Soluto - Química

Pó de café - Soluto

• Chama-se soluto à substância que pode ser dissolvida. Disperso é chamada a substância química que é "dispersada" no solvente, não tendo portanto solubilização completa. Encontra-se geralmente num estado físico diferente do solvente , o mais habitual é que se trate de um sólido contido numa solução líquida (sem que se forme uma segunda fase). Por exemplo, o cloreto de sódio (sal de cozinha) pode ser dissolvido na água, ou seja, é um soluto.

A solubilidade de um composto químico depende em grande parte da sua polaridade. Em geral, os compostos iônicos e compostos moleculares polares são solúveis em solventes polares como a água e o etanol. Os compostos moleculares apolares dissolvem em solventes apolares como o hexano, o éter ou o tetracloreto de carbono.

• A partir do soluto, é possível saber qual o nível de saturação da substância (solvente). O soluto adicionado ao solvente torna-se uma solução. Uma palavra mais vulgar para designar uma mistura homogênea é solução. Quando juntamos açúcar á água, ele não desaparece, embora deixemos de o ver. Mesmo no microscópio não conseguimos distinguir o açúcar da água, ele fica dissolvido na água. O açúcar chamamos de soluto, e á água de solvente.

A Solução:

• Solução é uma mistura homogênea constituída por duas ou mais substâncias numa só fase. As soluções são formadas por um solvente (geralmente o componente em maior quantidade) e um ou mais solutos (geralmente componente em menor quantidade). Substâncias químicas presentes nos organismos de animais e vegetais estão dissolvidas em água constituindo soluções. No cotidiano a maioria das soluções é líquida.

As propriedades físicas e químicas de uma mesma solução são constantes em toda sua extensão, todavia dependem da composição, que pode variar de solução para solução. As soluções são classificadas de acordo com:

• O estado de agregação da solução
• Sólida - ligas metálicas de bronze (cobre e estanho), latão (cobre e zinco).
• Líquida - água do mar constituída principalmente de cloreto de sódio (NaCl).
• Gasosa – ar.

A proporção entre soluto e solvente:

• Diluída: apresenta uma baixa relação soluto/solvente, ou seja, a quantidade de soluto dissolvida na solução está bem abaixo da solubilidade desse soluto.
• Concentrada: apresenta uma alta relação soluto/solvente, ou seja, a quantidade do soluto dissolvida na solução está bem próxima a solubilidade desse soluto.

A natureza do soluto:

• molecular : o soluto é um substância molecular (exemplo: açúcar e água)
• iônica : o soluto é um substância iônica (exemplo : sal e água)

A solubilidade:

• Solubilidade ou coeficiente de solubilidade (CS) é a quantidade máxima que uma substância pode dissolver-se em um líquido, e expressa-se em mols por litro, gramas por litro ou em porcentagem de soluto/solvente. Esse conceito também se estende para solventes sólidos.

Na solubilidade, o caráter polar ou apolar de uma substância influi principalmente, pois devido à polaridade, estas substâncias serão mais ou menos solúveis. Dessa forma, substâncias polares tendem a se dissolver em líquidos polares e substâncias apolares, em líquidos apolares.

• Os compostos com mais de um grupo funcional apresentam grande polaridade, por isso não são solúveis em éter etílico, por exemplo, que apresenta baixíssima polaridade. Portanto, para que uma substância seja solúvel em éter etílico deve apresentar pouca polaridade. Os compostos com menor polaridade são os que apresentam menor reatividade como, por exemplo, as parafinas, compostos núcleos aromáticos e os derivados halogenados.

O termo solubilidade designa tanto fenômeno qualitativo do processo (dissolução), como expressa quantitativamente a concentração das soluções. A solubilidade de uma substância depende da natureza do soluto e do solvente, assim como da temperatura e da pressão às quais o sistema é submetido. É a tendência do sistema em alcançar o valor máximo de entropia.

• Ao misturar um soluto com um solvente, pode haver a formação de três tipos de soluções: saturada, solução insaturada ou solução supersaturada, cada uma delas dependendo da quantidade de soluto que se dissolveu no solvente.

O processo de interação entre as moléculas do solvente e as moléculas do soluto para formar agregados é denominado solvatação e, se o solvente for a água, hidratação.

Definição IUPAC:

• De acordo com uma definição da IUPAC , é a solubilidade da composição analítica de uma solução saturada expressa como uma proporção de um soluto designada no seio de um solvente determinado. A solubilidade pode ser definida em unidades de concentração, molalidade, fração molar, razão molar, e de outras unidades.

Solubilidade:

Solubilidade gases:

• Os gases, em geral, são pouco solúveis em líquidos. Existem, porém, dois fatores que alteram sua solubilidade: a pressão e a temperatura . A influência da pressão sobe um líquido pode ser enunciada pela Lei de Henry: “Em temperatura constante, a solubilidade de um gás em um líquido é diretamente proporcional à pressão parcial do gás acima do líquido.”

Essa lei se aplica somente em certas condições, nas quais a concentração do soluto e sua pressão parcial são relativamente baixas, ou seja, quando o gás e a solução são ideais e quando não ocorre interação entre o soluto e o solvente.

• A lei de Henry pode ser expressa da seguinte forma:

onde: fração molar de líquido do gás em solução (é a solubilidade do gás); pressão parcial na fase gasosa; constante de proporcionalidade (ou constante de Henry);

• Cada gás tem sua própria constante , que varia com a temperatura. Um exemplo disso ocorre quando se abre uma garrafa de refrigerante: a pressão é reduzida, acarretando a diminuição da solubilidade de CO2, que é liberado na forma de bolhas.

Em termos de temperatura, a solubilidade dos gases em líquidos diminui com o aumento da temperatura, fazendo aumentar o grau de agitação das moléculas, havendo a liberação das moléculas de gás do líquido.

• Esse efeito é percebido quando água muito quente é lançada em rios que possuem alta biodiversidade: a temperatura elevada reduz a solubilidade do  na água dos rios, acarretando uma grande mortandade de espécies locais.

Solubilidade de compostos orgânicos:

• Quando consideramos a solubilidade de compostos orgânicos entre si e com a água devemos levar em consideração a polaridade, as forças de atração intermolecular e o tamanho da cadeia carbônica. Há uma tendência de substâncias polares dissolverem substâncias polares e substâncias apolares dissolverem substâncias apolares, ou seja, semelhante dissolve semelhante, mas há exceções à essa regra. Assim, a maioria dos compostos orgânicos é insolúvel ou pouco solúvel em água, porque a maioria é apolar e a água é um composto polar.

Outro fator importante para analisar a solubilidade são as forças intermoleculares. Quando essas forças estabelecida entre soluto e solvente são mais fortes ou iguais às estabelecidas entre as moléculas do próprio solvente e entre as do próprio soluto, a tendência de dissolução aumenta. Quanto maior essa diferença de força, maior a solubilidade.

• Analisando o caso do etanol, vemos que ele é infinitamente solúvel na água, mas também dissolve materiais apolares, como, por exemplo, a gasolina. Isso deve-se ao fato de haver na molécula do etanol uma parte polar (formada pela hidroxila) e uma parte apolar, que é responsável por dissolver bem os compostos orgânicos, caracterizando-o com um composto anfipático. Os açúcares possuem boa dissolução na água, pois possuem hidroxilas na fórmula. Já o óleo de cozinha possui solubilidade muito pequena, pois é apolar. As moléculas de óleo se agrupam por interações dipolo instantâneo - dipolo induzido e as da água por pontes de hidrogênio, que são ligações muito mais fortes que às do óleo. Logo, as moléculas de óleo não conseguem penetrar entre as de água.

Outro fator importante é o tamanho da cadeia carbônica. Quanto maior a parte apolar carbônica menos solúvel é o composto orgânico. É por isso que o ácido acético é mais solúvel que o ácido caproico. Os dois possuem uma carboxila, mas o ácido caproico possui uma parte hidrofóbica maior.

Outro ponto importante a considerar é a tendência de o soluto se cristalizar quando o solvente evapora ou quando a temperatura da solução diminui, sendo que a cristalização de uma substância iônica é mais fácil, pois os íons se atraem eletricamente , se comparado à atração entre moléculas. A cristalização dos compostos orgânicos é, em geral, lenta e demorada e alguns compostos nem se cristalizam, como a parafina.

Quantificação da solubilidade:

• Diferença de concentração das substâncias interfere na solubilidade. Considere cloreto de sódio um soluto e água um solvente. Se o cloreto de sódio usado tiver 50% de impureza, será possível dissolver mais gramas de  em 1L de água do que se ele tivesse 99% de pureza.

Solubilidade é expressa como uma concentração e essa é comumente expressa de diversas formas como a composição percentual de massa em uma dada substância. Outra maneira de expressar concentração é por meio da molaridade, a qual compara a quantidade de soluto por quantidade de solvente. 1MOLAR é definido como 1M = 1mol/L.

 Nome             Abreviação        Concentração           Concentração (unidade no SI)

• millimolar               mM            10−3 mol/dm3                     100 mol/m3
• micromolar             μM            10−6 mol/dm3                         10−3 mol/m3
• nanomolar               nM            10−9 mol/dm3                         10−6 mol/m3
• picomolar                pM            10−12 mol/dm3                       10−9 mol/m3
• femtomolar             fM             10−15 mol/dm3                       10−12 mol/m3
• attomolar                aM             10−18 mol/dm3                       10−15 mol/m3
• zeptomolar             zM              10−21 mol/dm3                      10−18 mol/m3
• yoctomolar             yM             10−24 mol/dm3                       10−21 mol/m3

                                                      (1 molécula por 1.6 L) 

Aplicações:

• Solubilidade é de fundamental importância em um grande número de disciplinas científicas e aplicações práticas, que vão desde o processamento do minério, uso para medicamentos, bem como o transporte de poluentes. A solubilidade é frequentemente dito ser uma das "propriedades características de uma substância", o que significa que a solubilidade é geralmente usada para descrever a substância, para indicar a polaridade de uma substância, para ajudar a distinguir de outras substâncias, e como um guia para aplicações da substância. Por exemplo, o índigo é descrito como "insolúvel em água, álcool ou éter, mas solúvel em clorofórmio, nitrobenzeno, ou ácido sulfúrico concentrado".

Solubilidade de uma substância é útil na separação de misturas. Por exemplo, uma mistura de sal (cloreto de sódio) e sílica podem ser separados por dissolução do sal em água, e filtração da sílica não dissolvida. A síntese de compostos químicos, pelo miligrama num laboratório, ou pela tonelada na indústria, tanto faz uso das solubilidades relativas do produto desejado, como de materiais de partida que não reagiram, subprodutos e produtos secundários para conseguir a separação.

• Outro exemplo é a síntese do ácido benzoico a partir de brometo de fenilmagnésio e gelo seco. O ácido benzoico é mais solúvel num solvente orgânico, tal como diclorometano ou éter dietílico, e quando agitado com este solvente orgânico em um funil de separação, preferencialmente irá dissolver-se na camada orgânica. Os outros produtos de reação, incluindo o brometo de magnésio, permanecerão na fase aquosa, que mostra claramente que a separação com base na solubilidade é conseguida. Este processo, conhecido como extração líquido-líquido, é uma técnica importante em química sintética.

A maioria das substâncias dissolve-se, em certo volume de solvente, em quantidade limitada. Solubilidade é a quantidade máxima de um soluto que pode ser dissolvida em um determinado volume de solvente, a uma dada temperatura, formando um sistema estável. Quanto à solubilidade as soluções podem ser classificadas em:

• Saturada: solução que contém uma quantidade de soluto igual à solubilidade a uma dada temperatura. Na solução saturada o soluto dissolvido e o não dissolvido estão em equilíbrio dinâmico entre si.
• Insaturada: solução que contém uma quantidade de soluto inferior à solubilidade a uma dada temperatura.
• Supersaturada: solução que contém uma quantidade de soluto superior a solubilidade a uma dada temperatura. A solução supersaturada é instável, e a mínima perturbação do sistema faz com que o excesso de soluto dissolvido precipite, tornando-se uma solução saturada com presença de corpo de fundo.

Em geral pode-se obter soluções supersaturadas aquecendo uma solução saturada que tenha parte do soluto não dissolvido. O aquecimento deve ser realizado até que todo o soluto presente se dissolva. Um resfriamento lento, com a solução em repouso, até a temperatura inicial, pode permitir a obtenção da solução supersaturada, desde que o soluto não tenha cristalizado. O mel, o melado de cana de açúcar e os xaropes são alguns exemplos de soluções supersaturadas usadas no dia a dia.

Café - solução