Soluções - Soluto, solvente, concentração e curva de solubilidade

Aproximadamente 90% das reações químicas acontecem com os reagentes dissolvidos em algum líquido. Muitas das coisas que consumimos também são soluções. Daí a importância de entendermos algumas coisas sobre soluções.

Uma solução é sempre composta de duas coisas: uma que dissolve, que chamaremos de solvente, e outra que é dissolvida, que chamaremos de soluto. Assim, quando tomamos um susto e nossa avó prepara um copo de água com açúcar para que nos acalmemos, ela prepara uma solução onde a água é o solvente e o açúcar é o soluto. O que talvez ela não saiba é que água com açúcar não tem o mínimo efeito calmante...

Nosso "calmante da vovó" pode estar muito ou pouco doce. Quimicamente falando, o que está variando é a concentração. Quanto mais doce estiver, mais açúcar encontra-se dissolvido e mais concentrada a solução estará.

Concentração

A concentração é a relação entre a quantidade de soluto e o volume da solução. É bastante óbvio que se colocarmos uma colher de chá de açúcar em um copo com água o resultado será menos doce do que se colocarmos uma colher de sopa de açúcar no mesmo copo com água. A primeira solução é menos concentrada que a segunda, ou seja, possui menos massa de soluto do que a segunda, para o mesmo volume de solvente.

Matematicamente podemos escrever uma expressão para calcular a concentração:

Todos sabemos que a quantidade de soluto que pode ser adicionado a um solvente não é infinita. Se nossa avó, ao preparar nosso copo de água com açúcar, exagerar no açúcar, parte dele não será dissolvido, permanecendo sólido no fundo do copo. Podemos então concluir que existe um limite para a quantidade de soluto. É o que chamamos de coeficiente de solubilidade.

As coisas agora podem parecer meio confusas, mas leia com atenção que você entenderá esses conceitos com clareza:

Concentração máxima

Temos um certo volume de solvente puro, ou seja, não adicionamos nada nele - ainda. Começamos a colocar vagarosamente pequenas quantidades de soluto. À medida que isso é feito, a concentração começa a aumentar. Continuamos adicionando soluto, a concentração continua aumentando até que colocamos uma pitada do soluto e este não mais se dissolve. Atingimos a máxima concentração que essa solução pode ter e, mesmo que adicionemos mais soluto, a concentração não se alterará mais.

Entenda que a concentração é a relação da massa do soluto dissolvido em um certo volume de solução. Se colocamos soluto em excesso e ele não se dissolver, ele não fará parte da solução, ficará depositado no fundo do recipiente no estado sólido e portanto não influenciará na concentração.

Perceba que isso nos remete a algo muito interessante: se gostamos de café bem doce, existe um limite de quantidade de açúcar que podemos colocar no café para que ele dissolva. Toda a quantidade que colocarmos a mais ficará depositada no fundo da xícara e não tornará o café mais doce, apenas desperdiçará mais açúcar.

Concentração e densidade

Algum leitor deve ter batido os olhos na figura da lousa e se perguntado: A relação da massa e volume não é a densidade?

É sim, mas fique atento ao seguinte detalhe: embora possamos escrever as duas expressões como m/V, na concentração "m" representa a massa apenas do soluto, enquanto que na densidade o "m" representa a massa total da solução (soluto + solvente). Perceba também que quando a concentração aumenta (adição de soluto), a densidade também aumenta, pois estamos adicionando mais massa à solução.

Tipos de soluções

Dependendo da quantidade de soluto que uma solução contém, podemos classificar as soluções. Tenha novamente em mente que existe um limite para a quantidade de soluto que pode ser adicionado a um determinado volume de solvente e que chamamos isso de coeficiente de solubilidade.

Quando uma solução contém soluto abaixo do coeficiente de solubilidade, dizemos que essa solução é insaturada. Quando a quantidade de soluto é igual ao coeficiente de solubilidade, ou seja, está no limite, dizemos que ela é saturada. Finalmente, quando a quantidade de soluto supera o limite, dizemos que ela é super-saturada.

Você deve estar se perguntando como é possível ter uma quantidade de soluto superior ao limite. Afinal é o limite ou não? As soluções ditas super-saturadas, que contêm uma quantidade de soluto superior ao coeficiente de solubilidade são extremamente difícies de preparar e muito instáveis.

Imagine a seguinte situação: você quer empilhar latas de refrigerante e, o máximo que consegue empilhar são quatro latas. Você tentou empilhar milhões de vezes e o limite é quatro latas. De repente, você utiliza toda concentração e cuidado dignas de um monge budista e consegue empilhar a quinta lata. Nesse momento alguém bate a porta do seu laboratório e a quinta lata cai, restando apenas quatro empilhadas. Você se concentra novamente e consegue empilhar não cinco, mas seis latas! Nesse momento vem se aproximando da sua pilha um mosquito e pousa em cima dela, derrubando duas delas e restando novamente quatro empilhadas.

É isso que acontece nas soluções super-saturadas. Em condições especiais conseguimos dissolver uma quantidade de soluto superior ao coeficiente de solubilidade (CS) mas, na primeira perturbação o excedente se precipita restando dissolvida apenas a quantidade limite, o que torna a solução saturada.

Curva de solubilidade

A solubilidade varia de soluto para soluto e também com o tipo de solvente. Além disso, o principal fator que influencia na solubilidade é a temperatura. O coeficiente de solubilidade varia com a temperatura, podendo aumentar ou diminuir com a elevação de temperatura, depedendo do soluto em questão. A variação do coeficiente de solubilidade em função da temperatura é representado em um gráfico que chamamos de curva de solubilidade.

Na curva de solubilidade podemos identificar ainda:

Como alterar a concentração?

Se você preparar uma solução qualquer, sua concentração não se altera se você, por exemplo, dividi-la em dois frascos. Se isso fosse verdade e tivéssemos adoçado demais uma xícara de café, bastaria dividir o conteúdo em duas xícaras que o café ficaria menos doce.

Para alterar a concentração de uma solução, podemos:

• Aumentar a quantidade de soluto, aumentando a concentração;

• Aumentar a quantidade de solvente, diminuido a concentração;

• Diminuir a quantidade de solvente, aumentando a concentração.

Estranhou o terceiro método? Como podemos diminuir a quantidade de solvente? Evaporá-lo pode ser um excelente método. Coloque uma colher de chá de sal de cozinha em um copo com água. Você verá que todo o sal se dissolve. Coloque sua solução em uma panela e leve ao fogo. Você verá que, à medida que a água (solvente) evapora, a solução vai se tornando mais concentrada, até tornar-se saturada e posteriormente começar a precipitar sal, indicando que a concentração está acima do limite. Você já deve ter estudado ou até presenciado esse procedimento em laboratório, muito conhecido como destilação simples e utilizado para separar os componentes de uma solução.