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Resumos/Física e Química A/Gases e dispersões
Resumos · Física e Química APT · Secundário

Gases e dispersões

Estudam-se a massa volúmica, o comportamento dos gases e o volume molar (lei de Avogadro), os tipos de dispersão (soluções, coloides e suspensões) e as várias formas de exprimir a composição quantitativa de uma solução (concentração, concentração mássica, fração molar, ppm). Aplica-se ainda a preparação e a diluição de soluções e o conceito de solubilidade. Matéria do 10.º ano, avaliada no Exame Nacional (prova 715).

4 secções·~10 min de leitura·3 competências·Nível Base 1 · Padrão 2 · Aprofundamento 1

T·0555 / 17
Perfil de exame
Aplicar o volume molar dos gases e a lei de AvogadroDistinguir soluções, coloides e suspensões e exprimir a composição de soluçõesPreparar e diluir soluções com rigor e interpretar a solubilidade
Operadores:calculadistingueprepararelacionainterpretadetermina

nível básico

Aplicar o volume molar e reconhecer os tipos de dispersão e as grandezas de composição.

nível avançado

Resolver problemas de preparação e diluição de soluções e relacionar composição com solubilidade e temperatura.

Profundidade

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Conteúdo · 4 secções▾
  1. Gases e dispersões
    • 01Massa volúmica, gases e volume molar◐
    • 02Dispersões: soluções, coloides e suspensões○
    • 03Composição quantitativa de soluções◐
    • 04Preparação e diluição de soluções; solubilidade●
§ 01

Massa volúmica, gases e volume molar#

●●○PadrãoLPAE-fisica-e-quimica-a-10-gases-dispersoes

Pontos-chave

A massa volúmica «ρ = m / V» relaciona a massa de uma amostra com o volume que ocupa (unidade SI: kg/m³; frequente: g/cm³ ou g/dm³). É uma propriedade característica de cada substância em dadas condições e permite converter entre massa e volume. Nos gases é muito menor do que nos líquidos e sólidos, porque as partículas estão muito mais afastadas.
Segundo a lei de Avogadro, volumes iguais de gases diferentes, nas mesmas condições de pressão e temperatura, contêm o mesmo número de partículas. Consequência direta: uma mole de qualquer gás ocupa o mesmo volume nas mesmas condições — o volume molar «Vm». Nas condições de pressão e temperatura normais (PTN: 0 °C e 1 atm), «Vm ≈ 22,4 dm³/mol».
O volume molar fornece uma nova conversão para gases: «n = V / Vm». Assim, o volume de um gás é diretamente proporcional à sua quantidade de matéria (ver Fig. 1), com o volume molar como constante de proporcionalidade. É uma ferramenta poderosa, pois permite «medir moles» simplesmente medindo volumes.

Volume de um gás em função da quantidade de matéria (PTN)

Volume molar dos gasesGráfico de V = 22,4 n, zeros em x = 0, ordenada na origem y = 0, crescente, no intervalo x de 0 a 512345204060801001201 mol → 22,4 dm³V = 22,4 nvolume V (dm³)quantidade de matéria n (mol)
Fig. 1Fig. 1 — V = Vm · n: proporcionalidade direta, com declive igual ao volume molar (22,4 dm³/mol em PTN).
A Fig. 1 mostra a proporcionalidade direta entre volume e quantidade de matéria de um gás em PTN: a reta passa pela origem e tem declive igual ao volume molar. Atenção: o volume molar depende das condições — a 25 °C e 1 atm vale ≈ 24,5 dm³/mol —, pelo que é preciso ler sempre as condições do enunciado.
ρ=mV\rho = \dfrac{m}{V}ρ=Vm​

Massa volúmica

Razão entre a massa e o volume de uma amostra.

n=VVm,Vm≈22,4 dm3/mol  (PTN)n = \dfrac{V}{V_m}, \qquad V_m \approx 22{,}4\ \text{dm}^3/\text{mol}\ \ (\text{PTN})n=Vm​V​,Vm​≈22,4 dm3/mol  (PTN)

Quantidade de matéria de um gás

Relaciona o volume de um gás com a quantidade de matéria através do volume molar Vm.

Exemplo resolvido

Volume de um gás em PTN

Que volume ocupam, em PTN, 3,0 mol de oxigénio gasoso (O₂)? (Vm = 22,4 dm³/mol)

  1. 01Relação a usar

    V = n · Vm.

    V=n⋅VmV = n \cdot V_mV=n⋅Vm​
  2. 02Substituir

    V = 3,0 × 22,4 = 67,2 dm³.

Resultado: 3,0 mol de O₂ ocupam 67,2 dm³ em PTN.

Foco no Exame Nacional

  • Converter entre quantidade de matéria e volume de gases usando o volume molar (n = V/Vm).
  • Aplicar a massa volúmica ρ = m/V e a lei de Avogadro.

Erros frequentes

  • Usar Vm = 22,4 dm³/mol fora das condições PTN (a outras temperaturas o valor é diferente).
  • Aplicar o volume molar a líquidos ou sólidos (só é válido para gases).

Revisão ativa

Determina o volume ocupado, em PTN, por 0,25 mol de gás dióxido de carbono. (Vm = 22,4 dm³/mol)

Evocação ativa

Recorda os pontos-chave — depois revela.

Fontes: Aprendizagens Essenciais de Física e Química A — 10.º ano (DGE) (Direção-Geral da Educação (DGE))

§ 02

Dispersões: soluções, coloides e suspensões#

●○○BaseLPAE-fisica-e-quimica-a-10-gases-dispersoes

Pontos-chave

Uma dispersão é uma mistura em que uma substância (a fase dispersa) se encontra distribuída noutra (o meio dispersante). Classificam-se pelo tamanho das partículas dispersas em soluções, coloides e suspensões, o que determina se a mistura é homogénea ou heterogénea e se as partículas sedimentam ou não (ver Fig. 2).

Tipos de dispersão

Tipos de dispersãoTabela com 4 colunas e 3 linhas, Dados: Dispersão · Tamanho das partículas · Tipo · Exemplo; Solução · < 1 nm · homogénea, não sedimenta · água salgada; Coloide · 1 – 1000 nm · dispersa a luz (Tyndall) · leite, neblina; Suspensão · > 1000 nm · heterogénea, sedimenta · água com areiaDISPERSÃOTAMANHO DAS PARTÍCULASTIPOEXEMPLOSolução< 1 nmhomogénea, não sedimentaágua salgadaColoide1 – 1000 nmdispersa a luz (Tyndall)leite, neblinaSuspensão> 1000 nmheterogénea, sedimentaágua com areia
Fig. 2Fig. 2 — Dispersões classificadas pelo tamanho das partículas dispersas.
Numa solução, as partículas dispersas são iões ou moléculas de dimensão inferior a ≈ 1 nm; a mistura é homogénea, transparente e estável (não sedimenta). A água do mar e o ar são exemplos. O componente em maior quantidade é o solvente e os restantes são os solutos.
Num coloide, as partículas têm dimensão intermédia (≈ 1 a 1000 nm); a mistura parece homogénea mas dispersa a luz (efeito de Tyndall) — como o leite ou a neblina. Numa suspensão, as partículas são maiores do que ≈ 1000 nm, a mistura é heterogénea e as partículas acabam por sedimentar (como água com areia).
Esta classificação, resumida na Fig. 2, é útil para prever o comportamento de uma mistura (se sedimenta, se é transparente, se dispersa a luz). Em Física e Química A trabalha-se sobretudo com soluções, cuja composição quantitativa se estuda a seguir.
Exemplo resolvido

Classificar dispersões

Classifica cada mistura e justifica: (a) sumo coado; (b) sangue; (c) água com farinha em repouso.

  1. 01(a) sumo coado

    Homogéneo, transparente, não sedimenta ⇒ solução.

  2. 02(b) sangue

    Partículas de dimensão intermédia dispersas no plasma, dispersa a luz ⇒ coloide.

  3. 03(c) água com farinha

    Partículas grandes que sedimentam em repouso ⇒ suspensão.

Resultado: (a) solução; (b) coloide; (c) suspensão.

Foco no Exame Nacional

  • Distinguir soluções, coloides e suspensões pelo tamanho das partículas e pelo comportamento.
  • Identificar soluto e solvente numa solução.

Erros frequentes

  • Considerar que qualquer mistura de aspeto uniforme é uma solução (um coloide também o parece, mas dispersa a luz).
  • Confundir o solvente (componente em maior quantidade) com o soluto.

Revisão ativa

Classifica como solução, coloide ou suspensão: (a) água salgada; (b) leite; (c) água com areia. Justifica.

Evocação ativa

Recorda os pontos-chave — depois revela.

Fontes: Aprendizagens Essenciais de Física e Química A — 10.º ano (DGE) (Direção-Geral da Educação (DGE))

§ 03

Composição quantitativa de soluções#

●●○PadrãoLPAE-fisica-e-quimica-a-10-gases-dispersoes

Pontos-chave

A composição de uma solução pode exprimir-se de várias formas. A concentração (em quantidade de matéria) é «c = n / V», a quantidade de matéria de soluto por unidade de volume de solução (mol/dm³). É a grandeza mais usada em Química, por se ligar diretamente às equações químicas.
A concentração mássica «cm = m / V» dá a massa de soluto por unidade de volume (g/dm³). Relaciona-se com a concentração através da massa molar do soluto: «cm = c × M». A fração molar «x = ni / ntotal» exprime a proporção, em quantidade de matéria, de um componente relativamente ao total (é adimensional; as frações somam 1).
Para soluções muito diluídas usa-se a fração em massa em partes por milhão, «ppm» — miligramas de soluto por quilograma (ou litro, para soluções aquosas diluídas) de solução. É comum na expressão de teores de poluentes ou de sais na água. Todas estas grandezas descrevem a mesma solução de ângulos diferentes (ver Fig. 3).

Grandezas de composição de uma solução

Composição de soluçõesTabela com 3 colunas e 4 linhas, Dados: Grandeza · Expressão · Unidade; Concentração · c = n / V · mol/dm³; Concentração mássica · cm = m / V · g/dm³; Fração molar · x = ni / n_total · adimensional; Partes por milhão · ppm = mg soluto / kg solução · mg/kgGRANDEZAEXPRESSÃOUNIDADEConcentraçãoc = n / Vmol/dm³Concentração mássicacm = m / Vg/dm³Fração molarx = ni / n_totaladimensionalPartes por milhãoppm = mg soluto / kg soluçãomg/kg
Fig. 3Fig. 3 — Grandezas para exprimir a composição de uma solução.
Escolher a grandeza adequada e converter entre elas é uma competência essencial. A Fig. 3 reúne as principais grandezas de composição e as suas relações; dominar «c = n/V» e «cm = c·M» resolve a maioria dos problemas do Exame.
c=nV,cm=mV=c⋅Mc = \dfrac{n}{V}, \qquad c_m = \dfrac{m}{V} = c \cdot Mc=Vn​,cm​=Vm​=c⋅M

Concentração e concentração mássica

c em mol/dm³, cm em g/dm³; M é a massa molar do soluto.

xi=nintotalx_i = \dfrac{n_i}{n_{\text{total}}}xi​=ntotal​ni​​

Fração molar

Proporção, em quantidade de matéria, de um componente; as frações molares somam 1.

Exemplo resolvido

Concentração e concentração mássica

Dissolvem-se 0,50 mol de NaCl (M = 58,5 g/mol) em água até 250 mL de solução. Calcula a concentração e a concentração mássica.

  1. 01Converter o volume

    V = 250 mL = 0,250 dm³.

  2. 02Concentração

    c = n/V = 0,50 / 0,250 = 2,0 mol/dm³.

  3. 03Concentração mássica

    cm = c · M = 2,0 × 58,5 = 117 g/dm³.

Resultado: c = 2,0 mol/dm³ e cm = 117 g/dm³.

Foco no Exame Nacional

  • Calcular a concentração, a concentração mássica e a fração molar de soluções.
  • Converter entre grandezas de composição (c = n/V; cm = c·M).

Erros frequentes

  • Usar o volume de solvente em vez do volume de solução no cálculo da concentração.
  • Não converter as unidades de volume (mL para dm³/L) antes de aplicar c = n/V.

Revisão ativa

Dissolvem-se 0,50 mol de cloreto de sódio em água até perfazer 250 mL de solução. Calcula a concentração da solução.

Evocação ativa

Recorda os pontos-chave — depois revela.

Fontes: Aprendizagens Essenciais de Física e Química A — 10.º ano (DGE) (Direção-Geral da Educação (DGE))

§ 04

Preparação e diluição de soluções; solubilidade#

●●●AprofundamentoLPAE-fisica-e-quimica-a-10-gases-dispersoes

Pontos-chave

Preparar uma solução de concentração conhecida a partir de um soluto sólido implica calcular a massa a pesar («m = c × V × M»), dissolvê-la e completar o volume num balão volumétrico até ao traço de referência. O rigor no volume final (medido com o balão, não com o copo) é decisivo para a concentração obtida.
Diluir é adicionar solvente a uma solução para diminuir a sua concentração. Como a quantidade de matéria de soluto não se altera na diluição, «n = c₁V₁ = c₂V₂» — a lei da diluição. Esta relação permite calcular o volume da solução concentrada necessário para obter uma solução mais diluída de concentração e volume pretendidos.
A solubilidade é a quantidade máxima de soluto que se dissolve numa dada quantidade de solvente, a uma temperatura fixa; uma solução que a atinge está saturada. Para a maioria dos sólidos, a solubilidade em água aumenta com a temperatura (ver Fig. 4), pelo que o arrefecimento de uma solução saturada provoca a cristalização do excesso de soluto.

Curva de solubilidade em função da temperatura

Solubilidade do KNO₃Gráfico de linhas: solubilidade (g/100 g) por temperatura (°C), Dados: solubilidade (g / 100 g água) · 0: 13; solubilidade (g / 100 g água) · 20: 32; solubilidade (g / 100 g água) · 40: 64; solubilidade (g / 100 g água) · 60: 110; solubilidade (g / 100 g água) · 80: 169020406080100120140160020406080solubilidade (g/100 g)temperatura (°C)
Fig. 4Fig. 4 — Solubilidade do KNO₃ em água: cresce com a temperatura (acima da curva, solução saturada).
A Fig. 4 mostra a curva de solubilidade de um sal em função da temperatura: acima da curva a solução está saturada (com precipitado); abaixo, insaturada. Estas curvas explicam técnicas como a recristalização e são frequentemente interpretadas em contexto de exame.
c1V1=c2V2c_1 V_1 = c_2 V_2c1​V1​=c2​V2​

Lei da diluição

A quantidade de matéria de soluto conserva-se: a concentração inicial vezes o volume inicial é igual à final vezes o volume final.

Exemplo resolvido

Diluição de uma solução

Que volume de solução de HCl 2,0 mol/dm³ é necessário para preparar 500 mL de solução 0,10 mol/dm³?

  1. 01Lei da diluição

    c₁V₁ = c₂V₂, com c₁ = 2,0; c₂ = 0,10; V₂ = 500 mL.

  2. 02Resolver em ordem a V₁

    V₁ = c₂V₂ / c₁ = (0,10 × 500) / 2,0 = 25 mL.

    V1=c2V2c1V_1 = \dfrac{c_2 V_2}{c_1}V1​=c1​c2​V2​​

Resultado: São necessários 25 mL da solução concentrada, completando depois com água até 500 mL.

Foco no Exame Nacional

  • Calcular massas e volumes na preparação de soluções e aplicar a lei da diluição (c₁V₁ = c₂V₂).
  • Interpretar curvas de solubilidade e o conceito de solução saturada.

Erros frequentes

  • Na diluição, alterar a quantidade de matéria de soluto (ela mantém-se; só varia o volume).
  • Ler mal a curva de solubilidade, confundindo solução saturada com insaturada.

Revisão ativa

Pretende-se preparar 500 mL de solução de HCl 0,10 mol/dm³ a partir de uma solução 2,0 mol/dm³. Que volume da solução concentrada é necessário?

Evocação ativa

Recorda os pontos-chave — depois revela.

Fontes: Aprendizagens Essenciais de Física e Química A — 10.º ano (DGE) (Direção-Geral da Educação (DGE))

Conteúdo

Secção -- / 04

    • 01Massa volúmica, gases e volume molar◐
    • 02Dispersões: soluções, coloides e suspensões○
    • 03Composição quantitativa de soluções◐
    • 04Preparação e diluição de soluções; solubilidade●

0/4 Lidos

Dos resumos à prática

Gases e dispersões

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Referências e fontes

Fontes

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  • Aprendizagens Essenciais de Física e Química A — 10.º ano (DGE)

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