Diluição de solução de sulfato de cobre

Introdução:

A diluição é feita quando se adiciona certa quantidade de água (solvente) a uma solução inicial, obtendo-se uma nova solução menos concentrada ou mais diluída.

Esse processo é feito no cotidiano, como quando se acrescenta água em sucos muito concentrados ou quando se pega uma pequena porção de desinfetante, diluindo-o com água.

Em laboratórios, essa prática é ainda mais comum, visto que as soluções químicas compradas vêm em concentrações elevadas.

Nem sempre uma diluição pode ser percebida a olho nu, no entanto, em soluções coloridas, como a de sulfato de cobre (que é azul em virtude dos íons cobre (Cu²⁺), quanto mais intensa estiver a cor, mais concentrada ou menos diluída a solução estará e vice-versa.

Essa comparação entre as tonalidades da solução pode ser usada em uma aula experimental com alunos que estão estudando tal conteúdo. Veja como:

Materiais e reagentes:

• Proveta de 25 mL;
• Solução de sulfato de cobre (II) penta-hidratado a 1 mol/L;
• 3 tubos de ensaio;
• 2 béqueres de 100 mL;
• Estante de tubos de ensaio;
• 2 conta-gotas;
• 2 placas de zinco;
• Água destilada.

Procedimento Experimental:

1. Enumere os três tubos de ensaio;
2. No tubo 1, coloque 10 mL da solução de sulfato de cobre (II) a 1 mol/L;
3. Peça aos alunos para observarem bem o aspecto da solução, anotarem no caderno e escreverem qual é a quantidade de matéria em mol que há na solução.
4. Agora realize uma diluição transferindo 1 mL da solução que está no tubo de ensaio 1 para uma proveta de 25 mL e acrescente água até completar o volume de 10 mL;
5. Peça aos alunos para colocarem essa solução no tubo de ensaio 2 e, novamente, anotarem qual é o aspecto da solução, qual a mudança que eles observaram e qual é a quantidade de matéria (em mol) que há na solução;
6. Agora, os alunos deverão pegar 1 mL da solução do tubo 2 e transferir para a proveta, completando o volume com água até atingir 20 mL;
7. Coloque essa solução obtida no tubo de ensaio 3 e peça para que os alunos anotem as mesmas observações feitas para as soluções anteriores;
8. Coloque os três tubos na estante para tubos de ensaio e compare-as. Fale para os alunos informarem, apenas pelo que eles podem observar a olho nu, qual solução é mais concentrada e qual é a mais diluída;
9. Agora fale para eles calcularem qual é a concentração em mol/L das soluções contidas em cada um dos três tubos de ensaio e observarem se acertaram o palpite inicial;
10. Coloque a solução inicial (a 1 mol/l) em ¼ do volume de um béquer e mergulhe uma placa de zinco nela. Não mergulhe a placa totalmente;
11. No outro béquer, coloque apenas água e mergulhe a outra placa de zinco;
12. Compare os aspectos das duas placas que foram mergulhadas na água e na solução de sulfato de cobre (II) a 1 mol/L;
13. Descarte a água e transfira a solução que está no tubo de ensaio três para o béquer;
14. Introduza nessa solução a extremidade da placa de zinco que havia sido mergulhada na água anteriormente;
15. Aguarde cerca de 5 minutos e retire a placa.
16. O professor pode pedir que os alunos expliquem o seguinte: “Apesar dessa última solução ser incolor, ela possui sulfato de cobre (II)? Como isso foi percebido?”

Resultados e discussões:

No tubo de ensaio 1, em que havia 10 mL da solução inicial (1 mol/L), havia 0,01 mol de soluto. Para chegar a essa quantidade de matéria bastava os alunos realizarem uma regra de três simples:

1 mol ----- 1 L
n₁--------- 0,01 L (10 mL)
n_{1 (tubo 1)} = 0,01 mol

Isso também podia ser feito para se descobrir a quantidade de matéria que havia nos tubos 2 e 3:

0,01 mol ------ 1 L                                          0,0001 mol ------ 1 L
n_{1(tubo 2)} ------------ 0,01 L (10 mL)                  n_{1(tubo 3)} ------------ 0,02 L (20 mL)
n_{1 (tubo 2)} = 0,0001 mol                                   n_{1 (tubo 3)} = 0,000002 mol

A solução do tubo 1 é a que apresenta a coloração azul mais intensa, enquanto a do tubo 3 é praticamente incolor. Ao observarem isso, os alunos deveriam dizer que a solução do tubo 1 é a mais concentrada e a do tubo 3 é a mais diluída.

Isso é confirmado pelo cálculo da concentração em mol/L (M) para as soluções em cada tubo. A concentração da solução do tubo 1 já foi dada: 1 mol/L.

Agora, as concentrações das soluções nos tubos 2 e 3 podem ser calculadas por meio da seguinte expressão:

M_inicial . v_inicial = M_final . v_final

Tubo 2:                                                         Tubo 3:
M_inicial . v_inicial = M_final . v_final                                     M_inicial . v_inicial = M_final . v_final
1 mol/L .  0,001 L  = M_final . 0,01 L               0,1 mol/L .  0,001 L  = M_final . 0,02 L
M_final = 0,001 mol                                          M_final = 0,0001 mol
                0,01 L                                                              0,02 L
M_final = 0,1 mol/L                                         M_final = 0,005 mol/L

Quando mergulhamos a placa de zinco na solução de sulfato de cobre, que contém cátions cobre II, o zinco oxida, ou seja, doando elétrons para o cobre, que irá reduzir:

Zn⁰_(s) → Zn²⁺_(aq) + 2 elétrons

Cu²⁺_(aq) + 2 elétrons → Cu⁰_(s)

Zn⁰_(s) + Cu²⁺_(aq)  → Zn²⁺_(aq)  + Cu⁰_(s)

Com o passar do tempo, nota-se que a cor cinza da lâmina de zinco é substituída por uma cor avermelhada, que são os cátions cobre que se transformaram em cobre metálico, somente na parte que ficou em contato com a solução. Além disso, a solução, antes azul, fica mais incolor, em virtude da redução dos íons cobre II.

Isso também ocorre quando colocamos a placa na solução do tubo 3. Portanto, é isso que nos mostra que, apesar de incolor, essa solução ainda possui sulfato de cobre II (0,005 mol).

A placa de zinco foi introduzida na água a fim de mostrar para os alunos que não se notam sinais de reação química, o que assegura que não é a água que provoca o escurecimento da placa de zinco e, assim, atestar que esse fenomeno se deve à presença de cobre. Esse tipo de procedimento é chamado de controle ou branco.

Por Jennifer Fogaça
Graduada em Química