Coeficiente de Solubilidade

1. Coeficiente de Solubilidade (Cs) e sua Relação com o Ponto de Saturação

O coeficiente de solubilidade (Cs) representa a quantidade máxima de soluto que pode ser dissolvida em uma determinada quantidade de solvente a uma dada temperatura.

Ou seja, o Cs define o ponto de saturação da solução.

Normalmente, a unidade de medida do Cs é: X g da substância / 100 mL de água. Outra forma de representar seria X % (X g para 100 g de água).

Se houver menos soluto do que o Cs permite, temos uma solução insaturada.

Se atingirmos o limite, temos uma solução saturada.

Se ultrapassarmos o Cs, temos uma solução saturada com corpo de fundo. 

Lembre que a solução supersaturada é instável e que na maioria das vezes não teremos ela formada.

Vamos usar um exemplo com números para entender melhor. 

Imagine que a solubilidade do sal de cozinha (NaCl) em água seja de 36 g por 100 mL de água a 25°C.

 Isso significa que até 36 g de NaCl podem ser dissolvidos completamente nessa quantidade de água.

Agora, veja como a quantidade de sal adicionada afeta a classificação da solução:

Se adicionarmos 20 g de NaCl em 100 mL de água, teremos uma solução insaturada.

Se adicionarmos exatamente 36 g de NaCl, teremos uma solução saturada.

Se adicionarmos 40 g de NaCl, apenas 36 g vão se dissolver e os 4 g restantes formarão um corpo de fundo.

Isso caracterizaria uma solução saturada com corpo de fundo.

2. Influência da Temperatura na Solubilidade

A depender da substância, o aumento da temperatura pode aumentar ou diminuir o seu coeficiente de solubilidade.

Portanto, existem dois tipos de dissolução relacionadas à temperatura:

Dissolução endotérmica: Solubilidade aumenta com o aumento da temperatura, como o nitrato de potássio ($KNO_3$). Possuem gráficos crescentes.

Dissolução exotérmica: Solubilidade diminui com o aumento da temperatura, como o hidróxido de cálcio ($Ca(OH)_2$). Possuem gráficos decrescentes.

3. Curvas de Solubilidade: Interpretação e Análise Gráfica

As curvas de solubilidade mostram como a quantidade máxima de soluto que pode ser dissolvida varia com a temperatura.

Elas são muito utilizadas para prever se uma solução está insaturada, saturada ou supersaturada.

• Se um ponto estiver abaixo da curva, significa que a solução é insaturada.
• Se estiver exatamente na curva, a solução está saturada.
• Se estiver acima da curva, a solução é supersaturada e pode precipitar com qualquer perturbação.

4. Dissolução de Gases em Líquidos (Efeito da Pressão na Solubilidade)

A pressão afeta a solubilidade principalmente dos gases dissolvidos em líquidos.

Segundo a Lei de Henry, quanto maior a pressão de determinado gás em uma solução, maior a quantidade dissolvida desse gás.

Por isso que, por exemplo, um refrigerante depois de aberto perde o gás.

Depois de aberto, a sua pressão diminui e parte do gás dissolvido é eliminada em forma de bolhas. 

Fique atento, falar que uma solução está liberando bolhas significa dizer que parte do gás dissolvido está sendo eliminada.

Em geral, a solubilidade de um gás aumenta com o aumento da pressão parcial do gás e diminui com o aumento da temperatura. 

(Obs: matematicamente, podemos representar a Lei de Henry como:

CS (gás) = k . P(gás), representando o CS e a P como proporcionais).

5. Exemplos práticos

Exemplo 1: 

A solubilidade de um sal X aumenta linearmente com o aumento da temperatura.

A 20 ° C, o coeficiente de solubilidade da solução é de 20 g de X para 100 g de água.

A 60 ° C, 100 g de X formariam uma solução saturada em 350 g de solução. 

Quantos gramas do sal X são dissolvidos em 1 Kg de água a 40 ° C?

📝 Resolução

O CS de X a 20 ° é de 20 g / 100 g de água.

A 60 ° C, 100 g estão para 350 g de solução!!! Cuidado com a pegadinha. Se 100 g são do sal X e 350 g são da solução toda, nós temos 350 - 100 = 250 g de água.

Portanto, o CS de X a 60 ° C é de 100 / 250 = 10 / 25 = 40 g / 100 g de água. 

A questão afirma que o CS de X aumenta linearmente com o aumento da temperatura, então vamos fazer a regra de três para achar o CS a 40 ° C:

Aumento de (60 - 20) °C → Aumento de (40 - 20) g / 100 g de água no CS

Aumento de (40 - 20) °C → Aumento de (X - 20) g / 100 g de água no CS

40 → 20 

20 → (X - 20)

X - 20 = 10 → X = 30 g / 100 g de água.

Para finalizar, se dissolvemos 30 g em 100 g de água, em 1 Kg, são dissolvidos 300 g de X em água. 

Exemplo 2:

Eu preparei uma solução com esse mesmo sal X, seguindo os seguintes passos:

I. Coloquei 60 g de X em 200 g de água a 60 ° C.

II. Resfriei a solução ate 20 ° C, sem perturbar o sistema. 

III. Perturbei o sistema, mexendo no frasco com uma colher.

Qual a classificação da solução em cada uma das três etapas e qual o percentual do sal X que encontra-se precipitado no fim da etapa III?

📝 Resolução

I. A 60 °C, CS = 40 g/ 100 g de água, logo 80 g de X para 200 g de água. Se eu possuo apenas 60 g de X, a minha solução encontra-se insaturada. 

II. A 20 °C, CS = 20 g/ 100 g de água, logo 40 g de X para 200 g de água. Se eu possuo 60 g de X, a minha solução encontra-se supersaturada ou saturada com corpo de fundo. 

No entanto, o enunciado deixa que, na etapa II, o sistema ainda não foi perturbado. Portanto, nessa etapa, minha solução encontra-se supersaturada. 

III. Ao perturbar o sistema, tendo 60 g de X em uma temperatura com CS de 40 g de X para 200 g de água, o sistema se torna saturado com corpo de fundo.

A quantidade de corpo de fundo é de 60 - 40 = 20 g.

Se 20 g de X precipitaram e o minha massa total é de 60 g, o percentual que precipitou foi de 20/60 = 0,33 = 33,33%.