concentração em quantidade de matéria resumo (com questões)

Concentração em quantidade de matéria 

A concentração em quantidade de matéria consiste na relação entre a quantidade de matéria do soluto, expressa em mols, e o volume da solução em litros.

Dessa forma, a concentração em quantidade de matéria indica a quantidade de matéria presente em um litro da solução; por isso sua unidade é mol/L.

Essa grandeza das soluções químicas também é denominada molaridade, concentração molar, ou, ainda, concentração em mol/L.  Essa última expressão e a que está sendo usada no título deste texto são as formas recomendadas pela IUPAC (União Internacional da Química Pura e Aplicada) e pelo SI (Sistema Internacional de Unidades).

Matematicamente, temos:

No entanto, em alguns problemas a quantidade de matéria é expressa em gramas e não em mol. Assim, é necessário fazer as devidas conversões ou utilizar a seguinte fórmula matemática deduzida abaixo:

• Sabendo que a fórmula da quantidade de matéria (n₁) é dada por:

n_{1 =} m₁
      M₁

Onde:

m₁= massa em gramas do soluto;
M₁= massa molar do soluto em gramas por mol (g/mol).

• Substituindo n₁ na fórmula da concentração em mol/L, temos:

C = n₁
V

Vejamos um exemplo que pode ser resolvido trabalhando com a concentração em mol/L:

“Qual é a concentração em quantidade de matéria por volume de uma solução de cloreto de potássio que apresenta 18,5 g de KCl em 250 mL de solução?”

Primeiramente, para resolver esse problema, é necessário transformar o volume da solução de mililitros para litros:

1 L-----1000 mL
V ----- 250 mL
V = 0,25 L

Visto que não foi dada a quantidade de matéria em mols e sim em gramas, iremos usar a segunda expressão matemática mencionada no texto e substituir nela esses valores. A massa molar do KCl é conseguida olhando-se as massas atômicas de cada elemento numa tabela periódica e somando-se os seus valores:

M_1(KCl) = 39,1 + 35, 5 = 74,6 g/mol

C = __m_{1___}
       M₁ . V

C = ___18,5 g_________
      74,6 g/mol . 0,25 L

C = 1,0 mol/L

Ex 2: “Uma solução aquosa com 100 mL de volume contém 20 g de NaCl. Como proceder para expressar a concentração dessa solução em quantidade de matéria por volume?”

Resolução:

Bom, a fórmula a ser utilizada é a mesma acima, porém o volume não está em litros. Assim, devemos fazer a seguinte conversão de unidades:

1 L  ------ 1000 mL
V     ------ 100 mL
V = 0,1 L

Também é necessário descobrir o valor da massa molar do sal NaCl. Para tal, é preciso saber os valores das massas atômicas de ambos os elementos e realizar o cálculo da massa molar ensinado no texto “Massa Molar e Número de Mol”:

M (NaCl) = 1 . 23+ 1 . 35, 46

M (NaCl) = 58,46 g/mol

Agora sim podemos substituir todos os valores na fórmula e descobrir o valor da concentração em mol/L:

Exercícios sobre concentração em quantidade de matéria

1) (Fuvest-SP) A concentração de íons fluoreto em uma água de uso doméstico é de 5,0 · 10–5 mol/litro. Se uma pessoa tomar 3,0 litros dessa água por dia, ao fim de um dia, a massa de fluoreto, em miligramas, que essa pessoa ingeriu é igual a: (massa molar do fluoreto: 19,0 g/mol)

a)      0,9.           b)      1,3.        c)      2,8.         d)      5,7.         e)      15.

Resolução:

- Dados do exercício:

m₁ = ? (é o que se quer encontrar)

M₁= 19,0 g/mol

V (L) = 3 L

M = 5 . 10^-5 mol/L

Aplicando os dados na fórmula da concentração em mol/L, temos:

M = __m₁__
        M₁ . V(L)

m₁ = M . M₁ . V(L)

m₁ = 5 . 10^-5  mol/L . 19,0 g/mol . 3 L

m₁ = 285 . 10^-5 g ou

m₁ = 2,85 . 10^-3 g, que é o mesmo que 2,85 mg.

Alternativa “c”

2) Uma solução de 368 g de glicerina (C3H8O3) em 1600 g de água apresenta densidade de 1,044 g/cm3. Calcule a concentração em mol/L dessa solução. Dados: massas atômicas: H = 1; C = 12; O =16.

Resolução:

A fórmula da concentração em mol/L ou molaridade (M) é:

M = __m₁__
       M₁ . V(L)

Onde,

m₁ = massa do soluto (da glicerina);

M₁= massa molar do soluto;

V (L) = volume da solução em litros.

Para usar essa fórmula, precisamos descobrir primeiro V e M₁. A massa molar da glicerina é calculada normalmente:

M_1(C3H8O3)= (3 . 12) + (8 . 1) + (3 . 16) = 92 g/mol

Já o volume da solução é encontrado por meio da fórmula da densidade:

d = m / v → v = m / d

A massa da solução (m) é dada pela soma da massa do soluto (glicerina) com a do solvente (água):

m = 368 g + 1600 g = 1968 g

Assim, substituindo os dados na fórmula acima, para encontrar o valor do volume, temos:

V = 1968 g / 1,044g/cm³ = 1885 cm³

Na fórmula da concentração em mol/L, o volume tem que ser dado em L, por isso fazemos a seguinte transformação:

1 L = 1dm³

1cm³ = 0,001dm³

Se dm³ = L, então:

1 cm³ --------- 0,001 L
1885 cm³ ----- V (L)

V = 1,885 L

Finalmente, podemos substituir todos os valores na fórmula da concentração em mol/L e encontrá-la:

M = __m₁__
         M₁ . V(L)

M = ________368 g______
          (92 g/mol) . (1,885 L)

M = 2,1 mol/L

3) Qual massa de ácido sulfúrico (H2SO4) será necessária para preparar 2 litros de uma solução na concentração de 3 mol/L? Dado: M(H2SO4)= 98 g/mol.

Resolução:

- Dados do exercício:

m₁ = ? (é o que se quer encontrar)

M₁= 98 g/mol

V (L) = 2 L

M = 3 mol/L

Aplicando os dados na fórmula da concentração em mol/L, temos:

M = __m₁__
         M₁ . V(L)

m₁ = M . M₁ . V(L)

m₁ = 3 mol/L . 98 g/mol . 2 L

m₁ = 588 g

4) Qual será a concentração em quantidade de matéria de uma solução que foi preparada dissolvendo-se 120 g de hidróxido de sódio em 2 L de água e obteve-se uma solução com 2 L?”

Resolução:

Dados:
m1 = 120 g
v = 2 L
MM _(NaOH) = 40 g/mol

• Substituindo os valores dados na fórmula:

5) (USJT-SP) O ácido tartárico, C4H6O6 (conservante), usado em alguns refrigerantes, pode ser obtido a partir da uva durante o processo de fabricação do vinho.

Se a concentração em quantidade de matéria de ácido tartárico em uma refrigerante é 0,175 mol/L, qual é a massa de ácido utilizada na fabricação de 100 000 L desse refrigerante?

a) 17 500 g.

b) 116,6 kg.

c) 0,857 t.

d) 1,75 kg.

e) 2,62 t.

Resolução:

Alternativa "e".

Dados:

m1 = ? (é o que se quer encontrar)
MM(C4H6O6)= (4 . 12) + (6 . 1) + (6 . 16) = 150 g/mol
V (L) = 100 000 L
M = 0,175 mol/L

* Aplicando os valores relacionados na fórmula, temos:

M = ___m1__
MM . v

m1 = M . MM . v

m1 = (0,175 mol/L) . (150 g/mol) . (100 000 L)

m1 = 2625000 g = 2625 . 106 g = 2,62 t

6) (VUNESP-2000) Sabendo-se que a massa molar do lítio é 7,0g/mol, a massa de lítio contida em 250mL de uma solução aquosa de concentração 0,160mol/L de carbonato de lítio é:

a) 0,560g.

b) 0,400g.

c) 0,280g.

d) 0,160g.

e) 0,080g.

Resolução:

C = n / V

C = m / (M.V)

m = C.M.V

m = 0,160.67.0,250

m = 2,68 g

67 g de Li2CO3 ---------------- 2.7 g de Li

2,68 g de Li2CO3 ------------- x

x = 2,68.2.7 / 67

x = 0,560 g. Alternativa "a".

7) 10,00 mL de uma solução de (NH4)2SO4 foram tratados com excesso de NaOH. O gás NH3 liberado foi absorvido em 50,00 mL de uma solução 0,10 mol.L-1 de HCℓ. O HCℓ que sobrou foi neutralizado por 21,50 mL de uma solução 0,10 mol.L-1 de NaOH. Qual a concentração da solução de (NH4)2SO4 em mol.L-1?
a) 0,28
b) 0,14
c) 0,32
d) 0,42
e) 0,50

8) (PUC-RIO 2008) É possível conhecer a concentração de uma espécie iônica em solução aquosa, a partir do conhecimento da concentração de soluto e se o soluto dissolvido dissocia-se ou ioniza-se por completo. Uma solução de sulfato de sódio, Na2SO4 possui concentração em quantidade de matéria igual 0,3 mol L−1. Nessa solução, a concentração, em quantidade de matéria, da espécie Na+ é:
a) 0,2 mol L-1
b) 0,3 mol L-1
c) 0,6 mol L-1
d) 0,8 mol L-1
e) 0,9 mol L-1

10) Uma solução de ácido clorídrico a 10% em massa tem densidade 1,05 g/mL.Qual a concentração dessa solução em g/L ?        C=105 g/l

11) Que volume de uma solução 0,778 mol/L Na2CO3 deveria ser diluído até 150 mL com água para reduzir sua concentração a 0,234 mol/L?    v= 4,51 mL