, que terão mais facilidade em substituir as interações intermoleculares água – água para formar ligações água – soluto.

Ao mesmo tempo, o benzeno vai solvatar melhor solutos apolares, que substituirão as ligações benzeno – benzeno por ligações benzeno – soluto, já que fazem o mesmo tipo de interação intermolecular.

Passo 2

Agora é só analisar as ligações dos solutos!

a) O KCl é um sal, e a ligação KꟷCl é uma ligação iônica! Ou seja, o KCl, quando posto em água, que é um solvente polar, se separa em íons K + e C l - !

Isso acontece porque os íons são muiiiito bem solvatados na água, já que as ligações OꟷH são extremamente polares e neutralizam bem as cargas dos íons.

O KCl, então, é melhor solvatado em água.

Passo 3

b) O C C l 4 é um composto apolar, que faz dipolo-induzido como interação intermolecular. Assim, o benzeno vai solvatá-lo muito melhor do que a água!

Passo 4

c) O C H 3 C O O H , embora seja um composto orgânico, contém um grupamento OꟷH, o que significa que suas moléculas fazem ligação de hidrogênio pelo menos em uma parte da cadeia carbônica.

Como a sua cadeia carbônica não é tãaaao grande, podemos considerar que a água vai solubilizar essa molécula melhor do que o benzeno, já que além do grupamento hidroxila extremamente polar, a molécula ainda contém uma ligação C=O que também é polarizada.

Resposta

  1. Água
  2. Benzeno
  3. Água

Exercício Resolvido #2

Peter Atkins & Loretta Jones. Princípios da Química, 5ª ed. Porto Alegre: Bookman, 2012, pp374-Exercício 9.24

Os grupos seguintes são encontrados em algumas moléculas orgânicas. Quais são hidrofílicos e quais são hidrofóbicos?

  1. ꟷOH
  2. C H 2 C H 3
  3. C O N H 2
  4. ꟷCl
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Passo 1

Vamos só lembrar as definições:

  • Hidrofílicos: tem afinidade com a água, são compostos/radicais com ligações extremamente polares (HꟷO, HꟷF e HꟷN) que conseguem ser solvatados pela água pois realizam ligações de hidrogênio entre eles.
  • Hidrofóbicos: não se dissolvem em água, “fogem” da água e são compostos/radicais com ligações apolares, que realizam dipolo-induzido entre eles.

Agora vamos analisar cada opção 😊

Passo 2

a) ꟷOH é um dos grupos mais hidrofílicos! Ele está presente em ácidos carboxílicos e em álcoois, como o etanol (miscível com a água), e, por conter uma ligação super polarizada é hidrofílico sim!

Passo 3

b) Os radicais como a etila ( C H 2 C H 3 ) são hidrofóbicos, já que fazem dipolo-induzido entre eles.

Passo 4

c) O ꟷ C O N H 2 é como o ꟷOH. Como ele possui a ligação NꟷH, que é extremamente polarizada, as moléculas desse grupamento fazem ligação de hidrogênio entre elas. Assim, ele é hidrofílico 😊

Passo 5

d) O ꟷCl é um grupamento hidrofóbico, porque sua estrutura não é bem solvatada pela água. Todos os halogênios (ꟷBr, ꟷI, ꟷF) também são hidrofóbicos!

Resposta

  1. Hidrofílico
  2. Hidrofóbico
  3. Hidrofílico
  4. Hidrofóbico

Exercício Resolvido #3

Lista de exercícios UNB.

Com base nos dados fornecidos a seguir, em que a solubilidade é dada em gramas do soluto/100 g de H2O e a pressão é 1 atm, Julgue os itens abaixo (verdadeiro ou falso).

I – Um decréscimo de temperatura favorece a solubilização de L i 2 C O 3 e O 2 .

II – A solução resultante da adição de 200 g de A g N O 3 e 100 g de água, a 20°C será saturada.

III – Resfriando-se, com agitação, a solução do item 2 até a temperatura de 10°C haverá precipitação de 30 g de soluto.

IV – A 10°C, uma solução saturada de L i 2 C O 3 conduzirá melhor a corrente elétrica que uma solução saturada de A g N O 3 , à mesma temperatura.

V – A 20 °C, a pressão de 1 atm, a quantidade em mols de O 2 que satura um litro de água (densidade = 1 g c m 3 ) é 1,25 x 10 - 1 .

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Passo 1

I. A solubidade do L i 2 C O 3 diminui conforme a gente aumenta a temperatura. A mesma coisa acontece com o O 2 , então essa informação é verdadeira, já que de fato a solubilidade é maior em temperaturas mais baixas.

Passo 2

II. Como a solubilidade do A g N O 3 a 20oC é 222g/100g de água, se colocarmos 200g de A g N O 3 não atingimos o máximo de soluto que a água consegue dissolver nessa temperatura. Assim, a solução será insaturada e a afirmação está falsa.

Passo 3

III. Em 10oC a solubilidade do A g N O 3 é 170g/100g de água. Se tivermos 200g de A g N O 3 em 100g de água, passamos em 30g a solubilidade, e essas 30g vão precipitar e formar um corpo de fundo. Ou seja, a solução será saturada (com concentração de 170g/100g de água + os 30g vão precipitar. A opção é verdadeira!

Passo 4

IV. Como os dois compostos são sais, quando colocados em solução eles vão se dissociar. Ou seja, vão formar íons segundo as equações:

L i 2 C O 3   → 2 L i + 1 + C O 3 - 2

A g N O 3   → A g + 1 + N O 3 - 1

Para medir a quantidade de corrente elétrica que ambos os sais vão conduzir, precisamos calcular a quantidade de íons que haverão em solução. Para isso, utilizamos a solubilidade a 10oC e a massa molar de ambos os sais (já que precisamos saber a quantidade de íons, não a massa deles). Quanto mais íons em solução, mais corrente elétrica será conduzida.

Para o L i 2 C O 3 : 1 mol de sal corresponde a 3 mols de íons. Como a solubilidade é de 1,54g/100g de água, em 100g de água de uma solução saturada teremos:

1,52 g   x   1   m o l 73,891   g = 0,0208   m o l   d e   L i 2 C O 3 = 0,0624   m o l s   d e   í o n s

Para o A g N O 3 : 1 mol de sal corresponde a 2 mols de íons. Como a solubilidade a 10oC é de 170g/100g de água, em 100g de água de uma solução saturada:

170 g   x   1   m o l 169,87   g ≈ 1   m o l   A g N O 3   ≈   2   m o l s   d e   í o n s

Ou seja, nessas condições, teremos mais íons na solução saturada do A g N O 3 do que na solução de L i 2 C O 3 . Por isso, a solução de nitrato de prata vai conduzir mais corrente elétrica e a afirmativa é falsa.

Passo 5

V. Como a solubilidade do O 2 na água a 20oC é 0,004g/100g de água, e a massa molar do O 2 é 32g, podemos escrever a solubilidade como 1,25 x 10 - 4 m o l s   d e   O 2 /100g de água.

Como queremos saturar 1 litro de água (=1000g, já que a densidade é 1 g / c m 3 ), precisamos de 10 vezes essa quantidade, ou seja, 1,25 x 10 - 3 m o l s   d e   O 2 .

Essa afirmação é, portanto, falsa.

Resposta

  1. Verdadeira
  2. Falsa
  3. Verdadeira
  4. Falsa
  5. Falsa

Exercício Resolvido #4

Elaboração própria.

A partir dos dados de solubilidade abaixo, e levando em consideração que temos uma solução saturada com corpo de fundo de KCl a 10oC:

Proponha 2 soluções para diminuir a quantidade de corpo de fundo.

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Passo 1

Como a dissolução é endotérmica (a solubilidade aumenta conforme aumentamos a temperatura) aumentar a temperatura é sempre uma boa solução para diminuir a quantidade de corpo de fundo, já que, com a maior solubilidade, mais soluto poderá ser dissovildo na solução.

Além disso, podemos adicionar mais solvente e aumentar a quantidade de kgs de água disponível para dissolver as g de KCl. Fazendo isso, mantemos a solubilidade em 310g/kg de água (já que não alteramos a temperatura), mas teremos mais gramas dissolvidas na solução, diminuindo a quantidade de corpo de fundo.

Resposta

Resposta na resolução.

Exercício Resolvido #5

Lista de exercícios PEQ

Ao adicionar-se cloreto de sódio em água, a dissolução do sal é acompanhada de uma queda de temperatura da solução. Pode-se, portanto, afirmar com segurança:

a) a dissolução é exotérmica, pois o sal de cozinha absorve calor da vizinhança.

b) a dissolução é um processo endotérmico e o sal é tanto menos solúvel quanto maior for a temperatura.

c) a dissolução é um processo exotérmico e o sal é tanto mais solúvel quanto menor for a temperatura.

d) a dissolução é endotérmica e a solução é saturada quando 100g de sal são adicionados a 1 litro de água.

e) a dissolução é um processo endotérmico e o sal é tanto mais solúvel quanto maior for a temperatura.

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Passo 1

Precisamos primeiro entender o que quer dizer o enunciado! Se a dissolução é acompanhada de uma queda de temperatura da solução, a dissolução necessitou do calor disponível na solução para ser realizada!

Ou seja, a solução forneceu calor para o processo de dissolução, e podemos concluir que a dissolução é endotérmica e, consequentemente, que a solubilidade aumenta com a temperatura.

Por isso, a letra E é a resposta correta.

Resposta

Letra E.

Exercício Resolvido #6

Lista de exercícios UFMG.

Seis soluções aquosas de nitrato de sódio, N a N O 3 , numeradas de I a IV, foram preparadas, em diferentes temperaturas, dissolvendo-se diferentes massas de N a N O 3 em 100 g de água. Em alguns casos, o N a N O 3 não se dissolveu completamente. Este gráfico representa a curva de solubilidade de N a N O 3 , em função da temperatura, e seis pontos, que correspondem aos sistemas preparados:

Quais das soluções formou corpo de fundo?

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Passo 1

Para saber quais das soluções preparadas contém corpo de fundo ou não, precisamos analisar onde elas estão em referência à curva de solubilidade.

Se elas estiverem abaixo da curva, isso quer dizer que a solução ainda não contém todo o soluto possível que o solvente consegue dissolver. Ou seja, a solução ainda está insaturada. (No gráfico, VI e V).

Se a solução estiver exatamente em cima da curva de solubilidade, ela tem a concentração exata que corresponde ao máximo de soluto que o solvente consegue dissolver nessa temperatura. A solução está, então, saturada. (Exemplos do gráfico: II e IV).

Já acima da curva de solubilidade o sistema tem mais soluto do que o solvente consegue dissolver, e ele forma corpo de fundo, já que a solução já está saturada e ainda sobra solvente!

Resposta

As soluções que formam precipitado são as soluções que tem concentrações acima da curva de solubilidade, como a solução I e III.

Exercício Resolvido #7

BROWN, Theodore; LEMAY, H. Eugene; BURSTEN, Bruce E. Química: A Ciência Central. 9 ed.Prentice-Hall, 2005, Exercício 13.15

Considere uma série de ácidos carboxílicos cuja fórmula geral é C H 3 C H 2 n C O O H . Como você espera que as solubilidades desses compostos em água e em hexano variem à medida que n varie? Justifique sua resposta.

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Passo 1

A solubilidade dos ácidos carboxílicos é um pouco mais complicada porque ele possui uma parte hidrofílica – a “cabeça” que tem o grupamento orgânico (COOH) – e outra hidrofóbica – a cadeia carbônica.

A parte hidrofílica é bem solúvel em água e, por causa dela, os ácidos carboxílicos com cadeias orgânicas pequenas são solúveis em água. Já a parte hidrofóbica é composta por radicais apolares, que são solúveis em solventes apolares e orgânicos (como o hexano).

Quando a cadeia orgânica começa a ficar maior, ou seja, quando n é grande, a parte hidrofóbica começa a se sobressair e a solubilidade em água vai diminuindo, já que a parte hidrofóbica começa a ser muito maior do que a hidrofílica.

Ou seja, quanto maior n, menor a solubilidade em solventes polares como a água e maior a solubilidade em solventes apolares (como o hexano).

Resposta

Quanto maior n, maior será a cadeia carbônica do ácido, que compõe sua parte hidrofóbica. Por isso, menor será a solubilidade em água e maior a sua solubilidade em solventes apolares como o hexano.

Exercício Resolvido #8

BROWN, Theodore; LEMAY, H. Eugene; BURSTEN, Bruce E. Química: a ciência central. 9 ed.Prentice-Hall, 2005, Exercício 13.16
  1. Você espera que o ácido esteárico, C H 3 C H 2 16 C O O H , seja mais solúvel em água ou em tetracloreto de carbono? Justifique sua resposta.
  2. Qual você esperaria ser mais solúvel em água, ciclohexano ou dioxano? Justifique sua resposta.

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Passo 1

a) O ácido esteárico é um ácido carboxílico de cadeia longa, ou seja, sua parte hidrofóbica – a cadeia carbônica – é beeem grande (16 grupamentos C H 2 ), e isso confere um caráter hidrofóbico muito maior do que hidrofílico, já que a parte hidrofílica do ácido (a ponta – COOH) é muito menor do que a cadeia carbônica.

Assim, é de se esperar que a solubilidade em tetracloreto de carbono, um solvente apolar e também hidrofóbico, seja muito maior do que a solubilidade em água.

Passo 2

b) O dioxano é uma molécula polar, e, portanto, pela regra do “semelhante dissolve semelhante”, será muito mais solvatado pela água do que o ciclohexano, que é uma molécula polar.

Podemos explicar esse efeito pelas interações intermoleculares que ambas as moléculas fazem também. O ciclohexano faz dipolo-induzido entre suas moléculas, uma ligação bem fraca e que não consegue penetrar as ligações de hidrogênio que as moléculas de água fazem entre si. Ao mesmo tempo, o dioxano, embora faça dipolo-dipolo e não ligação de hidrogênio, consegue interagir com a água de maneira mais eficaz! Por isso, embora a água não seja o solvente ideal para nenhum dos dois solutos, o dioxano é mais solúvel do que o ciclohexano.

Resposta

a) Em tetracloreto de carbono, já que com uma cadeia carbônica tão longa, o ácido esteárico é praticamente hidrofóbico.

b) O dioxano, que é uma molécula polar, seria melhor solvatado por um solvente polar como a água.

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