Aps - Fisico Quimica- 201raquel

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APS FSICO-QUMICA PROF. ROBERTA SFALCIN - UNIP 1 - CLCULOS ESTEQUIOMTRICOS LEIS PONDERAIS Lei de Lavoisier ou Lei da Conservao da Massa A soma das massas dos reagentes igual soma das massas dos produtos. Lei de Proust ou Lei das Propores Fixas A proporo em massa das substncias que reagem e que so produzidas em uma reao qumica sempre constante e invarivel. Lei de Dalton ou Lei das propores mltiplas Quando duas substncias simples reagem entre si para formar compostos diferentes, se a massa de uma delas permanecer constante, a massa da outra substncia ir variar numa relao de nmeros inteiros e mltiplos. LEIS VOLUMTRICAS 1.a Lei de Gay-Lussac Nas mesmas condies de temperatura e presso os volumes gasosos de reagentes e produtos esto em uma proporo constante de nmeros inteiros e pequenos. Ex.:1N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)

12 1 1: 3: 2.

36 3

24 2

Proporo de nmeros inteiros e pequenos:

Observao: A Lei de Lavoisier no vlida para a conservao de volume. Na reao acima, 48 fase gasosa. dos reagentes formaram apenas 24 de produto, ou seja, houve

uma contrao de volume, fato comum nas reaes que envolvem substncias na

2.a Lei de Gay-Lussac Quando duas substncias na fase gasosa reagem entre si para formar compostos diferentes, se o volume de uma delas permanecer constante, o volume da outra substncia ir variar numa relao de nmeros inteiros e pequenos. - RELAES BSICAS PARA O CLCULO ESTEQUIOMTRICO: Os coeficientes de uma reao qumica balanceada indicam a proporo de cada substncia que reage e que produzida. Essa proporo pode ser em mols, massa, nmero de molculas ou volume (para substncias na fase gasosa). Exemplo:

Estequiometria o clculo que analisa as relaes quantitativas entre os elementos que se combinam para formar uma substncia. Este feito com base nas leis das reaes e executado, em geral, com o auxlio das equaes qumicas correspondentes. Esta palavra, estequiometria, derivada do grego: stoikheion = elemento, e metron = medida ou medio. Nas reaes qumicas, as substncias reagem entre si originando produtos em propores especficas. Desse modo, possvel calcular quanto de produto ser formado, ou o rendimento da reao. Se quisermos determinado rendimento, podemos tambm calcular quanto dever ser utilizado de reagente.

Por meio dos clculos estequiomtricos possvel fazer essas e outras relaes especficas. Mas, antes de tudo, precisamos conhecer as propores existentes entre os elementos que formam as diferentes substncias. Essas propores so dadas pelas frmulas moleculares, percentuais e mnimas ou empricas. Usa-se nos clculos estequiomtricos a relao mostrada abaixo: 1 mol 6. 1023 molculas ou frmulas unitrias massa molar em g/mol 22,4 L (nas CNTP*) *Condies Normais de Temperatura e Presso. Vejamos um exemplo de clculo estequiomtrico em que se relacionar apenas quantidade de matria (mols). Exemplo: Qual a quantidade de matria de lcool etlico, C2H6O(l), que deve reagir para fornecer 12 mols de gs carbnico? Considere esta uma reao de combusto completa. Equao Balanceada: C2H6O(l) + 3 O3 (g) 2CO2(g) + 3 H2O(v) Observe que 1 mol de lcool produz 2 mols de gs carbnico, assim pode-se fazer uma regra de trs simples para resolver o problema: 1mol ------------------- 2 mols x-------------------------12 mols X = 6 mols Resposta: 6 mols de lcool etlico so necessrios para gerar 12 mols de gs carbnico. 2 CINTICA QUMICA A cintica qumica, tambm conhecida como cintica de reao, uma cincia que estuda a velocidade das reaes qumicas de processos qumicos e os fatores que as influenciam. Cintica qumica inclui investigaes de como diferentes condies experimentais podem influir a velocidade de uma reao qumica e informaes de rendimento sobre o mecanismo de reao e estados de transio, assim como a construo de modelos matemticos que possam descrever as caractersticas de uma reao qumica. A velocidade da reao recebe geralmente o nome de taxa de reao. A taxa de reao est relacionada com: as concentraes dos reagentes e seu estado

particular (estado fsico, estado nascente dos gases, estado cristalino ou amorfo dos slidos),o fato dos reagentes estarem ou no em soluo (neste caso a natureza do solvente ir influir na velocidade da reao), a temperatura, a eletricidade, a luz, a presso, a presena de catalisadores e dos produtos de reaco.

2.1- Fatores que influenciam na velocidade das reaes 2.1.1Natureza dos reagentes

Dependendo de quais substncias reagem, o tempo de tais reaes varia, ou, mais detalhadamente, a rapidez ou velocidade com que se formam ou rompem as ligaes dependem da natureza dos reagentes. Reaes cidas, a formao de sais, as troca inica so reaes rpidas. Exemplos tpicos de reaes rpidas so as reaes dos explosivos, muitas vezes ocorrendo inicialmente dentro da prpria molcula de uma nica substncia. Outro exemplo de reaes rpidas so as oxidaes de metais nobres, que produzem xidos extremamente resistentes e aderentes que impedem a continuidade da reao (passivao), como com o ouro ou o cromo, presente no ao inoxidvel. Quando a formao de ligaes covalentes toma lugar entre as molculas e quando molculas grandes so formadas, as reaes tendem a ser muito lentas. A natureza e fora das ligaes em molculas influencia grandemente a taxa de sua transformao em produtos. As reaes que envolvem menor rearranjo de ligaes ocorrem mais rapidamente que as que envolvem maior arranjo de ligaes, como se evidencia nas diferentes velocidades de formao de polmeros, como o polietileno (mais rpido) e o polister (mais lento). 2.1.2- Temperatura Com o aumento da temperatura, aumenta a energia cintica mdia das molculas em um sistema e consequentemente o nmero de colises efetivas entre elas. Alimentos na geladeira, como leite, ovos, carnes e etc, demoram muito mais para

estragar do que no ambiente. Isso porque as reaes qumicas feitas pelos microorganismos decompositores so retardadas pelas baixas temperaturas. H uma regra que foi formulada no sculo XIX pelo holands Jacobus Henricus van't Hoff que diz que um aumento de 10 graus clsius na temperatura do sistema que ir reagir duplica a velocidade da reao. Hoje se sabe que essa regra apresenta vrias excees, mas ela muitas vezes til para se fazerem previses aproximadas do comportamento da velocidade de certas reaes. Ela conhecida como Regra de Van't Hoff. 2.1.3Estado fsico

O estado fsico (slido, lquido, ou gs) de um reagente tambm um importante fator da taxa de reao. Quando reagentes esto na mesma fase, como em soluo aquosa, o movimento trmico os coloca rapidamente em contato. Entretanto, quando eles esto em diferentes fases, a reao limitada a interface entre os reagentes. A reao somente pode ocorrer na rea de contato, no caso de um lquido ou gs, na superfcie de um lquido. Agitao vigorosa e/ou turbilhonamento podem ser necessrios para conduzir a reao a realizar-se completamente. Isto significa que quanto mais finamente dividido um slido ou lquido reagente , a sua maior rea de superfcie, tornar mais rpida a reao (o que analisado mais detalhadamente em Superfcie de contato, abaixo). Em qumica orgnica existe a exceo que reaes homogneas (no mesmo meio e fase) podem ocorrer mais rapidamente que reaes heterogneas. 2.1.4- Superfcie de contato Se numa reao atuam reagentes em distintas fases, o aumento da superfcie de contato entre eles aumenta a velocidade das reaes. Considerando, por exemplo, uma reao entre uma substncia slida e uma lquida, quanto mais reduzida a p estiver a substncia slida, maior a superfcie de contacto entre as partculas de ambas as substncias e portanto, maior a possibilidade de essas partculas colidirem umas com as outras. Fazendo-se uma analogia, por exemplo, quando acende-se uma lareira, usa-se palha ou papel e destes acende-se as mais grossas pores de lenha. Exemplos claros deste tipo de influncia na velocidade de reaes o perigo que representa em silos de farinhas e gros de cereais a combusto violenta, explosiva, de partculas finamente divididas com o ar. Um exemplo laboratorial que

apresentado sobre este fator a reao do iodo "metlico", granulado, com o metal zinco. A reao se processa muito mais rapidamente com o zinco em p que o zinco em lmina, aps o acrscimo de gua sobre os reagentes. 2.1.5- Presena de um catalisador Os catalisadores aumentam a velocidade de uma reao qumica, mas no participam da formao dos produtos, sendo completamente regenerados no final. Atuam ao promover rotas de reao com menor energia de ativao. O catalisador acelera a reao, pois diminui a energia de ativao das molculas, mas no participa da reao, ou seja, no ocorre nenhuma mudana nos elementos qumicos da reao, e o catalisador continua intacto. A ao do catalisador abaixar a energia de ativao, possibilitando um novo caminho para a reao. O abaixamento da energia de ativao que determina o aumento da velocidade da reao. Inibidor: uma substncia que retarda a velocidade da reao. Veneno: uma substncia que anula o efeito de um catalisador. Catlise homognea - Catalisador e reagentes constituem uma s fase. Catlise heterognea - Catalisador e reagentes constituem duas ou mais fases (sistema polifsico ou mistura heterognea). 2.1.6- Concentrao dos reagentes O aumento da concentrao dos reagentes promove o aumento do nmero de colises entre as molculas. Isso faz com que a probabilidade de colises efetivas acontecerem para a formao do complexo ativado seja maior. 2.1.7- Presso Um aumento de presso em um sistema em reao implica uma diminuio em seu volume. Desse modo, haver um numero maior de partculas reagentes por unidade de volume (aumento na concentrao), o que possibilitar um maior nmero de colises efetivas entre as partculas. Notar que a presso s exerce influncia significativa na taxa de reao quando houver ao menos uma substncia gasosa como reagente. Velocidade mdia e Velocidade instantnea Para todo movimento podemos associar uma grandeza chamada velocidade que o quociente entre a variao de espao e a variao de tempo utilizado pelo mvel neste percurso. A velocidade mede a variao da posio do mvel no tempo, e nos

fornece um valor que expressa o quanto o mvel est rpido ou devagar ao realizar um percurso. Quando, em algum exemplo ou exerccio de cinemtica, estiver o termo velocidade escalar, nos referirmos a uma grandeza escalar (que tem apenas valor numrico), sem nos preocupar com direo e sentido, que so caractersticas de um vetor. O conceito de velocidade mdia ou velocidade escalar mdia diferente do conceito de velocidade instantnea. A velocidade mdia esta ligada a um intervalo de tempo t enquanto a velocidade instantnea a um instante de tempo t. Para entender melhor esta diferena vamos estudar o exemplo de um movimento uniformemente variado. Um carro parte do repouso (velocidade inicial zero) e percorre 100m em 10s. Qual a velocidade mdia deste mvel nos 10s de movimento? Sabemos que a variao de espao do mvel foi de 100m e a variao de tempo do mvel foi de 10s, logo, a velocidade mdia dada por: Vm = S/t Vm = 100m / 10s Vm = 10m/s A velocidade mdia do mvel foi de 10m/s. Isto no significa que ele estava sempre com velocidade 10m/s, j que parte do repouso (velocidade inicial zero) e ao longo do percurso aumenta sua velocidade. Ordem de Reao: O conceito de ordem de uma reao qumica est relacionado expresso de velocidade. Ordem de reao a soma dos expoentes aos quais esto elevadas as concentraes na expresso de velocidade, e no esto relacionados aos coeficientes estequiomtricos. Para a reao:

Teremos uma lei de velocidade:

Na qual:

E A ordem de reao determinada experimentalmente, no caso da cintica emprica, ou por meio de modelos matemticos, a partir de dados espectroscpicos e de qumica terica sobre as molculas participantes, no caso da cintica qumica terica. Na prtica, as reaes mais importantes so as de ordem zero, primeira e segunda ordens. Reaes de terceira ordem so bastante raras e no so conhecidas reaes de ordem superior a trs. Para conhecer a ordem de reao so necessrios dados experimentais e hipteses a respeito da seqncia de etapas elementares por meio das quais a reao ocorre, isto , do mecanismo da reao. Uma outra definio importante a do conceito de molecularidade. em uma etapa elementar da reao. Assim: - molecularidade 1: apenas uma espcie qumica participa do processo de reao. Ex.: um rearranjo molecular. - molecularidade 2: duas espcies qumicas colidem entre si para que a reao ocorra. - molecularidade 3: muito rara, pois depende da ocorrncia de uma coliso tripla. Enfim, importante saber a diferena entre molecularidade e ordem: - A ordem de uma reao uma grandeza emprica, obtida a partir da lei de velocidade levantada experimentalmente. - A molecularidade de uma reao propriedade de uma reao elementar que faz parte de um mecanismo terico de interpretao da reao. 3.1- Ordem Zero Reaes de ordem zero so reaes em que a velocidade uma constante, independente da concentrao do reagente. So sempre reaes no-elementares, como por exemplo, as reaes fotoqumicas e as reaes enzimticas no incio. Para uma reao de ordem zero, do tipo A produtos, pode-se escrever: A molecularidade de uma reao o nmero de espcies reagentes que tomam parte

Esta equao equivale a chamado de

e por isso que este tipo de reao ordem zero.

Verifica-se que a constante de velocidade k para as reaes de ordem zero tem unidades de [concentrao] . [tempo-1]. Por exemplo: no tempo t=0:

Integrando a equao, considerando-se conhecida a concentrao

Obtm-se

Verifica-se que a concentrao do reagente diminui linearmente com o passar do tempo. Assim, o grfico abaixo mostra como deve se comportar a concentrao com o passar do tempo para uma reao de ordem zero.

Este mesmo grfico permite que se determine experimentalmente a constante de velocidade k da reao, pois k o coeficente angular, ou inclinao da reta. possvel fazer uma troca de varivel, introduzindo-se o conceito de taxa de converso, produtos , que definida como a frao de reagente j transformada em em um determinado tempo de reao:

Isolando-se,

nesta equao, obtm-se:

E diferenciando-se em relao ao tempo:

Substituindo em

temos:

E, integrando, vem:

Esta equao permite determinar o tempo necessrio para se atingir uma certa converso do reagente A.

Um conceito importante e bastante utilizado em cintica qumica o de MEIA-VIDA. A meia-vida de uma reao definida como sendo o tempo necessrio para que a concentrao do reagente diminua metade de seu valor inicial. A partir da equao acima pode-se obter a meia-vida de uma reao de ordem zero, pois quando transcorrer uma meia-vida, a concentrao ser igual metade da inicial e, portanto, XA = 0,5, resultando:

e portanto:

Esta equao mostra que a meia-vida de uma reao de ordem zero diretamente proporcional concentrao inicial do reagente. 4 - Reaes de Primeira Ordem Uma reao de primeira ordem aquela na qual a velocidade diretamente proporcional concentrao do reagente. Para uma reao monomolecular, irreversvel, de primeira ordem, ocorrendo a volume constante, do tipo Aprodutos, tem-se:

Trata-se de uma reao de 1 ordem, pois a concentrao do reagente A encontrase elevada ao expoente 1. Nesta equao, representa a velocidade de decomposio de A.

Verifica-se que a constante de velocidade k para as reaes de primeira ordem tem unidades de [tempo-1]. Separando as variveis, a equao anterior pode ser integrada entre limites:

A partir desta equao, fazendo-se um grfico de constante de velocidade da reao.

em funo do tempo, o

coeficiente angular o termo k, o que permite determinar experimentalmente a

Na forma exponencial a equao acima fica:

Esta equao mostra que a variao da concentrao com o tempo para uma cintica de primeira ordem exponencial, como representada no grfico abaixo:

4.1- Meia-vida Meia-vida um conceito particularmente til para as reaes de primeira ordem, devido ao fato de estar relacionado diretamente com a constante de velocidade, dando uma idia fsica da velocidade de reao melhor que a prpria constante de velocidade. Lembrando que a meia-vida de uma reao o tempo necessrio para que a concentrao do reagente se reduza metade do seu valor inicial e usando para uma reao de primeira ordem a equao

Quando

, tem-se

. Substituindo esse valor na equao acima, resulta:

Portanto

a meia-vida de uma reao

de primeira ordem

dada por:

Como se v, a meia-vida de uma reao de primeira ordem independente da concentrao inicial do reagente. Este o motivo pelo qual a meia-vida utilizada, por exemplo, para caracterizar os istopos radioativos. O decaimento radioativo

um processo nuclear que segue uma cintica de primeira ordem. Assim, uma tabela de nucldeos apresenta os diferentes istopos radioativos caracterizados por suas meias-vidas, que sero independentes das quantidades de ncleos radioativos presentes na amostra.

4.2- Reaes de Segunda Ordem Uma reao de segunda ordem aquela onde h uma dependncia da velocidade com o quadrado da concentrao do reagente. Nas reaes de segunda ordem, preciso ter presente que elas podem ser monomoleculares ou bimoleculares. Para cada um desses casos, a equao diferencial resultante ser diferente e eles devem ser tratados separadamente.

4.3- Reaes de segunda ordem segundo caso: No segundo caso, para reaes bimoleculares de segunda ordem, pode-se representar a equao estequiomtrica da seguinte forma: aA+bB produtos Nesse caso necessrio distinguir duas situaes possveis: a reao pode ser iniciada com a proporo estequiomtrica dos reagentes ou com proporo no estequiomtrica. Para cada uma destas situaes a integrao da equao diferencial resultante ser diferente. importante destacar que os reagentes sempre iro reagir em proporo determinada pela estequiometria. No caso da reao aA+bBprodutos, independentemente da proporo inicial dos reagentes, sempre que a mols de A reagirem, b mols de B iro reagir para formar os produtos. 3 EQUILBRIO QUMICO

O princpio de Le Chatelier aplicado quando interferncias ocorrem numa situao de equilbrio. interessante como, sem perder o rigor conceitual, possvel entend-lo de duas formas que se complementam. Em uma viso mais ampla, que gosto mais de descrever, a natureza parece dar ao homem o livre-arbtrio, a permisso de esculpir o prprio rosto na Terra. Ao menos assim que a natureza reage, incorporando como to-somente um fato novo e no como uma "agresso"as aes do homem nos seus equilbrios. A resposta da natureza sempre procura minimizar o efeito da "agresso", e no acentu-lo. Ateno: minimizar no significa negar a existncia de uma fora, mas entend-la para inclu-la no equilbrio. Como se mudar no a assustasse, a natureza se perpetua, sempre caminhando para estabelecer um novo equilbrio. Quem se assusta sou eu, especialmente com governantes de pases agressores ou agredidos que acentuam as "agresses" como nica forma de agir ou reagir. Numa viso mais restrita, na qumica, note como o princpio de minimizar o efeito das interferncias o mesmo. - Concentrao: numa reao reversvel, em equilbrio, quando uma de suas substncias adicionada, ocorre um deslocamento para consumi-la e, quando retirada, a reao deslocada para rep-la. Veja um exemplo prtico: (PUC) "Peixes mortos tm cheiro desagradvel devido formao de substncias provenientes da decomposio de protenas. Uma dessas substncias a metilamina, que, em presena de gua, apresenta o equilbrio:

Para diminuir o cheiro, o que poderia ser feito?" Resposta: a adio de um cido (espremer um limo ou colocar vinagre, por exemplo) promove a reao dos ons H+ do cido com os ons OH-, formando gua. Com a diminuio dos ons OH-, o equilbrio deslocado para a direita (), reduzindo a quantidade do gs metilamina (H3CNH2(g)), responsvel pelo cheiro desagradvel. O princpio de Le Chatelier tambm aplicado quando alteraes de temperatura e de presso (com variao de volume) ocorrem num equilbrio. Constante de equilbrio As condies para que a reao esteja em equilbrio que as velocidades de reao sejam iguais, ou seja, V1 = V2, quando as concentraes de produtos e reagentes ficam constantes.

Dada reao: aA + bB cC + dD V1 = K1 . [A]a . [B]b V2 = K2 . [C]c . [D]d Equilbrio: V1 = V2 K1 . [A]a . [B]b = K2 . [C]c . [D]d K1/K2 = [C]c . [D]d / [A]a . [B]b Kc = [Produto] / [Reagente] Kc a constante de equilbrio em termos de concentrao. Nos mostra a poro de produtos formados em relao a quantidade de reagentes que reagiram. Constante de Equilbrio em termos de Presso Parcial (Kp) Da mesma forma do Kc temos: Kp = P produtos / P reagentes Observe que essa equao vlida apenas para gases. Ex: 1N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) Kp = P2 NH3 / P N2 . P3 H2 importante lembrar que os lquidos e slidos puros no participam das expresses de Kc e Kp. Ex: - Cgraf + O2(g) CO2(g) Kc = [CO2] / [O2] - CaCO3(s) CaO(s) + CO2 Kc = [CO2]

Clculos envolvendo constante de equilbrio (Kc e Kp)

Relao entre Kp e Kc Podemos calcular o Kp a partir do Kc, estabelecendo a seguinte reao:

Sendo que:

Kp = constante de equilbrio em termos de presso parcial. Kc = constante de equilbrio em termos de concentrao. R = constante geral dos gases perfeitos. (0,082 atm . L/K . mol). T = temperatura absoluta (kelvin). H = variao da quantidade de matria da reao, levando em conta apenas os gases. Observao: O clculo do em n ocorre mols a final partir dos coeficientes em da mols reao. inicial)

(quantidade

quantidade

Exemplos de calculo de n 1)

2)

3)

EQUILBRIO QUMICO II Kw a constante que representa o Equilbrio inico da gua, para atingir o equilbrio necessrio que as molculas de gua sejam quebradas, esse processo possvel atravs das colises intermoleculares do meio aquoso. Veja a equao que representa o processo:

Na gua pura, a concentrao de ons H+ sempre igual concentrao de ons OH-, pois cada molcula de gua ionizada originada de um on H+ e um on OH-. H20 pura [H+] = [OH-] H20 pura a 25C: as concentraes em mol/L de H+ e OH- so iguais entre si e apresentam um valor igual a 1,0 x 10-7 mol/L.

[H+] = [OH-] = 1,0 x10-7 mol/L Ento, se considerarmos o equilbrio da gua teremos:

Baseando-se nos valores de [H+] e [OH-], o valor de Kw pode ser calculado: Kw = 1,0 x 10-7 . 1,0 x 10-7 A uma temperatura de 25C: Kw = 1,0 x10-14

pH e pOH: As relaes abaixo representam esses valores: pH = -log [H+] = [OH-] pOH = - log [OH-] A escala de pH representada por valores de 0 a 14, uma vez que, quanto mais cida for a soluo, menor ser o pH e quanto mais bsica for a soluo, maior ser o pH. pH < 7 - soluo cida pH > 7 - soluo bsica pH = pOH = 7 - soluo neutra. Equilbrio Inico, Lei de Ostwald, Constante dos cidos e bases( Ka e Kb) 1.O equilbrio inico apresenta ons. Estudaremos o equilbrio inico em solues aquosas. 2. CONSTANTE DE IONIZAO DO CIDO (K, Ka OU Ki) Vamos considerar um monocido (ioniza apenas 1 H+) qualquer: HA. Como o cido molecular, em gua, ao liberar ons sofre ionizao. Quanto maior o valor de Ka , maior a fora do cido e [ HA ] menor a fora de sua base conjugada. 3. CONSTANTE DE DISSOCIAO DA BASE ( K, Kb OU Ki) Como as bases so inicas, em gua sofrem dissociao. Como a concentraoda gua constante, sua constante de dissociao anloga do cido. Quanto maior o valor de Kb, maior a fora dabase e vice-versa.Os valores de Ka, Kb, Ki, Kc e qualquerconstante de equilbrio, s dependem datemperatura. 4. LEI DA DILUIO DE OSTWALD (): quanto menor a concentrao em quantidade de matria (molaridade =M), maior o grau de ionizao ( mais gua : maior ). 5. GRAU DE IONIZAO (): 6. EFEITO DO ON COMUM - Conseqncias do deslocamento para a esquerda (efeito do on comum): -Diminui a fora do cido; - Diminui a [ H+ ], aumenta o pH.Aumenta a concentrao do cido no ionizado (HI);-Diminui o grau de ionizao ();-A constante de ionizao do cido (Ka) no se altera, pois qualquer constante de equilbrios depende da temperatura.K = CONSTANTE DE IONIZAO. = GRAU DE IONIZAO.M = CONCENTRAO EM QUANTIDADE DEMATRIA

Efeito Tampo e Equao de Henderson- Hasseelbalch O efeito tampo, como o prprio nome indica, consiste no efeito produzido por um tampo. Um tampo uma mistura de compostos qumicos capaz de manter um determinado valor de pH. Os tampes mais comuns consistem em misturas de um cido orgnico fraco e de um dos seus sais ou de uma mistura de sais do cido fosfrico. A adio de um cido ou de uma base provoca o deslocamento do equilbrio qumico, mantendo-se assim um valor de pH constante. A Equao de Henderson-Hasselbalch utilizada para calcular o pH de uma soluo tampo, a partir do pKa (a constante de dissociao do cido) e de concentraes do equlibro cido-base, do cido ou base conjugada.

onde:

S a espcie bsica, y A o cido ou espcie cida

Na ltima equao o x pode ser a o b indistintamente. Derivao Supondo uma dissociao de parcial de um cido, o equilbrio : e constante de dissociao associada ser:

Despejando

da constante de dissociao:

Tomando logaritmos em ambos os lados e aplicando a propriedade dos lagartimos para um produto se chega a:

E invertendo os quocientes:

Uso na farmacologia Na farmacologia, pode ser usada para melhorar o coeficiente de participao leo/gua de frmacos. Com ela, possvel verificar o grau de ionizao da substncia e determinar seu movimento entre as membranas celulares. Os principais compartimentos biolgicos tem pH definidos, tais como a mucosa intestinal (pH~5), o plasma (ph~7,4) e a mucosa gstrica (ph~1). Assim sendo, possvel obter frmacos de comportamento farmacocintico (absoro, distribuio e excreo), com propriedades melhoradas. Uma droga cida, como o caso do piroxicam, tem sua absoro no trato gastrointestinal sob forma no-ionizada (HA). J no sangue (pH~7,4) fortemente ionizado, sendo que nos locais de inflamao (pH~5) encontra-se na forma noionizada.

Teoria: Meio cido Meio bsico Droga cida [HA] [A-] Droga bsica [A-] [HA] O processo de precipitao envolve um equilbrio heterogneo e no se processa instantaneamente. A condio de equilbrio descrita pelo produto de solubilidade, que ser discutido mais adiante. Antes, porm, necessrio que se compreenda alguns conceitos bsicos, tal como, solubilidade de um determinado composto (soluto) em um solvente especfico. Solubilidade a quantidade mxima de composto (soluto) que se consegue dissolver em um volume de solvente e pode ser descrita em g soluto/L soluo (Ttulo) ou mol soluto/L soluo (concentrao molar). Quando a solubilidade de um determinado soluto baixa ou muito baixa eles so denominados pouco solveis ou insolveis. Quando um composto tem uma solubilidade limitada e tenta-se dissolver uma quantidade deste composto que exceda a sua solubilidade, os ons desse composto

que se ionizam entram em equilbrio com o material slido (o composto). Antes, porm necessrio que se entenda como funciona o equilbrio entre um composto pouco solvel e seus ons em soluo. Dado o exemplo: Em um bcher colocar uma massa qualquer, por exemplo, 1,0 g de cloreto de prata (AgCl) e completar com gua at 1,0 L de soluo. Misturar e tentar dissolver o slido. Deixar em repouso e observar. A equao qumica abaixo representa a reao entre o slido e seus ons em soluo, aps ter sido atingido o equilbrio. AgCl (s) Ag+ (aq) + Cl- (aq) branco Este equilbrio heterogneo (porque apresenta uma fase slida em equilbrio com os ons da fase aquosa) e a constante de equilbrio, denominada de constante do produto de solubilidade ou simplesmente produto de solubilidade (Kps), dada pela equao 1 abaixo: A constante de equilbrio da reao acima dada por: K = [Ag+] x [Cl-] [AgCl(s)] Que, rearranjada, pode ser escrita: K x [AgCl(s)] = [Ag+] x [Cl-] K x [AgCl(s)] = constante = Kps Obtendo-se a equao 1, que define o produto de solubilidade. Kps = [Ag+] x [Cl-] (1) OBS: A constante de equilbrio dependente somente dos ons em soluo, pois o slido insolvel, por ser constante, tem seu valor embutido no Kps. Nos sais pouco solveis (solubilidade menor que 0,01mol/L) o produto da concentrao molar de ons uma constante a uma determinada temperatura, esse produto (Kps) chamado produto de solubilidade. Seja a equao genrica: AB A+ + B Kps(AB) = [A+] . [B-] Kps(AB) = Produto das concentraes de A+ e BDe uma maneira geral: ApBq pAq+ . qBpAPBq = [Aq+]p . [Bp-]q

Ex.: Escrever a equao do produto de solubilidade do Ag2CrO4. Ag2CrO4 2Ag+ + CrO42Kps = [Ag+]2 . [CrO42-] = R (resposta)

4 - REAES DE OXIDORREDUO Reaes de oxirreduo so reaes qumicas onde ocorrem transferncias de Eltrons entre duas espcies qumicas. Numa reao de oxireduo sempre h perda e ganho de eltrons, pois os que so perdidos por um tomo, on ou molcula so imediatamente recebidos por outros. A perda de eltrons chamada de oxidao e o ganho de eltrons chamado de reduo. Na oxidao, o nmero de oxidao (Nox) do elemento aumenta (pois ele perde eltrons). Na reduo, o nmero de oxidao (Nox) se reduz (pois o elemento ganha eltrons). Balanceamento da reao de oxirreduo Balancear uma reao de oxireduo simples,assim como em outros tipos de reaes necessrio fazer uma igualdade. No caso de uma reao por oxireduo, igualar as quantidades de eltrons ganhos do agente oxidante com as dos eltrons perdidos pelo agente redutor. Importncia Hoje em dia as aplicaes para as reaes de oxirreduo so inmeras, mas no s hoje, muito tempo atrs esse tipo de reao j empreagada para muitos objetivos. Um exemplo bastante importante para a poca foram os processos de purificao de metais, como o ferro, o cobre e o zinco para a produo mquinas blicas, como canhes e munio. A reduo dos xidos para a obteno do ferro efetuada em fornos denominados alto forno ou forno alto. Nele so adicionados os minerais de ferro, em presena de coque, e carbonato de clcio (CaCO3), que atua como escorificante. No alto forno ocorrem as seguintes reaes: Formao de gases (xidos de carbono): O carbono que reage com o oxignio produzindo gs carbnico (dixido de carbono): C + O2 CO2 O dixido de carbono reduz-se formando monxido de carbono:

CO2 + C2CO Num processo contrrio, o monxido pode oxidar-se com oxignio reproduzindo o gs carbnico: 2CO + O2 2CO2 O processo de oxidao do coque com oxignio libera energia. Na parte inferior do alto forno a temperatura pode alcanar 1900 C . Reduo dos minerais que so xidos: Inicialmente, os xidos de ferro so reduzidos na parte superior do alto forno, parcial ou totalmente, com o monxido de carbono, j produzindo ferro metlico. Exemplo: reduo da magnetita: Fe3O4 + 3CO 3FeO + CO2 FeO + CO Fe + CO2 Posteriormente, na parte inferior do alto forno, onde a temperatura mais elevada, ocorre a maior parte da reduo dos xidos com o coque (carbono): Fe3O4 + C 3FeO + CO O carbonato de calcio se decompe: CaCO3 CaO + CO2 e o dixido de carbono reduzido com o coque a monxido de carbono, como visto acima. Na parte mais inferior do alto forno ocorre a carburao: 3Fe + 2CO Fe3C + CO2

Redutores e oxidantes

Agente oxidante o responsvel por causar a oxidao de um dos compostos da reao, esse agente oxidante possui o elemento que vai ganhar eltrons, ou seja, sofrer reduo.

Agente redutor a subtncia que age causando a reduo de um dos compostos da reao, o agente redutor ser a fonte dos eltrons perdidos liberados na reao.

Balanceamento da reao de oxirreduo Balancear uma reao de oxireduo simples,assim como em outros tipos de reaes necessrio fazer uma igualdade. No caso de uma reao por oxireduo, igualar as quantidades de eltrons ganhos do agente oxidante com as dos eltrons perdidos pelo agente redutor.

5 - TERMOQUMICA o ramo da qumica que estuda o calor (energia) envolvido, seja absorvido, seja produzido, nas reaes qumicas e quaisquer transformaes fsicas, tais como a fuso e a ebulio, baseando-se em princpios da termodinmica. A termoqumica, genericamente, relacionada com a troca de energia acompanhando transformaes, tais como misturas, transies de fases, reaes qumicas, e incluindo clculos de grandezas tais como a capacidade trmica, o calor de combusto, o calor de formao, a entalpia e a energia livre. Lei de Hess termo da qumica termodinmica lei de Hess, a, proposta pelo qumico suo Germain Henry Hess em 1840 estabelece que a energia no pode ser nem criada nem destruda; somente pode ser trocada de uma forma em outra. A lei de Hess utilizada para prever a transferncia de entalpia de uma reao Hr, quando a reao lenta, incompleta, explosiva ou quando ocorrem outras reaes simultaneamente. A troca de entalpia de uma reao qumica que transforma os reagentes em produtos independente do caminho escolhido para a reao. Isto chamado funo de estado. Em outras palavras, a troca de entalpia que vo desde os reagentes aos intermedirios A e posteriormente aos produtos finais so as a mesma que a troca quando se vai dos mesmo reagentes aos componentes intermedirios B e posteriormente aos mesmos produtos finais, e assim podese considerar que as equaes termoqumicas podem ser somadas como se fossem equaes matemticas (equaes algbricas). O estado padro corresponde substncia pura em seu estado (fsico, alotrpico) mais comum e estvel a 25C e 100 kPa. Pode ser escrita como: A variao de entalpia de uma reao qumica depende apenas dos estados inicial e final, no importando o caminho da reao. A soma de equaes qumicas pode levar a mesma equao resultante. Se a energia se inclui para cada equao e somada, o resultado ser a energia para a equao resultante.

Em outras palavras o H de uma reao igual a soma dos H das etapas em que a reao pode ser desmembrada, mesmo que esse desmembramento seja apenas terico. A lei de Hess diz que as trocas de entalpia so aditivas. Hneta = Hr. Duas regras:

Se a equao qumica invertida, o sinal de H se inverte tambm. Se os coeficientes so multiplicados, multiplicar H pelo mesmo fator, ou em outras palavras, multiplicando-se os coeficientes dos reagentes e produtos da equao termoqumica, o valor da variao da entalpia tambm ser multiplicado por esse nmero.

A lei de Hess permite determinar o DH de reaes que no ocorrem ou que dificilmente ocorrem na prtica, atravs dos DH de outras reaes que ocorrem na prtica. A maioria dos DH de formao so calculados indiretamente pela aplicao da lei de Hess. Clculos com a Lei de Hess 1- Calcule o DH da reao: C3H8 (g)(l)

+

5 O2 (g)

-->

3 CO2 (g)

+

4 H2O

,

dadas as equaes abaixo: C (s) H2 (g) 3 C (s) + + + O2 (g) 1/2 O2 (g) 4 H2 (g) --> CO2 (g) --> --> H2O (l) C3H8 (g) DH = ? 94 kcal DH = ? 68 kcal DH = ? 33,8 kcal

Resoluo:

2- Calcule o calor de formao de u mol de etanol a paritr das reaes intermedirias: 2C a) b) + 3H2 -> 2O2 + 3O2 -> 1/2 + O2 C2H5OH 2CO2 -> H= H= C2H5OH +1366,9 -785,8 H=? kcal kcal

2CO+3H2O 2C +

c) 3H2O -> 3H2 + 3/2 O2 H= 852,7 kcal Resposta: V-se que na equao acima precisa-se de 1 mol de C2H5OH no produto, logo, no se altera a equao a), nem seu H.

V-se que na equao acima precisa-se de 2 mols de C no reagente, logo, no se altera a equao b), nem seu H.

V-se que na equao acima precisa-se de 3 mols de H2 no reagente, logo, invertese a equao c), e muda-se o sinal de seu H.

Aps as modificaes, soma-se as equaes e seus respectivos H modificados: a) b) c) 2 2 3 CO2+ C H2 3 + + H2O 2 3/2 -> O2 O2 3 O2 -> -> + 2 3 C2H5OH CO2 H2O Ha = = = + H = Ha + Hb + Hc +1366,9 -785,8 -852,7 Kcal Kcal Kcal

Hb Hc

______________________________________ 2 C + 3 H2 + 1/2 O2 -> C2H5OH

A equao resultante da soma a prpria equao que quer saber-se o H, nota-se que as substncias em lados opostos da seta das equaes so canceladas. Substituindo H H H = = = os Ha 1366,9 + 271,6 valores Hb 785,8 de + Kcal/mol H: Hc 852,7

O calor de formao de um mol de etanol - 271,6 Kcal. 3- Calcule o calor da reao de C + 2S -> CS2 H=? sendo dadas as reaes intermedirias: a) b) c) CO2 C+ 2SO2 -> + 2SO2 O2 2S ->3 -> + O2 2 + CO2 O2 CS2 H= H= H= +265 -94 +140 kcal kcal kcal

Resposta: V-se que na equao acima precisa-se de 1 mol de CS2 no produto, logo, no se altera a equao a), nem seu H.

V-se que na equao acima precisa-se de 1 mol de C no reagente, logo, no se altera a equao b), nem seu H.

V-se que na equao acima precisa-se de 2 mols de S no reaagente, logo, invertese a equao c), e muda-se o sinal do seu H.

Aps as alteraes, soma-se as equaes qumicas e seus respectivos H: CO2 C+ 2 S + 2 O2 + 2 SO2 -> O2 ->3 O2 CO2 -> 2 + CS2 Hb SO2 Ha = Hc + = Ha + Hb + Hc = = +265 -94 -140 Kcal Kcal Kcal

_________________________________ C + 2 S -> CS2 H

Observa-se que a equao resultante a prpria equao que quer-se calcular o H, v-se que as substncias iguais nos dois lados da seta cancelam-se em quaantidades iguais. O H da reao resultante :

H = Ha + Hb + Hc H = +265 - 94 140 H = +31 Kcal Energia de Ativao Energia de ativao a energia inicial necessria para que uma reao acontea. Para ocorrer uma reao qumica entre duas substncias orgnicas que esto na mesma soluo preciso fornecer uma certa quantidade de energia, geralmente na forma de calor, que favorea o encontro e a coliso entre elas. A energia tambm necessria para romper ligaes qumicas existentes entre os tomos de cada substncia, favorecendo, assim, a ocorrncia de outras ligaes qumicas e a sntese de uma nova substncia a partir de duas iniciais. A variao da entalpia (H) em uma reao consiste na diferena dada pela entalpia final, ou entalpia dos produtos, pela entalpia inicial, que a entalpia dos reagentes (Hf Hi ou HP HR). Em reaes exotrmicas (exo significa para fora), em que h liberao de calor, a energia total do sistema diminuir. Isso significa que a entalpia dos produtos ser menor que a entalpia dos reagentes (HP < HR), portanto, a variao da entalpia ser negativa (H < 0). Esse tipo de reao pode ter sua variao da entalpia demonstrada por meio de um grfico que segue o modelo abaixo:

Um exemplo de reao exotrmica a sntese da amnia, mostrada abaixo e representada no diagrama: N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g) H = -92,2 kJ

Em reaes endotrmicas (endo significa para dentro), em que h absoro de calor, a energia total do sistema aumentar. Isso significa que a entalpia dos produtos ser maior que a entalpia dos reagentes (H P > HR), portanto, a variao da entalpia ser positiva (H > 0). O diagrama que representa esse tipo de reao pode ser visto abaixo:

Um exemplo de reao endotrmica, que pode ter sua variao de entalpia demonstrada por meio de um diagrama, a sntese do iodeto de hidrognio: 1 H2(g) + 1 I2(g) 2 HI(g) H = +25,96 kJ

Catalisador Catalisador toda e qualquer substncia que acelera uma reao, diminuindo a energia de ativao, diminuindo a energia do complexo ativado, sem ser consumido, durante o processo. Um catalisador normalmente promove um caminho (mecanismo) molecular diferente para a reao. Por exemplo, hidrognio e oxignio gasosos so virtualmente inertes temperatura ambiente, mas reagem rapidamente quando expostos platina, que por sua vez, o catalisador da reao. Para que a vida seja possvel, necessrio que as reaes qumicas que a sustentam se dem a uma determinada velocidade. Muitas das reaes bioqumicas no se realizariam a uma velocidade relativamente elevada se no fossem catalisadas. Em sistemas vivos, a catlise de reaes qumicas feita por enzimas. As enzimas so protenas que, atuando como catalisadores na maioria das reaces bioqumicas, baixam a energia de ativao necessria para que se d uma reao qumica. Por serem catalisadores eficientes, so aproveitadas para aplicaes industriais, como na indstria farmacutica ou na alimentar. Como intervm nas reaces qumicas que sustentam a vida, a compreenso do seu funcionamento importante em reas como a investigao de patologias com origem em deficincias enzimticas. Na catlise homognea:

Os reagentes e o catalisador encontram-se na mesma fase, geralmente lquida; Acelera o processo de reao; A reaco evolui atravs de espcies intermdios com menor energia de activao; A reaco tem mais do que um passo; Os metais de transio esto normalmente envolvidos. Ies de metais de transio; Complexos de metais de transio; cidos e bases inorgnicos; Enzimas. O catalisador e os reagentes/produtos encontram-se em fases diferentes; Acontece em lugares activos da superfcie do catalisador;

Exemplos de catalisadores usados na catlise homognea:

Na catalise heterognea:

Os gases so adsorvidos na superfcie do catalisador, formando ligaes fracas com os tomos metlicos do catalisador.

Exemplos de catalisadores que entram na catlise heterognea:

Os metais de transio; xidos de metais de transio; Zelitos; Slica/alumina.

Entropia e energia livre de Gibbs Em Termodinmica, a energia livre de Gibbs uma grandeza que busca medir a totalidade de energia atrelada a um sistema termodinmico disponvel para execuo de trabalho til - trabalho atrelado ao movimento em mquinas trmicas, a exemplo. particularmente til na compreenso e descrio de processos simultaneamente isotrmicos e isobricos: em transformaes temperatura e presso constantes a variao da energia livre de Gibbs encontra-se diretamente associadas ao trabalho til realizado pelo sistema - em princpio facilmente mensurvel via determinao das variaes das energias cinticas associadas. Tem este nome devido a Josiah Willard Gibbs, que realizou grandes estudos nessa rea. Assim como ocorre para os demais potenciais termodinmicos, no so os valores absolutos da energia livre de Gibbs em si mas as variaes na referida energia que retm importncias as mais significativas tanto em questes prticas como tericas. A variao da energia livre de Gibbs, determinvel via diferena entre as energias associadas respectivamente ao estado final e inicial do sistema dado ser a energia em questo uma funo de estado - em notrio contraste com o

que verifica-se experimentalmente para os valores absolutos da referida energia - facilmente mensurvel em experimentos prticos mediante adequadas determinao acerca do trabalho til realizado pelo sistema nos processos em questo. Raras e praticamente difceis so as situaes que exigem consideraes explcitas acerca dos valores absolutos de tais energias. A totalidade de energia associada a um sistema mensurada no pela energia interna do sistema - parcela que avalia apenas a totalidade das energias diretamente atreladas aos componentes integrantes do sistema - mas sim pela entalpia do sistema, grandeza que considera no apenas as energias associadas aos

componentes do sistema como tambm as energias indiretamente atreladas ao sistema em virtude das relaes que este estabelece com sua vizinhana - parcela ltima reconhecvel como a energia passvel de ser recebida da vizinhana mediante a execuo de trabalho dadas as variaes de volume do sistema frente presso imposta pela vizinhana. Dada a segunda lei da termodinmica, da energia total atrelada ao sistema, uma parcela desta, especificamente uma parcela da energia interna do sistema - por encontrar-se associada entropia do sistema - nunca passvel de ser transformada em trabalho; tal parcela segundo a termodinmica determinvel pelo produto entre a temperatura T e a entropia S do sistema. Decorre que a totalidade de energia atrelada a um sistema efetivamente disponvel para a realizao de trabalho til - definida como a energia livre de Gibbs - calculvel pela diferena entre a energia total associada ao sistema - sua entalpia - e a parcela de energia indisponvel realizao de trabalho dada sua associao com a entropia do sistema. A energia livre de Gibbs G matematicamente pois definida como: A tabela abaixo apresenta um resumo dos passos a serem seguidos a fim de se executar corretamente a transformada a fim de obter-se a energia de Gibbs a partir da expresso para a energia interna - ou vice-versa. Transformadas de Legendre na Termodinmica - Energia Livre de Gibbs, partindo-se de :

Determinar

,

e

Eliminao de U, V e S fornece: Energia Livre de Gibbs G

Transformadas de Legendre em Termodinmica - Energia Livre de Gibbs - Para

chegar-se a

:

; Determinar ; ;

Eliminao de T, P e G fornece: Energia Interna U

A energia livre de Gibbs pode ser obtida tambm atravs da Transformada de Legendre diretamente aplicada sobre a Entalpia , neste caso devendo-se

fazer apenas a substitiuio da varivel extensiva S pela correspondente intensiva T uma vez que, para obter-se a entalpia, a grandeza V j foi substituda pela correspondente intensiva P. Exemplo A equao fundamental para a energia livre de Gibbs para um gs ideal monoatmico , sendo uma constante com unidade(s) definida(s) de forma a tornar correta a anlise dimensional [Nota 1]:

Esta equao pode ser obtida a partir da definio de Energia Livre de Gibbs acima quando aplicada equao fundamental (vide tabela) para a energia interna , que a ttulo ilustrativo :

Suprimidas as constantes de ajuste de dimenses, a mesma equao pode ser reescrita como:

o que est em acordo com o publicado em outros artigos da prpria wikipedia. Dicas quanto aos clculos pertinentes transformao - no explicitados aqui encontram-se disponveis no artigo Transformada de Legendre conforme disponibilizado na presente enciclopdia eletrnica. Potenciais qumicos Partindo-se da equao que define a energia livre de Gibbs possvel demonstrar que a energia de Gibbs de um sistema tambm dada por: onde o chamado potencial qumico atrelado a cada componente j do sistema em

questo. Para sistemas com um nico componente tem-se que:

Para sistemas com vrios componentes tem-se, de forma reescrita, que:

onde

representa a frao molar do j-simo componente, ou seja, a razo entre a associada ao componente j e a quantidade de matria

quantidade de matria total N do sistema.

Por consequncia o potencial qumico por vezes definido como a energia livre de Gibbs molar molar para sistemas de um s componente ou a "energia livre de Gibbs molar parcial" em sistemas com mltiplos componentes. Sinnimos A energia livre de Gibbs pode ser chamada de energia de Gibbs, funo de energia livre de Gibbs, energia livre, entalpia livre, potencial termodinmico a presso constante entre outros.

Estabilidade de medicamentos e molculas biolgicas 1- Fsica: as propriedades fsicas originais, incluindo aparncia, sabor, uniformidade, dissoluo e sustentabilidade, devero permanecer praticamente inalteradas. 2- Qumica: cada ingrediente ativo dever reter sua integridade e sua potncia declarada no rtulo, dentro dos limites especificados.

3- Microbiolgica: a esterilidade ou resistncia ao crescimento de microorganismos dever permanecer dentro dos limites estabelecidos. Agentes antimicrobianos presentes devem manter a sua eficcia dentro dos limites estabelecidos. 4- Teraputica: a atividade teraputica dever permanecer inalterada 5- Toxicolgica: no dever ocorrer aumento significativo de toxidade.

Cristais e Poliformismos de Cristais A capacidade de uma substncia em cristalizar em mais de uma forma cristalina conhecidacomo polimorfismo. Sulfatiazol tem sido preparado em trs formas cristalinas, progesterona emcinco formas e nicotinamida em quatro. possvel que todos os compostos possam se cristalizar emformas diferentes de cristal ou polimorfos. Cor, dureza, ponto de fuso, solubilidade e outras propriedades de um composto dependem da forma polimrfica. O efeito dessas propriedades nas caractersticas fsicas de formas farmacuticas slidas tem sido conhecido por muitos anos; entretanto, somente recentemente o efeito do polimorfismo na resposta fisiolgica foi apreciado. A eficcia de um frmaco depende da suasolubilidade no plasma ou nos fluidos gastrintestinais, e a solubilidade e a taxa de dissoluo podemvariar de uma forma cristalina para outra para dado frmaco. A primeira distino principal se o slido cristalino ou amorfo. Cristais so caracterizados por espaos repetitivos de molculas ou tomos constituintes num arranjotridimensional, enquanto que formas amorfas possuem tomos ou molculas dispostasaleatoriamente como num lquido. Formas amorfas so tipicamente preparadas por precipitaorpida, liofilizao ou resfriamento rpido de lquidos fundidos. Ento, formas amorfas possuemusualmente maior energia termodinmica e solubilidade que as formas cristalinas correspondentes, assim como taxas de dissoluo geralmente maiores. Sob armazenamento, slidos amorfos tendema se converter a formas mais estveis. Esta instabilidade termodinmica, que pode ocorrer durante oprocessamento do produto, a maior desvantagem para o desenvolvimento de formas amorfas. Classificao da estrutura interna de um composto. Hidratos e compostos anidrosUm composto cristalino pode conter uma quantidade estequiomtrica ou noestequiomtricade um solvente de cristalizao. Adutos no-estequiomtricos, como

as incluses ou clatratos,envolvem molculas de solvente que ficam alojadas no interior do retculo cristalino. Usualmente,este aduto indesejvel, devido sua carncia de reprodutibilidade e deve ser evitado nodesenvolvimento de compostos. Disperses e Colides qualquer disseminao de uma substncia ao longo de todo o volume de outra substncia. Uma disperso formada pela combinao de um dispergente com um disperso (soluto ou disseminado).

Classificao das disperses As disperses so classificadas em: grosseiras, colides e solues. A diferena entre essas disperses est relacionada com as caractersticas das partculas dispersas. Angstrom () 1 = 10-8cm = 10-10m Nanmetro (nm) 1nm = 10-9 m = 10 Disperso grosseira As partculas dispersas da disperso grosseira possuem em mdia dimetro superior a 1000 (100nm), sendo assim sua visualizao pode ser feita atravs de um microscpio ou at mesmo a olho nu. As disperses grosseiras so subdivididas em suspenses (slido e lquido) e emulses (lquido e lquido).

Exemplo: Suspenso: areia dispersa na gua. Emulso: leo disperso na gua. Colide As partculas dispersas dos colides apresentam em mdia dimetro inferior a

1000 (100mn), sendo assim, somente atravs de um ultramicroscpio que podemos fazer a sua visualizao. Exemplos: Espuma, que formada por bolhas de gs dispersas num lquido Nuveme e neblina, referem-se a gotculas de gua dispersas em um gs, que no caso o ar atmofrico.

Soluo As solues possuem as menores partculas dispersas, ons e/ou molculas, possuindo dimetro inferior a 10 (1nm), no podendo, portanto, serem visualizadas por nenhum tipo de instrumento de pesquisa. Mais adiante iremos nos aprofundar mais no estudo das solues, que o grupo mais importante. Exemplos: Acar dissolvido em gua. Toda mistura de gases. NaC dissolvido em gua. Veja mo quadro abaixo, resumidamente, as diferenas entre as trs classificaes das disperses.

Colides So sistemas nos quais um ou mais componentes apresentam pelo menos uma de suas dimenses dentro do intervalo de 1nm a 1m. Classificao dos Coloides

Aerossol: consiste em um slido ou um lquido dissolvido em um gs. Espuma: consiste em um gs disperso em slido ou lquido.

Emulso: so coloides formados por lquido disperso em outro lquido ou slido. ex: maionese, queijo e manteiga.

Sol: so coloides formados pela disperso de um slido em um lquido. Gel: slido aparentemente, de material gelatinoso formado de uma disperso coloidal, em que o disperso apresenta-se no estado lquido e o dispersante no estado slido.

Solues Soluo: Nome dado a disperses cujo tamanho das molculas dispersas menor que 1 nanometro (10 Angstrons). A soluo ainda pode ser caracterizada por formar um sistema homogneo (a olho nu e ao microscpio), por ser impossvel separar o disperso do dispersante por processos fsicos. Soluto: Chama-se soluto ou disperso substncia que pode ser dissolvida. Encontra-se geralmente num estado fsico diferente do solvente[1], o mais habitual que se trate de um slido contido numa soluo lquida (sem que se forme uma segunda fase). Por exemplo, o cloreto de sdio (sal de cozinha) pode ser dissolvido na gua, ou seja, um soluto. Solvente: Se denomina solvente, dissolvente ou dispersante aquela substncia que permite a disperso de outra substncia em seu meio. Normalmente o dissolvente estabelece o estado fsico da dissoluo. Por isso, se diz que o dissolvente o componente de uma dissoluo que est no mesmo estado fsico que a dissoluo. Numa dissoluo de gua e sal de cozinha, a gua o solvente porque dispersa no seu meio o sal. Solubilidade e saturao em solues: possvel estabelecer uma relao entre as quantidades de soluto dissolvido em determinada quantidade de solvente, em uma dada temperatura. Por exemplo, imagine que 10 g de sal foram misturados em 100 mL de gua a 20C. Veremos que o sal se dissolve completamente e podemos at mesmo colocar mais sal que ele ir continuar se dissolvendo. Se colocarmos 25 g de sal na mesma quantidade de gua, mesma temperatura, o sal tambm se dissolver todo. No entanto, se colocarmos 50 g de sal em 100 mL de

gua a 20C, 14 g de sal no iro solubilizar, permanecendo no fundo do bquer. Essa parte no dissolvida denominada precipitado, corpo de cho ou corpo de fundo. Por meio do ltimo exemplo vemos que existe uma quantidade limite ou quantidade mxima de soluto que ir se dissolver em determinada quantidade de solvente, que chamamos de coeficiente de solubilidade. No caso do sal, o coeficiente de solubilidade 36 g em 100 mL ou 100 g de gua a 20 C; por isso que de 50 g, 14 g no solubilizaram. O coeficiente de solubilidade varia de acordo com o soluto, a quantidade de solvente e a temperatura em que se encontra a soluo. Quanto natureza do soluto, substncias diferentes se dissolvem em quantidades diferentes, numa mesma quantidade de solvente, mesma temperatura. Se dissolvermos 100 g de acar, que bem mais do que a quantidade de sal dissolvido, em 100 mL de gua, a 20 C, todo o acar se dissolver, o que significa que seu coeficiente de solubilidade bem maior que o do sal. Quando colocamos uma quantidade de soluto abaixo de seu coeficiente de solubilidade, temos uma soluo insaturada ou no saturada. J se colocarmos exatamente o coeficiente de solubilidade (36 g), teremos uma soluo saturada, isto , soluo que contm a mxima quantidade de soluto numa dada quantidade de solvente, a uma determinada temperatura. No exemplo que demos em que se colocou 50 g de sal e 14 g no se dissolveram, temos uma soluo saturada com corpo de fundo. Para se obter somente a soluo saturada s realizar uma filtrao.

Agora, se ns aquecermos essa soluo saturada com corpo de fundo, o precipitado ir se dissolver totalmente, pois, a uma temperatura mais elevada, o seu coeficiente de solubilidade aumenta. Se deixarmos essa soluo em repouso, at ela voltar para

a temperatura de 20C, obteremos uma soluo supersaturada, que muito instvel, pois contm mais soluto dissolvido do que o coeficiente de solubilidade naquela temperatura. Assim, se adicionarmos a ela um pequeno cristal do soluto, ocorrer a precipitao dos 14 g de sal, que a quantidade dissolvida acima da quantidade possvel para a saturao (36 g). Por exemplo, ao adicionarmos um pequeno cristal a uma soluo supersaturada de acetato de sdio, a cristalizao se inicia, fazendo com que todo o excesso se cristalize. Coeficiente de solubilidade e classificao das disperses O coeficiente de solubilidade a quantidade de soluto suficiente para saturar, ou seja, dissolver totalmente, o solvente, numa determinada temperatura. Em relao soluo, deve-se ter em mente que quanto maior a quantidade de soluto, mais concentrada ser a soluo. Alm disso, cada substncia saturada numa determinada quantidade de solvente. As solues saturadas tambm podem ser com precipitado, quando sua quantidade de soluto maior em relao a seu coeficiente de solubilidade, e supersaturadas, quando a quantidade de soluto maior em relao ao coeficiente de solubilidade, porm, algum fator externo, como o aquecimento, pode dissolver o excesso. Uma determinada substncia pode ter diferentes solubilidades em temperaturas diferentes.

O coeficiente de solubilidade til quando se analisa que haver excesso de soluto quando suas molculas no conseguirem mais realizar ligaes, j que no haver

molculas de solvente suficientes para a interao com as molculas de soluto. H, tambm, uma diferena de solubilidade do mesmo soluto em diferentes solventes. A frmula para o clculo do coeficiente de solubilidade : m1/Cs = m2/100 Exemplo: A 50 C possvel dissolver no mximo 80g de Ba(NO3)2 em 100g de gua. Logo, este o coeficiente de solubilidade desse sal, nessa temperatura. Cs=80g/100g de H2O. A maior parte das substncias tem sua solubilidade aumentada com o aumento de temperatura. Os gases, porm, tem sua solubilidade diminuda.

Na figura acima, tem-se que a substncia mais solvel a 20 C o AgNO3. a solubilidade do NaNO3 a 40C 100g/100g de H2O. Alm disso, a soluo do exerccio abaixo demonstra o clculo do coeficiente de solubilidade: A solubilidade de um sal varia linearmente com a temperatura. A 30 C, 30g desse sal formam com gua, 180g de uma soluo saturada. Tal soluo, quando aquecida a 70C, exige o acrscimo de mais 45g do sal para manter a saturao. Calcule o Cs do sal:

a) a 30 C b) a 70 C c) a 50 C

Admita 100g como quantidade padro de gua. Resoluo: a) 30C Se h 30g de sal e 180g de soluo, tem-se 150g de gua.

150g de gua- 30g de sal 100g de agua - x 150x = 3000 x = 20g de sal Cs do sal a 30C = 20g/100mL b) 70C 30g + 45g = 75g de sal e 150g de gua 150g de agua 75g de sal 100g de agua x 150x = 7500 x = 50g de sal Cs do sal a 70C = 50g/100mL c) 30C - 20g 50C x 30x = 1000 x = 33,3g/100mL Respostas: a) Cs a 30C = 20g/100mL b) Cs a 70C = 50g/100mL c) Cs a 50C = 33,3g/100mL Assim, tem-se acima o clculo do coeficiente de solubilidade de um sal em trs temperaturas diferentes. Nota-se que o resultado final tambm se altera. Classificao das solues As solues so classificadas em: saturadas, insaturadas, supersaturadas. Saturadas Contm a quantidade de soluto dissolvido em uma determinada quantidade de solvente, considerando-se constante a temperatura e a presso (exatamente igual ao coeficiente de solubilidade). Insaturadas Solues nas quais a quantidade de soluto dissolvida menor que a quantidade mxima que o solvente consegue dissolver, considerando-se constante a temperatura e a presso (menor que o coeficiente de solubilidade).

Supersaturadas So solues nas quais a quantidade de soluto dissolvida supera o coeficiente de solubilidade (na mesma temperatura). Tais solues so altamente instveis e qualquer perturbao ou adio de um germe de cristalizao provoca a precipitao da quantidade de soluto que est em excesso (em relao soluo saturada), tornando-se uma soluo saturada com corpo de fundo. Concentrao de Solues Por conveno usaremos o ndice 1 para indicar o soluto, o ndice 2 para indicar o solvente e a ausncia de ndice para indicar a soluo. Concentrao comum (C): indica a massa de soluto presente em cada litro de soluo.

Ttulo: a relao entre a massa do soluto e a massa da soluo.

Molaridade: a quantidade de mols de soluto presente em cada litro de soluo.

Frao molar: a relao entre o nmero de mols do soluto (ou de solvente) e o nmero de mols da soluo.

Molalidade: a relao entre a nmero de mols do soluto, e a massa do solvente (em Kg).

Reao molar do solvente (x2) indica a relao entre o nmero de mols do solvente e o nmero de mols da soluo.

Observao: x1 + x2 = 1 n1 nmero de mols de soluto calculado pela

frmula:

n2 = nmero de mols do

solvente calculado pela frmula. Molaridade ou Concentrao molar mols do soluto e o Indica a relao entre o nmero de volume da soluo, em

litros. Unidade: mol/l ou molar. Observao Relao entre a molaridade e a

concentrao comum: Concentrao das Solues Voc j deve ter observado, que determinado volume de gua pode dissolver quantidades maiores ou menores de aucar. Quando o aucar comea a se depositar no fundo do recipiente porque saturamos a soluo, na temperatura em

que a realizamos.

importante saber que, nas prticas de qumica, as reaes

geralmente ocorrem quando os reagentes esto em soluo, e consequentemente, devemos conhecer a proporo existente entre as quantidades de soluto e solvente ou ainda de soluto e de soluo. A este procedimento chamamos de concentrao das solues. Existem diversas maneiras de determinar a concentrao de uma soluo. 1. Relao de Massa com Massa Ttulo a relao entre a massa do soluto e a massa da soluo. ttulo ( um nmero puro, isto , no tem unidade). soluto m2 = massa do solvente Sendo: T = m1 = massa do

m = massa da soluo ( m1 + m2 ).

Aplicao: 10 gramas de um soluto A so dissolvidos em 90 gramas de um solvente B. Qual o ttulo da soluo? m1 = 10 gramas (soluto A) Porcentagem em peso % em peso a massa do soluto em 100 g da soluo. percentagem em peso da soluo anterior ? A percentagem em peso (% em peso) = ttulo x 100 = 0,1 x 100 = 10% Frao Molar( um nmero puro, isto , no tem unidade). A frao molar de uma soluo pode ser expressa de duas maneiras: - Frao molar do soluto. - Frao molar do solvente. A frao molar do soluto (F1) a relao entre o nmero de moles do soluto (n1) e o nmero de moles da soluo (n1+ n2). Afrao molar do solvente(F2) a relao entre o nmero de moles do solvente (n2) e o nmero de moles da soluo (n1+ n2). Sendo: F1 = frao molar do soluto e F2 = frao molar do solvente n1 = nmero de moles do soluto. n2 = nmero de moles do solvente. igual a um. F1 + F2 = 1 O nmero de moles obtido atravs da aplicao da relao massa por mol. Aplicao: Uma soluo contm 4 moles do soluto dissolvidos em 16 moles do solvente. n1 = 4 e Determinar: a) a frao molar do soluto. n2 = 16 b) a frao molar do solvente. n = nmero de moles da soluo ( n1 + n2 ). Aplicao: Qual a m2 = 90 gramas (solvente B) T = m1 / m1 + m2 = 10 g / 100g = 0,1

A soma da frao molar do soluto (n1) e da frao molar do solvente (n2) sempre

Molalidade ou concentrao molal a relao entre o nmero de moles do soluto (n1) e a massa do solvente (m2), em quilogramas (kg) - no pode ser expressa em outra unidade. Sendo: W = molalidade ou concentrao molal soluto m2= massa do soluto em quilogramas Dado: Mol1 = 87 g o m2 = n1= nmero de moles do

Aplicao: Uma soluo preparada, dissolvendo-se 4,35 gramas de NaNO 3 em 2000 gramas de gua. A molalidade da soluo : mol do soluto. n1 = massa do soluto / mol do soluto = 4,35 g / 87 g = 0,05 2000 g = 2 kg W = 0,05 / 2 = 0,025 molal 2. Relao de Massa, Mols e Equivalente-grama com Volume Concentrao Comum Concentrao comum a relao entre a massa do soluto, em gramas e o volume da soluo, em litros. Sendo: C = concentrao comum V = volume da soluo, em litros. Aplicao: Qual a concentrao de uma soluo que contm 20 gramas do soluto dissolvido em 0,5 litro de soluo? m1 = 20 g C litro e o volume da soluo, em litros. Sendo: molar litros. Relacionando a Molaridade com a Concentrao Comum: Aplicao: Foram dissolvidos 4,9 g de H2SO4 em gua suficiente para 0,5 litros de soluo. Qual a concentrao molar (molaridade) e a concentrao comum da soluo ? Dado: mol1 de H2SO4 = 98 g Clculo da concentrao molar ou molaridade: n1 = m1 / mol1 = 4,9 g / 98 g = 0,05 M = n1 / V (litros) = 0,05 / 0,5 litros = 0,1 molar Clculo da concentrao comum: C = M . mol1 = 0,1 , 98 g = 9,8g / litro ou C = m1 / V = 4,9g/0,5 litros = 9,8g/litro n1 = nmero de moles do soluto. = V = 0,5 litro 20g / 0,5 litro = 40 g / Molaridade M = molaridade ou concentrao V = volume da soluo, em m1 = massa do soluto, em gramas.

Molaridade ou concentrao molar a relao entre o nmero de moles do soluto

Normalidade Inicialmente faremos um estudo sobre o equivalente-grama.

EQUIVALENTE-GRAMA (E) Equivalente-grama (E) de um elemento qumico a relao entre tomo-grama (A) e sua valncia (v), no composto considerado. Exemplos: Para o sdio - Na E = A / v = 23g / 1 = 23g Para o brio - Ba Para o alumnio - Al Para o oxignio - O E = A / v = 137g / 2 = 68,5g E = A / v = 27g / 3 = 9g E = A / v = 16 g / 2 = 8g

Equivalente-grama (E) de um cido a relao entre a molcula-grama ou mol (mol1) do cido e o nmero de hidrognios cidos ou ionizveis (x). Exemplos: Para o cido ntrico - HNO3 cido) Para o cido sulfrico - H2SO4 ( 2 hidrognios cidos) Para o cido fosfrico - H3PO4 ( 3 hidrognios cidos) Para o cido fosforoso - H3PO3 ( 2 hidrognios cidos) Para o cido hipofosforoso - H3PO2 ( 1 hidrognio cido) Equivalente-grama (E) de uma base a relao entre a molcula-grama ou mol (mol1) da base e o nmero de hidroxilas (x). Exemplos: Para o hidrxido de sdio NaOH E = mol1 / x = 40g / 1 = 40g Para o hidrxido de clcio - Ca(OH)2 Para o hidrxido de alumnio - Al(OH)3 E = mol1 / x = 74g / 2 = 37g E = mol1 / x = 78g / 3 = 26g E = mol1 / x = 66g / 1 = 66g E = mol1 / x = 82g / 2 = 41g E = mol1 / x = 98g / 3 = 32,67g E = mol1 / x = 98g / 2 = 49g E = mol1 / x = 63g / 1 = 63g ( 1 hidrognio

Equivalente-grama (E) de um sal a realo entre a molcula-grama ou mol (mol1) do sal e valncia total do ction ou nion (x). Exemplos: Para o cloreto de sdio NaCl = 72g / 2 = 36g E = mol1 / x = 58,5g / 1 = 58,5g Para o sulfeto de clcio - CaS E = mol1 / x

Para o fluoreto de brio - BaF2 175g / 2 = 87,5g Para o sulfato de alumnio - Al2(SO4)3 = 57g Para o sulfato de cobre II pentahidratado - CuSO4 . 5 H2O = 249,5g / 2 = 124,75g

E = mol1 / x = E = c 342g / 6 E = mol1 / x

Equivalente-grama (E) de um oxidante ou redutor a relao entre a molculagrama ou mol (mol1) da substncia e o nmero total de eltrons cedidos ou recebidos (x) pela molcula. Exemplos: reao, : 2MnO4- + 6H++ 2Mn++ + 3H2O + 5[O] Quando o KMnO4 atua como oxidante em meio cido o Mn de nox +7 ao receber 5 eltrons passa para Mn de nox +2. Como a molcula do KMnO4 contm apenas 1 tomo de Mn, seu equivalente-grama ser a molcula-grama dividida por 5. E = mol1 / x = 158g /5 = 31,5g Qual o equivalente-grama do permanganato de potssio (KMnO4) quando atua como oxidante em meio alcalino ? 2MnO4- + 2(OH) A equao inica da reao, : 2MnO3- - + H2O + 3[O] Qual o equivalente-grama do permanganato de potssio (KMnO4) A equao inica da quando atua como oxidante em meio cido ?

Quando o KMnO4 atua como oxidante em meio bsico o Mn de nox +7 ao receber 3 eltrons passa para Mn de nox +4 (MnO 3- -). Como a molcula do KMnO4 contm apenas 1 tomo de Mn, seu equivalente-grama ser a molcula-grama dividida por 3 E = mol1 / x = 158g /3 = 52,67g Vamos agora para a NORMALIDADE ou CONCENTRAO NORMAL Normalidade ou concentrao normal a relao entre o nmero de equivalentesgramas do soluto e o volume da soluo, em litros. Sendo: N = normalidade ou concentrao normal. grama do soluto. soluo, em litros. Exemplos: Qual a normalidade (concentrao normal) de uma soluo que contm 21,56 g de H2SO4 dissolvido em 200 cm3 soluo? Dados: H = 1; S = 32; O = 16 E = equivalente-grama. ne = n de equivalentesV = volume da

m1 = massa do soluto, em gramas.

mol1 = 98 g = 0,2 l N = m1 / E . V

=> =>

E = 98 g / 2 = 49 g

=>

m1 = 21,56 g =>

=>

V = 200 cm3

N = 21,56 g / 49 g . 0,2 l

N = 2,2 normal (2,2 N)

RELAES ENTRE AS CONCENTRAES - Relao entre a normalidade e a concentrao comum: concentrao em g/litro e em g/ ml - Relao entre a normalidade e a molaridade: N = M . x - Relao entre a normalidade, densidade e ttulo: densidade em g/litro e em g/ ml - Relao entre a molaridade, densidade e ttulo: densidade em g/litro e em g/ ml 1. CONCENTRAO DE SOLUES 1. EXERCCIOS DE FIXAO 1. A concentrao comum de uma soluo de 20 g/L. Determine o volume dessa soluo, sabendo que ela contm 75 g de soluto. 2. So dissolvidos 30 g de um sal em 200 mL de gua, originando uma soluo de volume total 210 mL. Determine a concentrao comum dessa soluo. 3. O ser humano adulto possui, em mdia, 5 litros de sangue com cloreto de sdio dissolvido na concentrao de 5,8 g/L. Qual a massa total de cloreto de sdio ( NaCl ) no sangue de uma pessoa adulta? 4. Uma soluo foi preparada adicionando se 40 g de NaOH em gua suficiente para produzir 400 mL de soluo. Calcule a concentrao da soluo em g/L. 5. Qual a massa de acar ingerida por uma pessoa ao beber um copo de 250 mL de limonada na qual o acar est presente na concentrao de 80 g/L? 6. Uma soluo foi preparada pela dissoluo de 40 g de acar em 960 g de gua. Determine a porcentagem em massa dessa soluo. 7. Uma bisnaga contendo um anestsico a base de xilocana a 2%, de massa total 250 g, apresenta quantos gramas de xilocana?

8. O vinagre uma soluo aquosa que contm, em mdia, 5% em massa de cido actico. Determine a massa desse cido em cada litro de vinagre. 9. Em uma amostra de 1Kg de gua de um rio foram encontradas 183 ppm em clcio. Calcule: a) massa de clcio encontrada b) % Ca (m/m) na gua. 1. Uma soluo de cido sulfrico contm 0,98 mg de H2SO4 em 250 mL de soluo. Qual a concentrao em ppm? 2. A inalao de vapores de algumas dioxinas, na concentrao de 0,3ppm, pode matar uma pessoa em 15 segundos. Considerando 1kg de vapor liberado, qual a massa de dioxina que seria inalada? 3. Considere uma xcara com 200 mL de leite, ao qual se acrescentaram 2 colheres contendo 6,84 g de acar comum. Qual ser a concentrao, expressa em mols/ L, da soluo formada? ( Dado: massa molar do acar comum, sacarose, C12H22O11 = 342 g/mol.) Diluindo-se 100 mL de soluo de KCl de concentrao 15 g/L a 150 mL, qual ser a nova concentrao? CiVi = CfVf 15 . 100 = Cf . 150 Cf = 10 g/L 1-Qual o volume de H2O que se deve adicionar a 250 mL de soluo 2 M de NaOH, a fim de obter-se uma soluo 0,5 M? 2- Em que proporo deve-se diluir uma soluo 10 M para obter uma soluo 0,2 Molar (UCS) A concentrao, em grama por litro de uma soluo aquosa que tem densidade igual a 1,5g/ml e contm 30% em massa de soluto : R:450 g/L.Pra resolver essa vc tem que perceber que 1 L dessa soluo = 1500 gramas. Sendo assim, basta multiplicar os 1500 gramas por 30% (0,3). Resultado: 1500X0,3 = 450. Presso de Vapor de lquidos e slidos- Osmose Presso de vapor: Presso de vapor a presso exercida por um vapor quando este est em equilbrio dinmico com o lquido que lhe deu origem, ou seja, a quantidade de lquido (soluo) que evapora a mesma que se condensa. A presso de vapor uma medida da tendncia de evaporao de um lquido. Quanto

maior for a sua presso de vapor, mais voltil ser o lquido, e menor ser sua temperatura de ebulio relativamente a outros lquidos com menor presso de vapor mesma temperatura de referncia. Equilbrio de fases: O equilbrio de fases acontece quando as fases presentes em algum sistema apresentam potenciais qumicos iguais, j que a variao da energia livre de Gibbs igual a zero. Alm disso, pode-se dizer tambm que todas as fases apresentam a mesma fugacidade. Em um sistema em que duas ou mais fases coexistem, sem que espontaneamente ocorra transferncia de massa entre as fases, diz-se que o sistema se encontra em equilbrio. As regies de grficos presso versus temperatura em que fases encontram-se em equilbrio so mostradas em um diagrama de fase. As curvas em tais grficos em que separam-se as regies so determinadas curvas de equilbrio, e nestas curvas esto as temperaturas e presses nas quais tais fases coexistem. Diagramas de fase mostram os estados preferido fsica da matria em diferentes temperaturas e presso. Dentro de cada fase, o material uniforme com relao sua composio qumica e estado fsico. A temperaturas e presses tpicas da Terra (marcado por um ' E ' abaixo ) a gua um lquido, mas torna-se slido (ou seja, gelo) se a temperatura reduzida abaixo de 273 K e gasosos (isto , o vapor de gua) umase a sua temperatura elevada acima de 373 K, com a mesma presso. Cada linha (fase) em um diagrama de fase representa uma fronteira de fase e d as condies, quando duas fases podem coexistir de forma estvel (em qualquer proporo relativa). Aqui, uma pequena mudana na temperatura ou presso pode causar as fases de forma abrupta mudana de um estado fsico para o outro. Onde trs linhas fase de juntar-se, h um "ponto triplo", quando trs fases de forma estvel, mas pode coexistir de forma abrupta e mudar totalmente um no outro dado uma ligeira mudana na temperatura ou presso. Nas condies singular de temperatura e presso, onde a gua lquida, a gua gasosa e gelo hexagonal estvel coexistem, h um "ponto triplo", onde tanto do ponto de ebulio da gua e ponto de fuso do gelo so iguais. Quatro linhas de fase no pode reunir-se em um nico ponto. A 'ponto crtico' ocorre no final de uma linha de fase em que as propriedades das duas fases tornam-se indistinguveis uns dos outros, por exemplo, quando, em condies singulares de temperatura e presso, a gua quente o suficiente liqiuid e gua gasosa est sob presso suficiente que suas densidades so idnticos. Pontos crticos so encontrados geralmente no final de alta temperatura da linha de fase lquido-gs.

O diagrama de fase da gua O diagrama de fase da gua complexa, bter um nmero de pontos triplos e uma ou possivelmente duas, pontos crticos.Muitas das formas cristalinas metaestvel pode permanecer em grande parte do espao de fase de baixa temperatura em baixas presses. Um modelo termodinmico de gua e gelo I h, III , V e VI [ 1320 ] funes e termodinmica das transies de fase [ 1658 ] tm sido descritas. Os gelos conhecido pode ser dividido, por anlise de cluster das suas estruturas [1717 ], para os gelos de baixa presso ( de gelo hexagonal , cbico de gelo e gelo-eleven ). os gelos de alta presso ( gelo e sete , e oito de gelo e gelo-dez ) e os outros (que se encontra na faixa relativamente estreita de presses moderadas entre cerca de 2002000 MPa).

As condies de temperatura mdia em E arth,M ars e V enus so indicados. A parte central do complexo do diagrama de fases expandida oposto. O ponto crtico ea linha laranja no gelo e um espao de fase referem-se baixa densidade ( LDA ) e de alta densidade ( HDA ) formas de gua amorfo (gelo) [ 16 ].Embora geralmente aceite e apoiada por evidncia experimental diversas [ 754 um, 861], A existncia desta segunda, se metaestvel, ponto crtico absolutamente impossvel provar, no momento presente e ponto crtico no espao lquido-vapor (no canto superior direito, acima ), a gua supercrtico existentes como pequenos, mas como o hidrognio lquido-ligado aglomerados dispersos dentro de uma fase gasosa-like [ 456, 894], Onde as propriedades fsicas, tais como o comportamento de gs ou lquido-like-like, variam em resposta a densidade de mudana ea distino normal entre gs e lquido desapareceu. O isochor crtica (densidade de 322 kg m-3

)

mostrado como a extenso da linha tracejada fina, o que pode ser pensado como mais dividindo-lquido-like e mais de gs-como propriedades [ 540]. dAs propriedades da gua supercrtica cso muito diferentes de gua do ambiente. Por exemplo, a gua supercrtica um solvente pobre para eletrlitos, que tendem a formar pares de ons. No entanto, como um excelente solvente para no-polar molculas, devido a sua baixa constante dieltrica ligao de hidrognio e pobres, que muitos so completamente miscveis. Viscosidade e dieltrica ambos diminuem substancialmente enquanto auto-ionizao aumenta substancialmente.As

propriedades fsicas da gua prximo ao ponto crtico (perto de crtica) so particularmente fortemente afetados [ 677], Flutuaes de densidade extrema em torno do ponto crtico causas de turbidez opalescente. Muitas propriedades de

mudana de gua fria lquido acima de cerca de 200 MPa (por exemplo, a viscosidade , a auto-difuso , compressibilidade ,espectros Raman e separao molecular ), que pode ser explicado pela presena de uma fase de alta densidade lquida contendo ligaes de hidrognio interpenetrando. As propriedades qumicas da gua so tambm muito mudou em altas temperaturas e presses devido s mudanas na ionizao , solubilidade , difusividade e reatividade, devido diminuiopontes de hidrognio [ 1116].

Mudanas de densidade

Com o aumento da presso, as fases de gelo tornam-se mais denso.Isto conseguido, inicialmente flexo ttulos, formando mais apertado do anel ou redes helicoidais e, finalmente, incluindo uma maior quantidade de rede de interpenetrao. Isto particularmente evidente quando se compara de gelo e cinco com os gelos metaestvel (gelo e quatro anos e gelo doze) que possam existir no seu espao de fase.

Os dados lquido-vapor de densidade para os grficos acima, do lado oposto e abaixo foram obtidos a partir da IAPWS-95 equaes [ 540 ]. Diagramas de fase de gua para outras so apresentadas em outro trabalho [681 ]. A densidade da gua supercooled (emulsionado) sob presso recentemente foi determinada [ 1685 ].

A densidade da gua em estado lquido aumenta com o aumento da presso. Oposto visto a densidade de lquidos e slidos (que o CIEM) de gua ao longo da linha de fase lquido-slido. Note-se que a temperatura varia ao longo desta linha de fase (como mostra a tracejado). Gelo hexagonal menos denso que a gua lquida enquanto os gelos outros encontrados em equilbrio com a gua so mais densas, com mudanas de fase que ocorrem na abordagem das densidades lquidas e slidas. Pontos triplos Pontos triplos ocorrem em trs linhas de fase e se juntar as trs fases podem coexistir em equilbrio.

Diagrama do CO2

Osmose: A osmose o nome dado ao movimento da gua entre meios com concentraes diferentes de solutos, separados por uma membrana semipermevel. um processo fsico-qumico importante na sobrevivncia das clulas.E a passagem da agua do lugar que tem menos(hipotnico) para o lugar que tem mais(hipertnico) . A osmose pode ser vista como um tipo especial de difuso em seres vivos. Lei de Vant Hoff Se quisermos interromper a osmose, basta exercer sobre o sistema formado por duas solues ou uma soluo e um solvente, separados por uma membrana semipermevel, uma presso no sentido inverso ao da osmose no mnimo com a mesma intensidade daquele que o solvente faz para atravessar a membrana semipermevel. A essa presso, capaz de impedir o fenmeno da osmose, damos o nome de presso osmtica Ou seja, definida como o equivalente presso necessria, aplicada sobre um recipiente contendo solvente puro de modo a impedir a osmose. Osmolaridade: a quantidade de partculas dissolvidas em um determinado solvente. Quanto maior a osmolaridade, maior a pressso osmtica do soluto sobre o solvente. Presso osmtica a fora de atrao que o soluto exerce sobre o solvente, atraindo-o a fim de equilibar as presses osmticas de dois lados de uma membrana semi-permevel.

Clculo de osmolaridade: Osm = 2(Na+k)+ glicemia/18 + uria/3,2 ( Normal: 280 a 300 mOsm/l )

Hipotonicidade: fisiologia.reduo da tenso em qualquer parte do corpo (p.ex., no globo ocular, nas artrias Hipertonicidade: caracterstica de uma soluo que apresenta maior concentrao de solutos do que outra; hipertonicidade. Isotonicidade: a capacidade da clula em manter a velocidade entre as substncias que entram e saem do seu interior com o meio. Na hipotonicidade h uma concentrao menor de solutos do que outra soluo (hipertnica) que se encontra separada por uma membrana permevel. Isso tudo refere-se Osmose, ou trocas, que as substncias fazem com o meio em que esto. Lei dos Gases Teoria Cintica dos Gases O estudo do gs perfeito realizado sob a perspectiva microscpica leva-nos teoria cintica dos gases. Nesse modelo terico, pelo fato de encontrarmos um nmero muito grande de partculas por unidade de volume (10 20 partculas por cm), as hipteses impostas representam o que deve acontecer, em mdia, com as partculas do gs. A seguir as hipteses da teoria cintica, a respeito dos gases perfeitos:

Uma poro de gs perfeito constituda por um grande nmero de molculas em movimento catico. As molculas so consideradas pontos materiais. As colises entre duas molculas ou entre uma molcula e uma parede do recipiente so supostas perfeitamente elsticas. Cada coliso tem durao desprezvel. Entre colises sucessivas, o movimento das molculas retilneo. As foras intermoleculares s se manifestam durante as colises. O estudo das colises das molculas pode ser feito com base na mecnica newtoniana.

Das hipteses do modelo terico do gs perfeito, conclui-se que a energia interna resume-se na energia cintica de translao de suas molculas. A energia interna de um gs perfeito funo exclusiva do nmero de mols (n) e da temperatura absoluta (T) do gs. Na verdade a energia interna de um gs funo no exclusiva da temperatura e sim da soma da Energia Cintica com a Energia Potencial. H, no ensino mdio, tendncia de se atribuir toda energia interna Energia Cintica e, por conseguinte, temperatura do gs. Mas, se analisarmos as mudanas de estado de um modo geral, fica fcil perceber uma variao da energia interna mesmo no havendo variao da temperatura se a presso for mantida constante. Podemos definir a Energia cintica pela frmula:

Ec = energia cintica n = nmero de mols R = constante dos gases perfeitos T = temperatura

Gases Ideais (CNTP) e reais As condies normais de temperatura e presso (cuja sigla CNTP no Brasil e PTN em Portugal) referem-se condio experimental com temperatura e presso de 273,15 K (0 C) e 101 325 Pa (101,325 kPa = 1,01325 bar = 1 atm = 760 mmHg), respectivamente. Esta condio geralmente empregada para medidas de gases em condies atmosfricas (ou de atmosfera padro). O equivalente de CNTP/PTN em ingls NTP (normal temperature and pressure). H duas condies de temperatura e presso comumente utilizadas, sendo elas:

CNTP no Brasil e PTN em Portugal, com valores de temperatura e presso de 273,15 K e 101 325 Pa (presso normal), respectivamente. A IUPAC (Unio Internacional da Qumica Pura e Aplicada) recomenda que o uso desta presso, igual a 1 atm (presso atmosfrica normal), seja descontinuado.

CPTP

[1]

no Brasil e PTP em Portugal (sigla significando Condies Padro de

Temperatura e Presso), referindo-se s atuais STP[2] (do ingls - Standard Temperature and Pressure) com valores de temperatura e presso de 273,15 K (0 C) e 100 000 Pa = 1 bar, respectivamente.

Difuso e Efuso Difuso: Os gases apresentam grande difusibilidade, isto , dois ou mais gases colocados em presena uns dos outros difundem entre si, dando depois de pouco tempo uma mistura perfeitamente homognea ou um sistema monofsico. Essa propriedade explicada pelo fato de as molculas do gs estarem em movimento contnuo espalhando-se no ambiente. Difuso a propriedade de duas ou mais substncias se misturarem espontaneamente, dando solues (misturas homognenas), quando colocadas em presena umas das outras. Efuso: As molculas dos gases, por serem muito pequenas e por movimentaremse constantemente, escapam com facilidade por pequenos orifcios, esse fenmeno chamado efuso. Lei de Boyle- Mariotte: "Sob temperatura constante (condies isotermas), o produto da presso e do volume de uma massa gasosa constante, sendo, portanto, inversamente proporcionais. Qualquer aumento de presso produz uma diminuio de volume e qualquer aumento de volume produz uma diminuio de presso." Em um grfico presso x volume, sob uma temperatura constante, o produto entre presso e volume deveria ser constante, se o gs fosse perfeito. Existe uma temperatura em que o gs real aparentemente obedece lei de Boyle-Mariotte. Esta temperatura chamada de temperatura de Mariotte. Gay Lussac: Dentro do mbito da Qumica e da Fsica a Lei de Gay-Lussac uma lei dos gases perfeitos que estabelece que sob um volume e quantidade de gs constantes, a presso directamente proporcional temperatura.

onde: a presso do gas. a temperatura termodinmica. uma constante.

Portanto para comparar a mesma substncia em estados diferentes (estando de acordo com as condies acima) afirma-se que:

Para exemplificar, suponhamos que h trs recipientes com volume de 1 litro cada um, onde sero adicionados gases distintos em cada um deles; gs carbnico (CO2) em um recipiente, oxignio (O2) em outro, e metano (CH4) em outro, porm sempre com presso e temperatura iguais.

Essa hiptese tem como base a idia de o nmero de molculas igual nos trs recipientes, mas s foi aceita aps ser autenticada, e pelo fato de ser uma remota idia passou a ser considerada Hiptese de Avogadro, atualmente, Princpio de Avogadro. Portanto podemos dizer que: Volumes iguais de gases quaisquer mesma presso e temperatura contm o mesmo nmero de molculas. Para uma mesma massa gasosa (portanto, o nmero de moles (n) constante; n=cte), podemos afirmar que existe uma constante directamente proporcional presso e volume do gs, e inversamente proporcional sua temperatura.

A lei de Dalton uma lei acerca do comportamento dos gases ideais, que defende que se as molculas de dois gases no se atraem nem se repelem, as colises de cada um deles no so afetadas pela presena do outro. Por essa razo cada um dos gases exerce mesma presso na mistura gasosa que exerceria se estivesse sozinho; a isto se chama presso parcial de um gs. A lei de Dalton, textualmente, afirma: "Numa mistura gasosa, a presso de cada componente independente da presso dos demais, a presso total ( P) igual soma das presses parciais dos componentes". A presso total exercida sobre as paredes em que a mistura est contida calculada atravs da soma das presses parciais. A expresso matemtica da lei de Dalton : sendo pA a presso parcial de A, Pt a presso total da mistura e xA a frao molar de A. Lei de Amagat O volume parcial de um gs ocorre quando sobre uma presso igual presso total da mistura, e sobre uma temperatura igual mistura, onde o gs ocuparia esse volume. A partir da mistura de Z gases anteriores, onde o volume que o gs i ocupa na presso P e temperatura T, onde o volume v Densidades de Gases : A relao entre a massa e o volume que determina a densidade de uma substncia (d ou u).i

o volume parcial do gs i.

Normalmente a densidade dos slidos e lquidos so expressas em g/L, por exemplo, o gs cloro possui densidade de 25C e atm, isto 2,92g/L. Densidade relativa entre dois gases :

A densidade relativa (dA,B) do gs A em relao ao gs B a relao entre as densidades absolutas desses gases, medidas nas mesmas condies de presso e temperatura. Sendo a densidade relativa entre dois gases A e B:

e as densidades absolutas de A e B,

podemos escrever a densidade relativa entre dois gases como:

Solubilidade de Gases- Lei de Henry A solubilidade de um gs dissolvido em um lquido proporcional presso parcial do gs acima do lquido. Este o enunciado da lei de Henry, que pode ser escrita[1] onde: X = frao molar de equilbrio do gs em soluo (sua solubilidade); P = presso parcial na fase gasosa; K = constante de proporcionalidade, ou constante da lei de Henry. Valores da constante da lei de Henry na gua (Kx105 atm1) Gs H2 N2 O2 0C 1,72 1,86 3,98 20C 1,46 1,32 2,58 40C 1,31 1,00 1,84 60C 1,21 0,874 1,57

A lei de Henry aplica-se somente quando a concentrao do soluto e a sua presso parcial so baixas, isto , quando o gs e sua soluo so essencialmente ideais, e quando o soluto no interage fortemente de nenhuma maneira com o solvente. Aplicao na rea farmacutica: Gs comprimido liquefeito, dosagem gasomtrica Os frmacos so raramente administrados na forma de substncias qumicas puras, sendo mais freqente a sua administrao na forma de formulaes ou medicamentos. Estes ltimos podem variar desde solues relativamente simples at sistemas de liberao complexos, dependendo do uso apropriado de adjuvantes de formulao ou excipientes. Os adjuvantes podem exercer funes farmacuticas variadas e especializadas. Especificamente, so os adjuvantes de formulao que permitem, entre outras funes, solubilizar, suspender, espessar, conservar, emulsionar, modificar a dissoluo, favorecer a compressibilidade e corrigir caractersticas organolpticas do frmaco, possibilitando a obteno de diversas preparaes ou formas farmacuticas. O principal objetivo do delineamento de formas farmacuticas obter uma resposta teraputica previsvel em relao a um frmaco incorporado em uma formulao, passvel de ser preparado em ampla escala, com qualidade reprodutvel. Para assegurar a qualidade do produto, necessrio observar vrios aspectos, como estabilidade qumica e fsica, conservao apropriada contra a contaminao microbiana, quando requerida, uniformidade de dose do frmaco e aceitao por parte dos usurios, incluindo mdico e paciente, assim como embalagem e rotulagem adequadas. Idealmente, as formas farmacuticas deveriam ter um carter independente em relao variabilidade entre pacientes, porm, isso difcil de ser alcanado na prtica. Nos ltimos tempos, contudo, o tratamento baseado na atividade metablica especfica do paciente individual ou os implantes que respondem, por exemplo, a um estmulo sonoro ou magntico aplicados externamente, disparando um sinal para a liberao do frmaco, vm-se constituindo em um modo de adequao a esses requisitos. Dosagem Gasomtrica: A gasometria consiste na leitura do pH e das presses parciais de O2 e CO2 em uma amostra de sangue. A leitura obtida pela comparao desses parmetros na amostra com os padres internos do gasmetro. Essa amostra pode ser de sangue arterial ou venoso, porm importante saber qual

a natureza da amostra para uma interpretao correta dos resultados. Obviamente, quando se est interessado em uma avaliao da performance pulmonar, deve ser sempre obtido sangue arterial, pois esta amostra informar a respeito da hematose e permitir o clculo do contedo de oxignio que est sendo oferecido aos tecidos. No entanto, se o objetivo for avaliar apenas a parte metablica, isso pode ser feito atravs de uma gasometria venosa. As diferenas entre os valores normais dos parmetros gasomtricos do sangue arterial e do sangue venoso so mostrados no quadro abaixo: Parmetro pH PaCO2 PaO2 Sangue arterial 7.35 a 7.45 35 a 45 mmHg 70 a 100 mmHg Sangue venoso 0.05 unidades menor 6 mmHg maior ~ 50% (35 a 50 mmHg)

importante ressaltar que o valor de bicarbonato expresso na gasometria no medido diretamente e sim calculado atravs da equao de Henderson-Hasselbach, usando os valores de pH e presso parcial de gs carbnico (PaCO 2) medidos, onde: pH = pK + Os distrbios metablicos alteram o numerador da equao, atravs de diminuio (acidose) ou aumento (alcalose) no clculo da concentrao de bicarbon