Soluções químicas: o que estudar para o Enem?

Você sabia que as soluções químicas estão entre os top 10 temas que mais caem no Exame Nacional do Ensino Médio (Enem)? O assunto, além de muito importante para a prova, está presente o tempo todo em nosso cotidiano. É estudando as soluções químicas que entendemos o que significam as concentrações nas caixas de remédio, por que a maionese é um coloide ou até como diluir um suco!

O que são soluções químicas?

As soluções químicas são misturas homogêneas e podem ser encontradas nos estados físicos sólido, líquido e gasoso.

Nesse contexto, o que costuma ter mais destaque no Enem e nos vestibulares são os temas concentração comum, concentração molar e titulação, esta última é uma técnica de análise de soluções químicas.

Soluções químicas: concentração comum

A concentração comum (C) expressa a massa de soluto que está dissolvida em um determinado volume de solvente.

Existem diversas unidades que podem expressar a concentração comum, porém, a unidade padrão usada é gramas por litro (g/L).

Outras unidades usadas para expressão concentração comum são:

• mg/mL
• Kg/m³
• g/cm³

Pra calcular a concentração de uma solução química, basta converter as unidade, caso necessário, e depois usar a fórmula. Assim, também descobrir a massa ou o volume; para isso, basta substituir as informações fornecidas na fórmula e, por fim, achar a incógnita.

Outra maneira de calcular a concentração é usando a regra de três, sempre identificando a incógnita e como relacioná-la com os dados fornecidos.

Como a concentração comum aparece nas provas?

Há questões que trazem a massa, o volume e a incógnita é a concentração; mas também é ocorre de ser indicada a concentração, um volume específico e a pergunta ser sobre a massa do soluto nele.

Exemplo:

(Enem) Um pediatra prescreveu um medicamento, na forma de suspensão oral, para uma criança pesando 16 kg. De acordo com o receituário, a posologia seria de 2 gotas por kg da criança, em cada dose. Ao adquirir o medicamento em uma farmácia, o responsável pela criança foi informado que o medicamento disponível continha o princípio ativo em uma concentração diferente daquela prescrita pelo médico, conforme mostrado no quadro.

Medicamento	Concentração do princípio ativo (mg/gota)
Prescrito	5,0
Disponível comercialmente	4,0

Quantas gotas do medicamento adquirido a criança deve ingerir de modo que mantenha a quantidade de princípio ativo receitada?

a) 13
b) 26
c) 32
d) 40
e) 128

Resposta: [D]

Soluções químicas: concentração molar

A concentração molar, assim como a concentração comum, expressa a quantidade de soluto que está dissolvida em um determinado volume de solvente. Porém, em vez de usarmos a massa de soluto, usamos o número de mol. Veja:

Sendo assim, a concentração molar (M) expressa a quantidade de mol de soluto dissolvido em um litro de solvente. Portanto sua unidade no SI é mol/L.

Vamos relembrar:

Mol é uma grandeza que expressa a quantidade de matéria microscópica, como átomos e moléculas. Lembre-se que 1 mol = 6,02 x 10²³ unidades.

É muito importante saber como encontrar o número de mols dos elementos e das moléculas para podermos aplicar em equações como a de concentração molar. Assim, a relação matemática de número de mol é dada na divisão da massa de soluto pela massa molar do soluto, como mostra a equação:

Podemos encontrar a informação sobre a massa molar dos elementos na tabela periódica. Entretanto, as questões costumam já fornecê-la com os outros dados. Mas, lembrem-se: a massa molar de uma molécula é sempre a soma das massas molares dos elementos que a constituem.

Como a concentração molar aparece nas provas?

São comuns questões nas quais é preciso converter mol em massa ou vice-versa. Portanto, prepare-se para encontrar exercícios que dão a concentração molar e perguntam sobre a massa do composto presente na solução, ou que indicam a massa e pedem a concentração.

Exercício

(Puccamp)  Os xaropes são soluções concentradas de açúcar (sacarose). Em uma receita caseira, são utilizados 500g de açúcar para cada 1,5 L de água. Nesse caso, a concentração mol/L de sacarose nesse xarope é de, aproximadamente,

a) 2,5
b) 1,5
c) 2,0
d) 1,0
e) 3,0

Resposta: [D]

O que é titulação?

Titulação é uma técnica de análise que tem como objetivo determinar a quantidade de matéria em uma amostra. Esse é um processo que envolve a mistura de soluções químicas que reagem entre si. Assim, a titulação é uma análise feita a partir da adição gota a gota de uma solução de concentração conhecida (titulante) em uma solução de concentração desconhecida (titulado, que contém o soluto que é a amostra).

Dessa forma, o titulante reage com a amostra a cada gota adicionada no titulado, e permanece reagindo até que essa amostra seja completamente consumida e chegue no que chamamos de ponto de equivalência da titulação.

Veja um modelo:

Portanto, o volume gasto para o consumo total da amostra é conhecido como ponto de equivalência, que ocorre quando as concentrações do titulante e do titulado estão nas proporções estequiométricas da reação.

Ponto final e a importância do indicador

Para visualizar o ponto final de uma reação química, utiliza-se um indicador. Ele é responsável por sinalizar o ponto final da titulação, geralmente através de uma mudança de coloração. Assim, o volume gasto até essa mudança é conhecido como ponto final ou ponto de viragem.

Veja um modelo:

O valor do volume do ponto de viragem costuma ser ligeiramente maior do que o valor de volume do ponto de equivalência. Isso ocorre pois um pequeno excesso de titulante é necessário para que o indicador faça seu “efeito”, que é reagir com essas gotas a mais de titulante e sinalizar o fim da análise. Entretanto, assumimos para cálculos que o ponto de viragem é igual ao ponto de equivalência. Assim, esse valor deve ser obtido através da leitura do volume inicial e final do titulante.

Quais são os cálculos envolvendo a titulação?

Em titulação, lidamos com uma mistura onde ocorre a reação, que pode ser representada como:

a Amostra + b Titulante → Produtos

Se faz necessário, então, conhecer as relações estequiométricas da reação em estudo (a e b). Com a equação química balanceada, saberemos quantos números de mols de titulante (n_b) precisamos para consumir com a amostra (n_a).

Então, sabendo que a titulação se baseia em chegar a um ponto de equivalência molar, podemos fazer a seguinte relação matemática:

b . n_a = a . n_b

Onde,
n_a: nº mol de soluto da amostra
n_b: nº mol de soluto do titulante
b = coeficiente estequiométrico do reagente titulante
a = coeficiente estequiométrico do reagente amostra

Sabendo que (nº de mol = concentração molar x volume),

b . M_a . V_a = a . M_b . V_b

Onde,
M_a: concentração molar do titulado
V_a: volume do titulado
M_b: concentração molar do titulante
V_b: volume gasto de titulante

Caso a proporção estequiométrica da reação seja de 1:1, a equação se simplifica para:

n_a = n_b
M_a . V_a = M_b . V_b

Como a titulação cai nas provas?

O mais comum é aparecem questões nas quais o procedimento experimental de uma titulação ocorre e, em seguida, indaga-se qual a concentração, o número de mol ou o volume gasto de um dos reagente.

Exercício

(Enem) O peróxido de hidrogênio é comumente utilizado como antisséptico e alvejante. Também pode ser empregado em trabalhos de restauração de quadros enegrecidos e no clareamento de dentes. Na presença de soluções ácidas de oxidantes, como o permanganato de potássio, este óxido decompõe-se, conforme a equação a seguir:

5 H₂O_2(aq) + 2 KMnO_4(aq) + 3 H₂SO_4(aq) → 5 O_2(g) + 2 MnSO_4(aq) + K₂SO_4(aq) + 8 H₂O_(l)

De acordo com a estequiometria da reação descrita, a quantidade de permanganato de potássio necessária para reagir completamente com 20,0 mL de uma solução 0,1 mol/L de peróxido de hidrogênio é igual a

a) 2,0 x 10⁰ mol
b) 2,0 x 10^-3 mol
c) 8,0 x 10^-1 mol
d) 8,0 x 10^-4 mol
e) 5,0 x 10^-3 mol

Resposta: [D]
Temos 20 mL de uma solução 0,1 mol/L de peróxido de hidrogênio, ou seja:

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