O que são soluções aquosas?
Soluções aquosas são aquelas soluções que usam água para decompor uma substância. Por exemplo, lama ou água açucarada.
Quando uma espécie química se dissolve na água, isso é denotado escrevendo (aq) após o nome químico (Reid, SF).
Substâncias hidrofílicas (que amam a água) e muitos compostos iônicos dissolvem-se ou dissociam-se na água.
Por exemplo, quando o sal de mesa ou o cloreto de sódio se dissolve em água, ele se dissocia em seus íons para formar Na + (aq) e Cl- (aq).
As substâncias hidrofóbicas (que têm medo da água) geralmente não se dissolvem na água ou formam soluções aquosas. Por exemplo, misturar óleo e água não resulta em dissolução ou dissociação.
Muitos compostos orgânicos são hidrofóbicos. Os não-eletrólitos podem se dissolver na água, mas não se dissociam em íons e mantêm sua integridade como moléculas.
Exemplos de não-eletrólitos incluem açúcar, glicerol, ureia e metilsulfonilmetano (MSM) (Anne Marie Helmenstine, 2017).
Propriedades de soluções aquosas
Soluções aquosas geralmente conduzem eletricidade. Soluções contendo eletrólitos fortes tendem a ser bons condutores elétricos (por exemplo, água do mar), enquanto soluções contendo eletrólitos fracos tendem a ser maus condutores (por exemplo, água da torneira).
A razão é que os eletrólitos fortes se dissociam completamente nos íons da água, enquanto os eletrólitos fracos se dissociam de forma incompleta.
Quando ocorrem reações químicas entre espécies em uma solução aquosa, as reações são geralmente reações de duplo deslocamento (também chamadas de metátese ou dupla substituição).
Neste tipo de reação, o cátion de um reagente toma o lugar do cátion no outro reagente, tipicamente formando uma ligação iônica. Outra maneira de pensar é que os íons reativos "trocam de parceiros".
Reações em solução aquosa podem dar origem a produtos que são solúveis em água ou podem produzir um precipitado.
Um precipitado é um composto com uma baixa solubilidade que muitas vezes fica fora da solução como um sólido (Soluções Aquosas, SF).
Os termos ácido, base e pH aplicam-se apenas a soluções aquosas. Por exemplo, você pode medir o pH do suco de limão ou vinagre (duas soluções aquosas) e eles são ácidos fracos, mas você não pode obter nenhuma informação significativa do teste de óleo vegetal com papel de pH (Anne Marie Helmenstine, Aqueous Definition, 2017).
Por que alguns sólidos se dissolvem na água?
O açúcar que usamos para adoçar café ou chá é um sólido molecular, no qual as moléculas individuais são mantidas juntas por forças intermoleculares relativamente fracas.
Quando o açúcar se dissolve na água, as ligações fracas entre as moléculas individuais de sacarose se quebram e essas moléculas de C12H22O11 são liberadas na solução.
A energia é necessária para quebrar as ligações entre as moléculas de C12H22O11 na sacarose. Também é preciso energia para quebrar as ligações de hidrogênio na água que devem ser interrompidas para inserir uma dessas moléculas de sacarose na solução.
O açúcar se dissolve na água porque a energia é liberada quando as moléculas levemente polares da sacarose formam ligações intermoleculares com moléculas de água polar.
As ligações fracas que se formam entre o soluto e o solvente compensam a energia necessária para alterar a estrutura do soluto puro e do solvente.
No caso do açúcar e da água, esse processo funciona tão bem que até 1.800 gramas de sacarose podem ser dissolvidos em um litro de água.
Os sólidos iônicos (ou sais) contêm íons positivos e negativos, que são mantidos juntos graças à grande força de atração entre partículas com cargas opostas.
Quando um desses sólidos se dissolve em água, os íons que formam o sólido são liberados em solução, onde são associados a moléculas de solventes polares (Berkey, 2011).
NaCl (s) »Na + (aq) + Cl- (aq)
Geralmente, podemos supor que os sais se dissociam em seus íons quando se dissolvem em água.
Compostos iônicos se dissolvem em água se a energia liberada quando os íons interagem com as moléculas de água compensa a energia necessária para romper as ligações iônicas no sólido e a energia necessária para separar as moléculas de água de modo que os íons possam ser inseridos na água. a solução (solubilidade, SF).
Regras de solubilidade
Dependendo da solubilidade de um soluto, existem três resultados possíveis:
1) se a solução tem menos soluto do que a quantidade máxima que é capaz de se dissolver (sua solubilidade), é uma solução diluída;
2) se a quantidade de soluto é exatamente a mesma quantidade que a sua solubilidade, ela é saturada;
3) se houver mais soluto do que é capaz de dissolver, o excesso de soluto é separado da solução.
Se este processo de separação incluir cristalização, forma um precipitado. A precipitação reduz a concentração do soluto em saturação para aumentar a estabilidade da solução.
A seguir estão as regras de solubilidade para sólidos iônicos comuns. Se duas regras parecem contradizer-se, o precedente tem prioridade (Antoinette Mursa, 2017).
1- Sais contendo elementos do Grupo I (Li +, Na +, K +, Cs +, Rb +) são solúveis. Existem poucas exceções a essa regra. Sais contendo o íon amônio (NH 4 +) também são solúveis.
2- Sais contendo nitrato (NO 3 -) são geralmente solúveis.
3- Os sais contendo Cl -, Br - ou I - são geralmente solúveis. As exceções importantes a essa regra são os sais halogenados de Ag +, Pb2 + e (Hg2) 2+. Assim, AgCl, PbBr 2 e Hg 2 Cl 2 são insolúveis.
4- A maioria dos sais de prata é insolúvel. AgNO 3 e Ag (C 2 H 3 O 2 ) são sais solúveis comuns de prata; Praticamente todos os outros são insolúveis.
5- A maioria dos sais de sulfato é solúvel. As exceções importantes a essa regra incluem CaSO 4, BaSO 4, PbSO 4, Ag 2 SO 4 e SrSO 4 .
6- A maioria dos sais de hidróxido é apenas ligeiramente solúvel. Os sais de hidróxido dos elementos do Grupo I são solúveis. Os sais de hidróxido dos elementos do Grupo II (Ca, Sr e Ba) são ligeiramente solúveis.
Os sais de hidróxido de metal de transição e Al 3 + são insolúveis. Assim, Fe (OH) 3, Al (OH) 3, Co (OH) 2 não são solúveis.
7- A maioria dos sulfuretos de metais de transição é altamente insolúvel, incluindo CdS, FeS, ZnS e Ag 2 S. Os sulfetos de arsênio, antimônio, bismuto e chumbo também são insolúveis.
8- Os carbonatos são frequentemente insolúveis. Os carbonatos do grupo II (CaCO 3, SrCO 3 e BaCO 3 ) são insolúveis, assim como FeCO 3 e PbCO 3 .
9- Cromatos são geralmente insolúveis. Exemplos incluem PbCrO 4 e BaCrO 4 .
10- Fosfatos como Ca 3 (PO 4 ) 2 e Ag 3 PO 4 são freqüentemente insolúveis.
11- Fluoretos tais como BaF2, MgF2 e PbF2 são frequentemente insolúveis.
Exemplos de solubilidade em soluções aquosas
Cola, água salgada, chuva, soluções ácidas, soluções básicas e soluções salinas são exemplos de soluções aquosas.
Quando uma solução aquosa está disponível, um precipitado pode ser induzido por reações de precipitação (Reactions in Aqueous Solution, SF).
Reações de precipitação são algumas vezes chamadas de reações de "duplo deslocamento". Para determinar se um precipitado se formará ao misturar soluções aquosas de dois compostos:
- Registre todos os íons em solução.
- Combine-os (cátion e ânion) para obter todos os potenciais precipitados.
- Use as regras de solubilidade para determinar quais (se houver) combinações são insolúveis e irão precipitar.
Exemplo 1: O que acontece quando Ba (NO 3 ) 2 (aq) e Na 2 CO 3 (aq) são misturados?
Íons presentes em solução: Ba2 +, NO3 -, Na +, CO3 2-
Potenciais precipitados: BaCO 3, NaNO3
Regras de Solubilidade: BaCO 3 é insolúvel (regra 5), NaNO 3 é solúvel (regra 1).
Equação química completa:
Ba (NO 3 ) 2 (aq) + Na 2 CO 3 (aq) »BaCO 3 (s) + 2NaNO 3 (aq)
Equação iônica líquida:
Ba2 + (aq) + CO 3 2- (aq) »BaCO 3 (s)
Exemplo 2: O que acontece quando Pb (NO 3 ) 2 (aq) e NH 4 I (aq) são misturados?
Íons presentes em solução: Pb2 +, NO 3 -, NH 4 +, I-
Potenciais precipitados: PbI 2, NH 4 NO 3
Regras de solubilidade: PbI 2 é insolúvel (regra 3), NH 4 NO 3 é solúvel (regra 1).
Equação química completa: Pb (NO3) 2 (aq) + 2NH4I (aq) »PbI2 (s) + 2NH4NO3 (aq)
Equação iônica líquida: Pb2 + (aq) + 2I- (aq) »PbI 2 (s).
