As curvas de solubilidade são gráficos que mostram a quantidade máxima de uma substância capaz de se dissolver em determinada massa de solvente, em diferentes temperaturas. Elas permitem identificar se uma solução está saturada, insaturada ou apresenta corpo de fundo, além de calcular massas dissolvidas e precipitados. São muito frequentes em exercícios de soluções no ensino médio e em vestibulares.
O que é solubilidade?
Uma solução é uma mistura homogênea formada, em geral, por um solvente, componente que dissolve, e um soluto, componente dissolvido. Quando o solvente é a água, diz-se que a solução é aquosa. A solubilidade expressa o limite de soluto que pode permanecer dissolvido em uma quantidade definida de solvente, sob certas condições de temperatura e pressão.
Em muitos gráficos escolares, a solubilidade é apresentada como gramas de soluto que se dissolvem em 100 g de água. Assim, se a solubilidade de uma substância é 40 g/100 g de água a 30 °C, isso significa que, nessa temperatura, até 40 g do soluto podem ficar dissolvidos em 100 g de água após o equilíbrio ser atingido.
É importante não confundir solubilidade com velocidade de dissolução. Triturar um sólido ou agitar uma mistura pode fazer o soluto dissolver mais depressa, mas não altera necessariamente a quantidade máxima que será dissolvida no equilíbrio. Já a temperatura, a pressão e a natureza química das substâncias podem alterar esse limite.
Atenção: o valor da curva geralmente se refere à massa de solvente, e não à massa total da solução. Portanto, 100 g de água mais 30 g de soluto correspondem a 130 g de solução, se todo o soluto se dissolver.
Como ler uma curva de solubilidade
Em uma curva de solubilidade, o eixo horizontal, chamado eixo x, costuma indicar a temperatura em graus Celsius. O eixo vertical, ou eixo y, indica a solubilidade, normalmente em gramas de soluto para cada 100 g de água. Cada linha representa uma substância diferente.
Para encontrar a solubilidade em uma temperatura específica, localize a temperatura no eixo horizontal, suba até encontrar a curva da substância desejada e avance horizontalmente até o eixo vertical. O número obtido informa a massa máxima de soluto dissolvida em 100 g de água naquela condição.
A posição de um ponto em relação à curva também traz informações sobre a solução. Suponha que, a 40 °C, uma substância tenha solubilidade de 50 g por 100 g de água:
- Um ponto abaixo da curva representa uma solução insaturada: ainda é possível dissolver mais soluto.
- Um ponto sobre a curva representa uma solução saturada: ela contém a quantidade máxima de soluto dissolvido naquela temperatura.
- Um ponto acima da curva indica uma quantidade superior à solubilidade indicada. Em condições de equilíbrio, haverá excesso de sólido não dissolvido, chamado corpo de fundo.
Em algumas situações específicas, uma solução pode conter temporariamente mais soluto dissolvido do que o previsto pela curva. Ela é chamada de supersaturada, mas é instável: uma agitação, um cristal do soluto ou outra perturbação pode provocar a cristalização do excesso.
Temperatura, pressão e estados físicos
A forma da curva depende principalmente do estado físico do soluto. Para muitos sólidos dissolvidos em água, a solubilidade aumenta quando a temperatura aumenta. Por isso, suas curvas costumam ser ascendentes. Esse comportamento explica por que uma solução quente pode dissolver mais açúcar ou sal do que a mesma massa de água fria, embora cada substância tenha seu próprio comportamento.
Nem todo sólido segue esse padrão de maneira acentuada. Algumas substâncias têm curvas quase horizontais, o que revela pequena variação de solubilidade com a temperatura. Outras podem apresentar trechos de redução, relacionados às características do processo de dissolução. Em questões, a interpretação deve se basear nos dados fornecidos pelo gráfico, e não apenas em uma regra geral.
Para gases dissolvidos em líquidos, o comportamento mais comum é o inverso: a solubilidade diminui quando a temperatura aumenta. Uma bebida gaseificada perde dióxido de carbono mais facilmente ao ficar quente. Além disso, a pressão tem grande influência nos gases: quanto maior a pressão do gás sobre o líquido, maior tende a ser sua solubilidade.
| Tipo de soluto | Efeito mais comum do aumento de temperatura | Exemplo cotidiano |
|---|---|---|
| Sólido em água | A solubilidade aumenta | Preparação de solução concentrada a quente |
| Gás em água | A solubilidade diminui | Perda de gás em refrigerante aquecido |
| Sólido com curva quase horizontal | Pouca alteração de solubilidade | Exercícios comparativos com sais |
O efeito da pressão sobre sólidos e líquidos é geralmente pequeno em situações escolares. Por isso, nos gráficos de sais em água, ela costuma ser considerada constante. Já em sistemas que envolvem gases, ignorar a pressão pode levar a conclusões incorretas.
Soluções insaturadas, saturadas e supersaturadas
Uma solução insaturada possui uma quantidade de soluto menor que o limite de solubilidade. Se mais soluto for adicionado e houver tempo para dissolução, ele poderá continuar se dissolvendo. Uma solução saturada, por sua vez, atingiu o máximo que o solvente suporta naquela temperatura.
Há uma diferença importante entre solução saturada sem corpo de fundo e solução saturada com corpo de fundo. Na primeira, a quantidade adicionada é exatamente a máxima dissolvida. Na segunda, foi colocado soluto além desse máximo: uma parte permanece dissolvida e a parte excedente fica sólida no fundo do recipiente. Em ambas, a porção líquida tem a mesma concentração de saturação, desde que a temperatura seja igual.
A solução supersaturada costuma ser obtida ao preparar uma solução saturada em temperatura elevada e resfriá-la cuidadosamente. Como a solubilidade de muitos sólidos diminui no resfriamento, seria esperado que parte do soluto cristalizasse. Se isso não ocorrer de imediato, a solução conserva temporariamente mais soluto dissolvido do que o limite normal. Trata-se de uma condição instável, não de um estado de equilíbrio duradouro.
Ao resfriar uma solução saturada de um sólido cuja solubilidade diminui com a temperatura, a tendência é ocorrer precipitação ou cristalização do excesso de soluto.
Como fazer cálculos com curvas de solubilidade
O procedimento básico é identificar a proporção indicada pelo gráfico e adaptá-la à massa de água usada no problema. Se a curva informa que 60 g de um sal se dissolvem em 100 g de água a certa temperatura, em 200 g de água poderão dissolver-se, no máximo, 120 g desse sal, nas mesmas condições.
Considere uma substância com solubilidade de 80 g por 100 g de água a 60 °C e de 30 g por 100 g de água a 20 °C. Uma solução saturada é preparada a 60 °C com 300 g de água e depois resfriada até 20 °C. Primeiro, calcule a massa dissolvida a 60 °C: 80 g para 100 g de água correspondem a 240 g para 300 g de água. A 20 °C, apenas 90 g podem permanecer dissolvidos. Logo, a massa precipitada será 240 g menos 90 g, ou seja, 150 g.
Quando a massa de solvente não é 100 g, a regra de três é útil:
- Leia a solubilidade na temperatura solicitada.
- Monte a proporção entre a massa indicada no gráfico e 100 g de água.
- Calcule a massa máxima que pode se dissolver na massa de água do enunciado.
- Compare esse resultado com a massa de soluto adicionada ou inicialmente dissolvida.
- Se houver excesso, determine a diferença para encontrar a massa do corpo de fundo ou do precipitado.
Também é essencial observar se o enunciado pede massa de soluto, massa de água ou massa total da solução. Somar ou subtrair valores corretos, mas referentes a grandezas diferentes, é um erro comum.
Aplicações e erros comuns em exercícios
As curvas de solubilidade ajudam a compreender processos de purificação por recristalização. Uma substância pode ser dissolvida em solvente quente e, após o resfriamento, cristalizar de forma mais organizada. O princípio também aparece na formação de cristais em soluções concentradas e no controle de formulações industriais.
Em questões, observe se há aquecimento, resfriamento, evaporação de água ou adição de solvente. O resfriamento pode causar precipitação quando a solubilidade diminui; a evaporação reduz a massa de solvente e pode tornar a solução saturada mesmo sem mudança de temperatura. A adição de água, em geral, diminui a concentração e pode dissolver um corpo de fundo já existente.
Cuidados essenciais
- Não leia a massa indicada na curva como se fosse a massa de solução; normalmente ela se refere a 100 g de água.
- Não conclua que todo ponto acima da curva é necessariamente uma solução supersaturada; na maior parte dos exercícios, ele representa excesso de soluto e corpo de fundo.
- Não suponha que todas as curvas aumentam com a temperatura. Verifique o formato da linha apresentada.
- Não esqueça de ajustar proporcionalmente os valores quando a massa de água for diferente de 100 g.
Pontos de revisão
Curvas de solubilidade relacionam temperatura e quantidade máxima de soluto dissolvida em uma massa definida de solvente. Para interpretá-las, leia corretamente os eixos, identifique a substância e compare a quantidade de soluto com o valor da curva. Abaixo dela há solução insaturada; sobre ela, solução saturada; acima dela, há excesso em condições usuais de equilíbrio.
Nos cálculos, mantenha a atenção na base indicada, geralmente 100 g de água, e use proporções quando necessário. Por fim, lembre-se de que sólidos frequentemente se tornam mais solúveis com o aquecimento, enquanto gases tendem a se dissolver menos em líquidos quentes e mais sob pressão elevada.
