Coeficiente de solubilidade

O coeficiente de solubilidade é a máxima quantidade que um soluto é capaz de ser dissolvido por uma quantidade específica de solvente em uma dada temperatura. A dependência do coeficiente de solubilidade, no caso de solutos sólidos e líquidos, é aleatória, enquanto os gases têm sua solubilidade aumentada com a diminuição da temperatura. Ademais, nos solutos gasosos, a pressão também é um fator que pode alterar o coeficiente de solubilidade.

O coeficiente de solubilidade é obtido experimentalmente para os diversos solutos, não havendo, portanto, uma metodologia matemática específica para prevê-lo. Os valores de coeficiente de solubilidade são comumente expostos de duas formas: seja com tabelas, seja com gráficos, as chamadas curvas de solubilidade. A avaliação dos coeficientes de solubilidade permite determinar, por exemplo, se a dissolução do soluto é de caráter endotérmico ou exotérmico.

Leia também: Soluções — tudo o que você precisa saber sobre elas

Tópicos deste artigo

• 1 - Resumo sobre coeficiente de solubilidade
• 2 - O que é coeficiente de solubilidade?
• 3 - Como calcular o coeficiente de solubilidade?
• 4 - Como interpretar o coeficiente de solubilidade?
• 5 - Tabela de coeficiente de solubilidade
• 6 - Gráfico de coeficiente de solubilidade
• 7 - Exercícios resolvidos sobre coeficiente de solubilidade

Resumo sobre coeficiente de solubilidade

• O coeficiente de solubilidade determina o limite máximo de soluto que pode ser dissolvido em uma quantidade padronizada de solvente sob uma temperatura específica.
• Para solutos nos estados sólido e líquido, a relação entre a variação da temperatura e o coeficiente de solubilidade não segue um padrão fixo.
• Em solutos gasosos, o coeficiente de solubilidade aumenta quando a temperatura é reduzida. Além disso, a pressão também se constitui em um elemento modificador para a solubilidade de gases.
• O coeficiente de solubilidade é determinado exclusivamente por meio de ensaios laboratoriais para cada substância, não existindo um procedimento matemático específico para sua predição teórica.
• Os dados de coeficiente de solubilidade são usualmente disponibilizados por meio de quadros (tabelas) ou representações visuais (gráficos), conhecidas como curvas de solubilidade.
• A análise dos coeficientes de solubilidade serve para determinar se o processo de dissolução é endotérmico (favorecido com aumento da temperatura) ou exotérmico (favorecido com a diminuição da temperatura).

O que é coeficiente de solubilidade?

O coeficiente de solubilidade é entendido como a máxima quantidade de soluto que uma quantidade padrão de solvente é capaz de dissolver em uma dada temperatura. No caso de solutos sólidos e líquidos, o coeficiente de solubilidade varia aleatoriamente com a temperatura, ou seja, alguns solutos são mais sensíveis à variação de temperatura, enquanto outros não. Da mesma forma, alguns solutos podem apresentar favorecimento de solubilidade tanto com aumento quanto com diminuição da temperatura.

Quando o soluto é um gás a ser dissolvido em um solvente líquido, contudo, isso já não se replica. Em primeiro lugar, quanto menor a temperatura, menor o coeficiente de solubilidade do gás, uma vez que a queda da temperatura implica a diminuição da energia cinética do gás, dificultando o seu escape do líquido.

Em solutos gasosos, a pressão também pode ser levada em consideração no coeficiente de solubilidade, uma vez que esse estado da matéria apresenta maior compressibilidade em relação aos demais. No caso, segundo a Lei de Henry, quanto maior a pressão parcial do gás sobre a superfície do solvente (que é um líquido), maior será a sua solubilidade.

Como calcular o coeficiente de solubilidade?

Sendo um parâmetro puramente experimental, o coeficiente de solubilidade não pode ser previsto por cálculos. O que ocorre, na verdade, é a apresentação dos dados por meio de tabelas ou curvas, em que se padroniza a quantidade de solvente utilizado. É comum encontrar o coeficiente de solubilidade na forma “grama de soluto por 100 gramas de solvente” ou, até mesmo, “grama de soluto por 100 mililitros de solvente”. Porém, não existe uma regra específica para qual quantidade de solvente os dados devem ser expostos e, assim sendo, a publicação dos valores está restrita ao autor deles.

É possível, entretanto, a partir da quantidade máxima de soluto dissolvida em uma quantidade qualquer de solvente, determinar o coeficiente de solubilidade para uma base de 100 gramas de solvente. Para isso, entende-se que m₂ é a fração mássica de soluto presente na solução:

A fração mássica de solvente na solução (m₁) é calculada como:

A divisão da fração mássica de soluto pela fração mássica de solvente, posteriormente multiplicada por 100, apresenta o coeficiente de solubilidade (CS) para cada 100 gramas de soluto:

Essa expressão serve para determinação de coeficiente de solubilidade para qualquer solvente.

Leia também: Como calcular a concentração comum de soluções

Como interpretar o coeficiente de solubilidade?

A determinação do coeficiente de solubilidade de um determinado soluto é um fator meramente experimental, porém é possível classificar a dissolução de um determinado soluto a partir da sua relação com a temperatura.

Apresentam dissolução endotérmica os solutos cuja solubilidade aumenta com o aumento da temperatura. De modo contrário, apresentam dissolução exotérmica os solutos cuja solubilidade aumenta com a diminuição da temperatura.

Já quanto à interpretação e leitura dos valores, vale o seguinte. Suponha que um determinado sal apresente a seguinte informação: “coeficiente de solubilidade igual a 20 gramas/100 gramas de H₂O, 30 °C”.

Isso significa que, na temperatura de 30 °C, cada 100 gramas de H₂O são capazes de dissolver completamente até 20 gramas desse sal. Vale ainda lembrar que isso é uma relação proporcional, portanto, caso a quantidade de solvente utilizada se altere, a quantidade de soluto máxima que pode vir a ser dissolvida irá se alterar na mesma proporção. Assim sendo, se eu dobrar a quantidade de H₂O, a quantidade máxima de soluto que poderá ser dissolvida também será dobrada e assim sucessivamente.

Por vezes, é importante fazer conversão de unidades para a correta interpretação dos valores. Embora a maioria das soluções seja aquosa, quando é considerado um valor de densidade igual a 1,0 g/mL, outros solventes necessitam de mais atenção na interpretação.

Por exemplo, a densidade do álcool etílico (etanol) é de cerca de 0,8 g/mL (ou 0,8 kg/L) na temperatura ambiente, enquanto um líquido. Dessa forma, falando-se de uma solução alcoólica, um coeficiente de solubilidade de 25 gramas de soluto para 100 mL de solução é totalmente diferente de 25 gramas de soluto para 100 gramas de solução, uma vez que 100 mL de etanol correspondem a 80 gramas.

Da mesma forma, deve-se atentar às unidades cúbicas de volume. Vale lembrar que 1 cm³ corresponde a 1 mililitro, assim como 1 m³ corresponde a 1000 L.

Outro ponto importante é a classificação da solução:

1. Quando a quantidade de soluto dissolvida é exatamente igual ao estabelecido pelo coeficiente de solubilidade, a solução é classificada como saturada. O ponto de saturação pode ser visualmente observado por meio da formação de corpo de fundo (ou precipitado).
2. Quando a quantidade de soluto dissolvida é menor que o estabelecido pelo coeficiente de solubilidade, a solução é classificada como instaurada.
3. Quando a quantidade de soluto dissolvida é maior que o estabelecido pelo coeficiente de solubilidade, a solução é classificada como supersaturada. As soluções supersaturadas são instáveis e qualquer perturbação faz com que ela retorne ao esperado, o que pode ser observado por uma cristalização repentina do soluto (na condição de solutos sólidos) ou escape por forma de espuma (na condição de solutos gasosos), por exemplo.

Tabela de coeficiente de solubilidade

A tabela a seguir traz informações de coeficientes de solubilidade de alguns sais, em gramas, para cada 100 gramas de água, na temperatura de 20 °C.

A tabela a seguir traz a variação do coeficiente de solubilidade de dois sais, KBr e Li₂CO₃, em função da temperatura.

Gráfico de coeficiente de solubilidade

Os gráficos que envolvem os coeficientes de solubilidade são chamados de curvas de solubilidade, que são, portanto, uma representação gráfica dos valores de coeficiente de solubilidade de um determinado soluto em um intervalo específico de temperatura. Assim sendo, os pontos da curva são os diversos coeficientes de solubilidade daquele sal para o intervalo de temperatura analisado.

As curvas de solubilidade são importantes para enxergarmos o comportamento geral do comportamento de solubilidade de um sal em função da temperatura, ou seja, se ele possui dissolução endotérmica ou exotérmica, bem como saber se a temperatura apresenta maior ou menor influência sobre a solubilidade do soluto.

Leia também: Diluição — uma técnica para diminuir a concentração de soluções

Exercícios resolvidos sobre coeficiente de solubilidade

Questão 1. (UERJ 1ª Exame/2025) Recentemente, a prefeitura de Maceió-AL decretou situação de emergência diante do iminente colapso em uma das minas de sal-gema do município. A exploração dessas minas envolve a escavação de poços até a camada de sal, que pode estar a mais de mil metros de profundidade. Então, injeta-se água para dissolver o sal-gema e formar uma solução saturada, que será trazida, por pressão, até a superfície.

Adaptado de agenciabrasil.ebc.com.br, 03/12/2023.

Sabe-se que o principal componente do sal-gema é o cloreto de sódio, cuja solubilidade em água é de 36 g de NaCl por 100 g de H₂O, à temperatura de 20 °C.

A essa mesma temperatura, a quantidade de matéria, em mols, de cloreto de sódio dissolvido em 2000 kg de água, formando uma solução saturada, corresponde aproximadamente a:

A) 12300.

B) 24600.

C) 36900.

D) 61500.

Resposta: Letra A.

A questão informa que o coeficiente de solubilidade do NaCl, para cada 100 g de água, na temperatura de 20 °C, é de 36 gramas.

Assim, em 2000 kg de água (2 x 10⁶ gramas), o máximo de NaCl que pode ser dissolvido, proporcionalmente, é:

36 gramas NaCl ------------- 10² gramas de H₂O

       x ------------------------ 2 ∙ 10⁶ gramas de H₂O

x ∙ 10² = 72 ∙ 10⁶

x = 72 ∙ 10⁴ gramas de NaCl

Como a massa molar do NaCl é de 58,5 g/mol, podemos calcular o número de mols pela seguinte expressão:

n = m/MM, em que n é o número de mols, m é a massa e MM é a massa molar.

n = 72 ∙ 10⁴ / 58,5

n 12300 mols

Questão 2. (UFRGS 2º dia/2023) Considere a solubilidade do nitrato de prata em função da temperatura.

Nos sistemas

(1) 120 g de AgNO₃ em 50 mL de água a 30 °C;

(2) 300 g de AgNO₃ em 50 mL de água a 35 °C;

(3) 450 g de AgNO₃ em 50 mL de água a 100 °C,

após adição e agitação, o número de fases presentes será, respectivamente,

A) 1 fase, 1 fase, 1 fase.

B) 1 fase, 2 fases, 1 fase.

C) 1 fase, 1 fase, 2 fases.

D) 2 fases, 1 fase, 2 fases.

E) 2 fases, 2 fases, 1 fase.

Resposta: Letra B.

A tabela foi informada para 100 mL de água, sendo assim, para 50 mL de água, os valores de coeficiente de solubilidade são:

Os valores foram obtidos a partir da divisão dos dados de solubilidade por 2, uma vez que a quantidade de água também foi dividida por 2.

Obs.: Outra forma possível era dobrar as quantidades de nitrato de prata nos sistemas (1), (2) e (3), de modo a igualar com a quantidade de água disponibilizada na tabela.

Dessa forma, podemos comparar os sistemas (1), (2) e (3) com os dados de solubilidade ajustados na tabela.

O nitrato de prata possui um comportamento de dissolução endotérmico, ou seja, quanto maior a temperatura, maior a solubilidade.

Assim, o sistema (1) irá apresentar apenas uma fase (homogêneo), já que, aos 25 °C, já é possível fazer a dissolução completa de 128 gramas de nitrato de prata. Portanto, a 30 °C, 120 gramas serão completamente dissolvidos.

O sistema (2) apresentará duas fases (o sal, na forma sólida, e o solvente, na forma líquida), pois, como em 40 °C não é possível dissolver 300 g de nitrato de prata com 50 mL de água, tampouco será possível aos 35 °C.

O sistema (3) apresentará uma única fase, pois, aos 100 °C, 50 mL de água são capazes de dissolver até 456 gramas de nitrato de prata e, portanto, como 450 gramas é uma quantidade menor, a dissolução será completa e o sistema será monofásico (homogêneo).

Fontes

DO CANTO, E. L.; LEITE, L. L. C.; CANTO, L. C. Química – na abordagem do cotidiano. 1. ed. São Paulo: Moderna, 2021.

ATKINS, P.; JONES, L.; LAVERMAN, L. Príncípios de Química: Questionando a vida e o meio ambiente. 7. ed. Porto Alegre: Bookman, 2018.

FRANCISCO, F. M.; DO CANTO, E. L. Química na abordagem do cotidiano. 5ª ed. vol. 1. São Paulo: Moderna, 2009.

USBERCO, J.; SPITALERI, P.; SALVADOR, E. Química 1: conecte live. 3ª ed. vol. 1. São Paulo: Saraiva, 2018.

REIS, M. Química: ensino médio. 2ª ed. vol. 1. São Paulo: Ática, 2016.

HAYNES, W. M. (ed.) CRC Handbook of Chemistry and Physics. 95^a ed. CRC Press: 2014.