Soluções e solubilidade

Solução é uma mistura homogênea

Uma solução apresenta componentes dispersos em escala molecular ou iônica, formando uma única fase. O solvente constitui o meio de dispersão; o soluto é o componente cuja dissolução estamos acompanhando. Em soluções aquosas, a água é o solvente. Pode haver mais de um soluto, e a classificação não depende de a mistura ser incolor.

Uma solução de cor intensa pode ser homogênea. Já partículas em suspensão ou um depósito sólido indicam que o sistema completo possui mais de uma fase. Isso não impede que a porção líquida seja uma solução: é preciso distinguir a parte analisada do conjunto que está no recipiente.

Nem toda aparência uniforme é suficiente

Existem soluções líquidas, gasosas e sólidas. Uma mistura de gases sem partículas dispersas pode constituir uma fase gasosa homogênea. Algumas ligas apresentam soluções sólidas, mas nem toda liga metálica é monofásica em qualquer composição e temperatura.

Coloides podem parecer uniformes a olho nu e apresentar heterogeneidade em outra escala. Leite, por exemplo, não deve ser identificado como solução molecular apenas pela aparência. A observação precisa considerar o tamanho e a natureza das estruturas dispersas. Filtração comum não separa um soluto efetivamente dissolvido, mas filtros especiais e membranas podem operar por outros mecanismos.

A velocidade de dissolução também não define a solubilidade. Agitar ou reduzir o tamanho de um sólido pode acelerar a aproximação ao equilíbrio, sem necessariamente alterar a quantidade máxima que pode permanecer dissolvida nas mesmas condições.

O limite depende das condições

Solubilidade é a quantidade de soluto que pode coexistir dissolvida em equilíbrio com a fase correspondente, para um solvente e condições especificados. Uma expressão comum é gramas de soluto por 100 g de solvente. Outras unidades podem ser usadas, e o denominador deve ser lido com cuidado.

Se a solubilidade é 30 g por 100 g de água, isso não significa 30 g em 100 g de solução. A solução saturada correspondente contém 30 g de soluto e 100 g de água, totalizando 130 g. Tampouco se deve substituir 100 g por 100 mL sem considerar a densidade.

Temperatura, pressão e composição do meio podem alterar o equilíbrio de dissolução. Para gases, a pressão parcial do gás sobre o líquido é particularmente importante. Muitas solubilidades de sólidos aumentam com o aquecimento, mas há substâncias cuja solubilidade diminui ou varia de forma mais complexa. Consulte a curva fornecida.

Insaturada, saturada e supersaturada

Uma solução insaturada possui menos soluto dissolvido que o limite de saturação nas condições analisadas. Uma solução saturada atingiu esse limite. Ela pode estar em contato com excesso sólido ou ter sido separada desse sólido, conservando a mesma composição naquele instante e temperatura.

Uma solução supersaturada contém mais soluto dissolvido que o valor de equilíbrio estável. É uma situação metastável: a cristalização pode ocorrer após uma perturbação ou formação de núcleos. Não confunda esse estado com um recipiente que simplesmente contém líquido saturado e sólido no fundo.

O depósito também exige interpretação temporal. Um sólido recém-adicionado pode ainda não ter se dissolvido por completo, mesmo que a solução seja insaturada. Para concluir que o líquido está saturado a partir da presença de sólido, é necessário que o sistema tenha tido condições de atingir o equilíbrio com esse sólido.

Ler uma curva e calcular cristalização

Em um gráfico usual, a temperatura está no eixo horizontal e a solubilidade no vertical. Um ponto sobre a curva representa o limite de equilíbrio. Um ponto acima só representa supersaturação se a quantidade indicada estiver toda dissolvida; se o gráfico representar soluto total adicionado, o excedente pode ser uma fase sólida separada.

Considere um sal hipotético cuja solubilidade seja 50 g por 100 g de água a 60 °C e 20 g por 100 g de água a 20 °C. Uma solução saturada a 60 °C, preparada com 200 g de água, contém 100 g de sal dissolvido.

Ao resfriar para 20 °C, sem evaporação e permitindo o estabelecimento do equilíbrio, apenas 40 g podem permanecer dissolvidos. Cristalizam 60 g. A conferência é $100=40+60$. O líquido final tem massa de 240 g; somado aos 60 g de sólido, conserva os 300 g iniciais. A previsão supõe que o cristal formado não retire água como hidrato.

Estrutura e solubilidade

A regra “semelhante dissolve semelhante” ajuda a comparar interações, mas não é uma lei universal. Água interage favoravelmente com muitas espécies polares e iônicas, porém alguns sais são pouco solúveis. Entre álcoois comparáveis, aumentar a cadeia carbônica costuma aumentar a contribuição apolar e reduzir a solubilidade em água.

Continue em concentração de soluções para expressar composição, sem confundir concentração existente com limite de solubilidade.