Em química, uma solução é uma mistura homogénea composta apenas por uma fase. Neste tipo de misturas existe um ou mais solutos, substâncias dissolvidas numa outra, o solvente. O solvente é, normalmente, o composto que constitui a maior fracção da solução. No caso da solução possuir dois compostos, com uma composição de 1:1, o solvente é a substância que usada mais vezes como solvente (e.g. numa solução água-etanol, com composição 1:1, o solvente é a água). A concentração de um soluto numa solução é a medida correspondente à quantidade dessa substância que se encontra dissolvida.
Uma solução segue, por norma, estas características:
- É uma mistura homogénea
- As partículas do soluto que se encontram em solução não podem ser vistas a olho nu
- Deve ser estável
- Os solutos da soluçãonão podem ser separados por filtração, ou por qualquer outro processo mecânico
O estado físico de uma solução corresponde ao estado físico do solvente. Este pode ser um líquido, um gás ou um sólido.
Quando o solvente é um gás, apenas solutos no estado gasoso é que podem ser dissolvidos. Um exemplo de uma solução gasosa é o ar – oxigénio e outros gases dissolvidos em azoto.
Se o solvente é um líquido, então os solutos podem ser sólidos, líquidos e/ou gases. As soluções mais usuais e mais comuns são as soluções cujos solutos são sólidos ou líquidos. Notar que os colóides (emulsões, suspensões, etc) não são soluções, mas sim misturas. Os fluídos corporais são exemplos de soluções líquidas complexas, contendo muitos solutos (gasosos, líquidos e sólidos).
Também existem soluções cujo solvente é um sólido, nas quais os solutos podem ser gases, líquidos ou sólidos. Eis alguns exemplos de soluções sólidas:
- Gases como solutos: o hidrogénio é um gás que se dissolve facilmente em metais, especialmente em paládio;
- Líquidos como solutos: mercúrio em ouro ou em prata, constituindo as amálgamas (ligas metálicas);
- Sólidos como solutos: todas as ligas metálicas – aço (liga de ferro e carbono), bronze (cobre e estanho).
Líquidos imiscíveis
A capacidade de um composto dissolver um outro denomina-se por solubilidade. Quando uma substância dissolve completamente uma outra substância diz-se que as duas substâncias são miscíveis. Duas substâncias que não originam misturas homogéneas são imiscíveis.
Todas as soluções têm uma variação de entropia positiva aquando a dissolução de um dado composto. No entanto as interacções entre diferentes moléculas e/ou iões podem ser favoráveis ou desfavoráveis para a formação de uma solução.
Solução saturada
Aquando a dissolução de um composto, a um certo ponto a perda de energia (devido ao aumento de interacções soluto-soluto) iguala o ganho de entropia. A partir desse ponto não se consegue dissolver mais soluto – a solução encontra-se saturada. No entanto esse ponto de saturação pode variar consideravelmente por influência de factores ambientais, como variações de temperatura, variações de pressão ou contaminação da solução. Em alguns casos consegue-se preparar soluções supersaturadas: soluções que são saturadas em condições diferentes das normais, e que depois são armazenadas em condições normais. Normalmente a solubilidade se solutos líquidos é menos sensível a variações de temperatura do que soluções com solutos sólidos ou gasosos.
As propriedades físicas de um composto, como o ponto de fusão ou o ponto de ebulição, variam quando são adicionados outros compostos. Essas propriedades são denominadas de propriedades coligativas. Por norma, a adição de solutos a um dado solvente promove um abaixamento no ponto de fusão (abaixamento crioscópico) e uma elevação do ponto de ebulição (elevação ebulioscópica).
Existem várias formas de quantificar um composto que se encontra dissolvido em outros compostos, sendo denominadas colectivamente por concentrações. Embora a concentração mássica (massa de soluto por volume de solução) e a concentração molar, também denominada de molaridade (quantidade de soluto, em moles, por volume de solução) sejam as mais conhecidas, também se pode quantificar um soluto de outras formas: molalidade (quantidade de soluto, em moles, por quilograma de solvente), fracção molar (quantidade de soluto por quantidade de solução) e ainda ppm (partes por milhão).
Representação de duas moléculas de água estabelecendo uma ponte de hidrogénio.
Em teoria, todos os compostos no estado líquido se comportam como solventes. No entanto, nas várias áreas da química, a maioria dos solventes são líquidos moleculares. Estes podem ser classificados como polares ou
apolares, dependendo se as moléculas apresentam momento dipolar permanente. Também se podem classificar de acordo com a sua capacidade de formar pontes de hidrogénio: são próticos se estabelecerem ligações de hidrogénio; são apróticos se não estabelecerem este tipo de interacções. A água é um exemplo de um solvente polar (a molécula de H2O apresenta um “pólo negativo” no oxigénio e um “pólo positovo” no hidrogénios) e de um solvente prótico.
Sais dissolvem-se em solventes polares, dissociando-se (total ou parcialmente) em iões positivos e em iões negativos, sendo cada um atraído pelo pólo do solvente que apresenta carga contrária.
Para o caso de solutos não-iónicos, a regra geral é: igual dissolve igual (um soluto apolar dissolve-se apenas em solventes apolares, e vice-versa).
Em laboratório utiliza-se muito as soluções stock como forma de poupar tempo de preparação, de preservar compostos, de reduzir o espaço de armazenamento e de aumentar o rigor da preparação de soluções com concentrações muito baixas.
Uma solução stock é uma solução concentrada de um dado composto, a partir da qual se podem preparar por diluição outras soluções de concentrações mais reduzidas.