Lição
A teoria — Calculadora de diluição
Uma diluição é uma receita, não uma reação: escolhe quanta solução-mãe concentrada retirar e quanto solvente adicionar. A calculadora responde à questão prática em vez da química — dada a concentração disponível e a concentração e o volume desejados, quanto conteúdo do frasco se deve verter?
O que significa cada símbolo
C₁- a concentração da solução-mãe, a concentração da solução disponível na prateleira. Determina o quão pouco necessita: a
100face a um alvo de0.5, um litro completo de solução de trabalho requer5unidades de solução-mãe. V₁- o volume da solução-mãe a medir — o valor que realmente pipeta, e a linha que o cálculo existe para produzir.
C₂- a concentração alvo que deseja obter no final. Juntamente com
C₁, fixa o fator de diluição, independentemente do volume que preparar. V₂- o volume final, que é aquele que obtém no final — não o que adiciona. A diferença entre os dois é a linha abaixo (o Solvente a adicionar).
De onde vem a fórmula
- Reordenando a equação de conservação para a quantidade pretendida obtém-se
V₁ = C₂V₂ / C₁. Todos os valores do lado direito já foram decididos, razão pela qual não há nada a resolver. - O solvente a adicionar é então
V₂ − V₁, e este é o passo frequentemente esquecido na bancada. Para250de uma solução a1a partir de uma solução-mãe a5, a calculadora pede50de solução-mãe e200de solvente — perfaz-se o volume até ao volume final, não se adiciona o volume final. - O fator de diluição é simplesmente
C₁/C₂, ficando fixo antes de se escolher qualquer volume. Uma diluição de2xé, portanto, sempre metade solução-mãe e metade solvente:12reduzido a6num volume final de500exige250e250.
Como ler o que vê
Compare a linha intermédia com a inferior. Uma diluição de 200x — 100 de solução-mãe reduzida a 0.5 — necessita de 5 de solução-mãe e 995 de solvente, de tal forma que a linha do Solvente a adicionar é quase a totalidade do volume final e a linha do Volume da solução-mãe (V₁) é um erro de arredondamento. A 2x, as duas linhas são iguais. O fator indica em qual destas duas situações se encontra antes de medir seja o que for.
- Pressupõe
- Que os volumes se somam: que
50de solução-mãe mais200de solvente ocupam250. Pressupõe também um único passo de diluição e um único soluto, sem nada a reagir nem presente previamente no solvente. - Falha quando
- Os volumes não são estritamente aditivos, e os ácidos concentrados são um exemplo claro disso. Misturar volumes iguais de ácido sulfúrico concentrado e água resulta em manifestamente menos do que a sua soma, porque as moléculas se acomodam de forma diferente juntas do que separadas — libertando além disso calor suficiente para ser relevante. A resposta de
2xda calculadora de250e250é uma boa instrução e uma fraca previsão do nível no balão, razão pela qual os protocolos reais indicam perfazer até à marca em vez de adicionar um volume medido de água.
Prática
Verifique você mesmo
Preveja primeiro a resposta e depois use os controlos acima para confirmar. Revele a solução só depois de se ter comprometido com um palpite — é isso que torna isto prática.
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Peça o impossível: solução-mãe
1, alvo5, volume final250. A página vai avisá-lo — mas o que escreve antes disso nas duas linhas de volume?Mostrar a resposta
1250de solução-mãe e0de solvente, com um fator de diluição de0.2x. A aritmética continua correta:V₁ = C₂V₂/C₁é5 × 250 / 1, o que dá mesmo1250. O que isso descreve é uma receita que pede cinco vezes mais solução-mãe do que o volume que está a preparar. O fator é o sinal — caiu abaixo de1, e um fator de diluição menor do que um é uma concentração, que nenhuma trasfega consegue. O aviso faz o que a fórmula não pode. -
Agora iguale a solução-mãe e o alvo:
10e10, volume final100. Desta vez não há aviso. O que dizem as linhas?Mostrar a resposta
100de solução-mãe,0de solvente, fator1x. É uma resposta correta a uma pergunta que ninguém faz — sirva o volume que quer e não junte nada. Vale a pena olhar porque é a fronteira: abaixo dela a linha do solvente é positiva e o fator passa de1; acima dela o fator desce abaixo de1e surge o aviso; e este ponto único é o último em que todas as linhas ainda são honestas.
Problema resolvido na íntegra
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250 mL de solução 1 M a partir de um frasco de 5 M 5 passos
Necessita de 250 mL de solução 1 M e o frasco na prateleira é de 5 M. Calcule os dois volumes — e seja claro quanto ao volume que mede primeiro, pois a ordem importa no laboratório.
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Nada é criado pela adição de água. O número de moles de soluto na solução stock pipetada é o número de moles no balão final, e essa única frase é toda a equação.
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Escrevendo o número de moles como concentração vezes volume em ambos os lados e resolvendo a equação obtém-se 50 mL de solução stock.
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O solvente é a diferença, não o volume final: 200 mL de água adicionados a 50 mL de solução stock.
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Verifique regressando ao número de moles. 5 × 50 e 1 × 250 são ambos 250 milimoles, como tem obrigatoriamente de acontecer.
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O fator de diluição pode ser lido de duas formas — a razão de concentrações ou a razão de volumes — e ambas coincidem em 5, porque as duas são recíprocas por construção.
Resposta
A ferramenta apresenta V₁ = 50, 200 de solvente e um fator de diluição de 5×. A ressalva de laboratório é aquela que a fórmula não consegue expressar: perfaz-se o volume até 250 mL num balão volumétrico, não se adicionam 200 mL a 50 mL num copo de precipitação. Os volumes não são estritamente aditivos quando existe um soluto presente, e para ácidos concentrados a diferença é mensurável. C₁V₁ = C₂V₂ diz-lhe quanto volume de solução stock deve retirar; o material de vidro diz-lhe como terminar.
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Referências (2)
- The quantity C₁ and C₂ actually are, defined: IUPAC, “amount concentration.” The IUPAC Compendium of Chemical Terminology (the Gold Book), International Union of Pure and Applied Chemistry, 2014.
- Why “volumes add” is an approximation — the concentrative-properties tables let you check the contraction for yourself: John R. Rumble (ed.), CRC Handbook of Chemistry and Physics, “Concentrative Properties of Aqueous Solutions: Density, Refractive Index, Freezing Point Depression, and Viscosity.” CRC Press / Taylor & Francis, 2021. ISBN 978-1-032-12171-0.