Todos os dias encontramos soluções de várias substâncias. Mas é improvável que cada um de nós perceba o tamanho do papel que esses sistemas desempenham. Muito do seu comportamento tornou-se claro hoje através de um estudo detalhado ao longo de milhares de anos. Durante todo esse tempo, muitos termos incompreensíveis para o homem comum foram introduzidos. Uma delas é a normalidade da solução. O que é isso? Isso será discutido em nosso artigo. Vamos começar mergulhando no passado.
Histórico de Pesquisa
As primeiras mentes brilhantes que começaram a estudar soluções foram químicos conhecidos como Arrhenius, van't Hoff e Ostwald. Sob a influência de seu trabalho, gerações subsequentes de químicos começaram a se aprofundar no estudo de soluções aquosas e diluídas. Claro, eles acumularam um enorme conhecimento, mas as soluções não aquosas ficaram sem atenção, que, aliás, também desempenham um grande papel tanto na indústria quanto em outras áreas da vida humana.
Havia muita incompreensibilidade na teoria das soluções não aquosas. Por exemplo, se em sistemas aquosos o valor da condutividade aumentou com o aumento do grau de dissociação, então em sistemas semelhantes, mas com um solvente diferente em vez de água, foi o contrário. Valores elétricos pequenoscondutividades muitas vezes correspondem a altos graus de dissociação. Anomalias estimularam os cientistas a explorar essa área da química. Acumulou-se um grande conjunto de dados, cujo processamento possibilitou encontrar regularidades que complementam a teoria da dissociação eletrolítica. Além disso, foi possível ampliar o conhecimento sobre eletrólise e a natureza dos íons complexos de compostos orgânicos e inorgânicos.
Iniciou-se então uma pesquisa mais ativa no campo das soluções concentradas. Tais sistemas diferem significativamente em propriedades dos diluídos devido ao fato de que, com o aumento da concentração da substância dissolvida, sua interação com o solvente começa a desempenhar um papel cada vez mais importante. Mais sobre isso na próxima seção.
Teoria
No momento, a melhor explicação do comportamento de íons, moléculas e átomos em solução é apenas a teoria da dissociação eletrolítica. Desde a sua criação por Svante Arrhenius no século XIX, sofreu algumas alterações. Algumas leis foram descobertas (como a lei de diluição de Ostwald) que de certa forma não se encaixavam na teoria clássica. Mas, graças ao trabalho subsequente dos cientistas, foram feitas alterações na teoria, e em sua forma moderna ela ainda existe e descreve os resultados obtidos experimentalmente com alta precisão.
A principal essência da teoria eletrolítica da dissociação é que a substância, quando dissolvida, se decompõe em seus íons constituintes - partículas que possuem carga. Dependendo da capacidade de se decompor (dissociar) em partes, existemeletrólitos. Os fortes tendem a se dissociar completamente em íons em solução, enquanto os fracos apenas em uma extensão muito pequena.
Estas partículas nas quais a molécula se decompõe podem interagir com o solvente. Esse fenômeno é chamado de solvatação. Mas isso nem sempre ocorre, pois é devido à presença de uma carga nas moléculas do íon e do solvente. Por exemplo, uma molécula de água é um dipolo, ou seja, uma partícula carregada positivamente de um lado e carregada negativamente do outro. E os íons nos quais o eletrólito se decompõe também têm uma carga. Assim, essas partículas são atraídas por lados de cargas opostas. Mas isso acontece apenas com solventes polares (como a água). Por exemplo, em uma solução de qualquer substância em hexano, a solvatação não ocorrerá.
Para estudar soluções, muitas vezes é necessário saber a quantidade de um soluto. Às vezes é muito inconveniente substituir certas quantidades em fórmulas. Portanto, existem vários tipos de concentrações, dentre as quais está a normalidade da solução. Agora vamos falar em detalhes sobre todas as formas de expressar o conteúdo de uma substância em uma solução e métodos para calculá-la.
Concentração da solução
Existem muitas fórmulas em química, e algumas delas são construídas de tal forma que é mais conveniente tomar o valor de uma forma particular ou de outra.
A primeira, e mais familiar para nós, forma de expressão da concentração é a fração de massa. É calculado de forma muito simples. Só precisamos dividir a massa da substância em solução pela sua massa total. entãoAssim, obtemos a resposta em frações de um. Multiplicando o número resultante por cem, obtemos a resposta em porcentagem.
Uma forma um pouco menos conhecida é a fração de volume. Na maioria das vezes é usado para expressar a concentração de álcool em bebidas alcoólicas. Também é calculado de forma bastante simples: dividimos o volume do soluto pelo volume de toda a solução. Como no caso anterior, você pode obter a resposta em porcentagem. Os rótulos costumam dizer: "40% vol.", o que significa: 40% do volume.
Em química, outros tipos de concentração são frequentemente usados. Mas antes de passar para eles, vamos falar sobre o que é um mol de uma substância. A quantidade de uma substância pode ser expressa de diferentes maneiras: massa, volume. Mas, afinal, as moléculas de cada substância têm seu próprio peso e, pela massa da amostra, é impossível entender quantas moléculas estão nela, e isso é necessário para entender o componente quantitativo das transformações químicas. Para isso, foi introduzida uma quantidade como um mol de uma substância. Na verdade, um mol é um certo número de moléculas: 6,021023. Este é o chamado número de Avogadro. Na maioria das vezes, uma unidade como um mol de uma substância é usada para calcular a quantidade de produtos de uma reação. A este respeito, existe outra forma de expressar concentração - molaridade. Esta é a quantidade de substância por unidade de volume. A molaridade é expressa em mol/L (leia-se: moles por litro).
Existe um tipo de expressão muito semelhante para o conteúdo de uma substância em um sistema: molalidade. Difere da molaridade na medida em que determina a quantidade de uma substância não em uma unidade de volume, mas em uma unidade de massa. E expresso em oraçõespor quilograma (ou outro múltiplo, como por grama).
Chegamos então à última forma, que discutiremos agora separadamente, pois sua descrição requer algumas informações teóricas.
Normalidade da solução
O que é isso? E como é diferente dos valores anteriores? Primeiro você precisa entender a diferença entre conceitos como normalidade e molaridade de soluções. Na verdade, eles diferem apenas por um valor - o número de equivalência. Agora você pode até imaginar qual é a normalidade da solução. É apenas uma molaridade modificada. O número de equivalência indica o número de partículas que podem interagir com um mol de íons de hidrogênio ou íons de hidróxido.
Conhecemos qual é a normalidade da solução. Mas afinal, vale a pena cavar mais fundo, e veremos como é simples, à primeira vista, essa forma complexa de descrever a concentração. Então, vamos dar uma olhada em qual é a normalidade da solução.
Fórmula
É muito fácil imaginar uma fórmula a partir de uma descrição verbal. Ficará assim: Cn=zn/N. Aqui z é o fator de equivalência, n é a quantidade de substância, V é o volume da solução. O primeiro valor é o mais interessante. Mostra apenas o equivalente de uma substância, ou seja, o número de partículas reais ou imaginárias que podem reagir com uma partícula mínima de outra substância. Por isso, de fato, a normalidade da solução, cuja fórmula foi apresentada acima, difere qualitativamenteda molaridade.
E agora vamos para outra parte importante: como determinar a normalidade da solução. Esta é, sem dúvida, uma questão importante, por isso vale a pena abordar o seu estudo com a compreensão de cada valor indicado na equação apresentada acima.
Como encontrar a normalidade de uma solução?
A fórmula que discutimos acima é puramente aplicada. Todos os valores dados nele são facilmente calculados na prática. De fato, é muito fácil calcular a normalidade de uma solução, conhecendo algumas quantidades: a massa do soluto, sua fórmula e o volume da solução. Como conhecemos a fórmula das moléculas de uma substância, podemos encontrar seu peso molecular. A razão entre a massa de uma amostra de um soluto e sua massa molar será igual ao número de moles da substância. E sabendo o volume de toda a solução, podemos dizer com certeza qual é a nossa concentração molar.
A próxima operação que precisamos realizar para calcular a normalidade da solução é a ação de encontrar o fator de equivalência. Para fazer isso, precisamos entender quantas partículas são formadas como resultado da dissociação que podem ligar prótons ou íons hidroxila. Por exemplo, em ácido sulfúrico, o fator de equivalência é 2 e, portanto, a normalidade da solução neste caso é calculada simplesmente multiplicando sua molaridade por 2.
Aplicativo
Na análise química, muitas vezes é preciso calcular a normalidade e a molaridade das soluções. Isso é muito conveniente paracálculo de fórmulas moleculares de substâncias.
O que mais ler?
Para entender melhor o que é a normalidade de uma solução, é melhor abrir um livro de química geral. E se você já conhece todas essas informações, deve consultar o livro didático de química analítica para estudantes de especialidades químicas.
Conclusão
Graças ao artigo, achamos que você entendeu que a normalidade de uma solução é uma forma de expressar a concentração de uma substância, que é usada principalmente em análises químicas. E agora não é segredo para ninguém como é calculado.
