Propriedades Coligativas
As propriedades coligativas são propriedades observadas em uma solução com a adição de um soluto não volátil na mesma. A presença desse soluto não-volátil faz com que a solução apresente propriedades distintas da solução contendo apenas o soluto de início.
Essas propriedades independem da natureza do soluto, dependendo apenas da quantidade de partículas presentes em solução.
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TIPOS DE SOLUÇÃO
Como o número de partículas presentes em solução é crucial para determinar as propriedades da solução na presença do soluto não-volátil, é crucial diferenciar os tipos de soluções:
Solução molecular: as partículas presentes na solução são moléculas.
Exemplo:
1 mol de C12H22O11 irá resultar em 1 mol de partículas na solução.
Solução iônica: as partículas presentes na solução são íons.
Exemplo:
1 mol de NaCl irá resultar em 2 mols de partículas em solução, sendo 1 mol de Na+ e 1 mol de Cl–:
NaCl → Na+ + Cl–
PRESSÃO DE VAPOR
A evaporação é um fenômeno comum em sistemas abertos e fechados. Porém, em sistemas fechados, a evaporação irá depender de um fator denominado pressão de vapor.
Em sistemas fechados, conforme a evaporação acontece, as moléculas que se encontram no estado gasoso irão exercer uma pressão sobre a superfície líquida da solução. Essa pressão é chamada de pressão de vapor. Isso irá fazer com que se tenha um limite na evaporação. Quando esse limite é atingido, o sistema entra em equilíbrio, as fases líquida e gasosa coexistem, e a pressão será máxima.
A pressão de vapor pode ser entendida como uma medida de volatilidade. Quanto maior a pressão de vapor, mais volátil é a substância; e quanto menor, menos volátil.
OBSERVAÇÃO
Para que um líquido entre em ebulição é preciso que a pressão de vapor se iguale com a pressão ambiente. Assim, quanto menor for a pressão de vapor, maior o ponto de ebulição da substância.
Vale observar que, mudando-se a pressão de vapor, altera-se também o ponto de ebulição da solução.
A pressão de vapor das substâncias irá depender do tipo de ligação intermolecular que as moléculas desta exercem entre si.
Observe que o NaCl, por ser uma substancia iônica, apresenta maior ponto de ebulição, e portanto, menor pressão de vapor.
Já o álcool, por apresentar interações intermoleculares do tipo ligação de hidrogênio, apresenta ponto de ebulição alto (porém, menor que o de substancia iônicas). Assim, sua pressão de vapor é maior que a do cloreto de sódio.
Por fim, o éter, por apresentar um tipo de interação intermolecular mais fraca que as demais (dipolo-dipolo) irá apresentar maior pressão de vapor.
OBSERVAÇÃO
Quanto maior a pressão de vapor → menor o ponto de ebulição → maior a volatilidade
FATORES QUE INFLUENCIAM NA PRESSÃO DE VAPOR
Temperatura: Quanto maior a temperatura de um líquido, maior será sua facilidade em evaporar. Com isso, a pressão de vapor aumenta.
Natureza das interações: Quanto mais fracas as interações intermoleculares que mantém as moléculas de um líquido unidas, maior será sua pressão de vapor, já que seu grau de evaporação será maior.
TONOSCOPIA
É a diminuição da pressão de vapor pela adição de um soluto não volátil. Quanto maior a quantidade de partículas dissolvidas, menor a pressão de vapor.
EBULIOSCOPIA
É a elevação do ponto de ebulição pela adição de um soluto não volátil. Essa propriedade é decorrente da tonoscopia, uma vez que a adição de soluto não volátil ocasiona uma diminuição na pressão de vapor – aumentado, consequentemente, o ponto de ebulição.
Exemplo: a adição de cloreto de sódio à água faz com que a ebulição da mesma ocorra acima de 100 ºC. As partículas decorrentes da dissociação do sal (Na+ e Cl-) retém as moléculas de água, dificultando a vaporização.
Cabe frisar que, quanto maior a concentração, maior a quantidade de partículas em solução, aumentando o efeito ebulioscópico.
CRISPOCOPIA
É a diminuição da temperatura de congelamento de um líquido pela adição de um soluto não volátil. As partículas dispersas em solução dificultam o processo de congelamento.
Exemplo: a adição de sal grosso ao gelo diminui o ponto de congelamento da água. Isso é útil quando se deseja fazer com que bebidas imersas no gelo resfriem mais rapidamente.
OBSERVAÇÃO
Em países muito frios ou muito quentes é indicado que as pessoas adicionem à água dos radiadores (responsáveis pela refrigeração de motores) uma substância chamada aditivo. Os radiadores são usados como resfriadores dos motores. Os aditivos são solutos não voláteis, e ao serem adicionados à água, alteram suas propriedades. Em países quentes, o aditivo faz com que o seu ponto de ebulição da água aumente, o que retarda a sua ebulição. Em países muito frios, a presença do aditivo faz com que se reduza o ponto de congelamento, impedindo que a água congele.
PRESSÃO OSMÓTICA
É o estudo da elevação da pressão osmótica de um líquido em função da adição de um soluto não volátil. A pressão osmótica é um fenômeno que se opõe à osmose, dificultando sua ocorrência. A osmose pode ser definida como a passagem de solvente de uma solução menos concentrada (mais diluída) para uma mais concentrada, através de uma membrana semipermeável. A passagem de solvente se encerra com quando as concentrações em ambos os lados se igualam.
A pressão osmótica (π) é a pressão externa necessária para que se evite a ocorrência do fenômeno de osmose. Qualitativamente, a pressão osmótica (π) pode ser definida como:
π = M ⋅ R ⋅ T ⋅ i
Onde:
M = concentração molar (mol⋅L-1);
T = temperatura (K)
R = 0,082 atm . L⋅mol-¹⋅K-¹
i = fator de Van’t Hoff, que é igual ao número de mols de partículas em solução. Em soluções moleculares, o valor de i será sempre igual a 1.
EXERCÍCIOS RESOLVIDOS
01. (UEMG) Ebulioscopia é a propriedade coligativa, relacionada ao aumento da temperatura de ebulição de um líquido, quando se acrescenta a ele um soluto não volátil.
Considere as três soluções aquosas a seguir:
Solução A = NaCl 0,1 mol/L
Solução B = sacarose 0,1 mol/L
Solução C = CaCl² 0,1 mol/L
As soluções foram colocadas em ordem crescente de temperatura de ebulição em
a) C, A, B.
b) B, A, C.
c) A, B, C.
d) C, B, A.
Resolução: B
A solução A é iônica, logo, o NaCl em meio aquoso irá sofrer dissociação:
NaCl(s) → Na+(aq) + Cl-(aq)
1 mol 1 mol 1mol
0,1 mol 0,1 mol 0,1 mol
Logo, serão formados 0,2 mols de partículas em solução.
A solução B é molecular, logo, não sofre dissociação/ ionização. Ou seja, se a concentração é 0,1 mol/L, serão formados 0,1 mol de partículas.
A solução C é iônica, logo, o CaCl² em meio aquoso irá sofrer dissociação:
CaCl²⁽ˢ⁾ → Ca²⁺(aq) + 2 Cl-(aq)
1 mol 1 mol 1mol
0,1 mol 0,1 mol 0,2 mol
Logo, serão formados 0,3 mols de partículas em solução.
Quanto maior o número de partículas em solução, maior o efeito ebulioscópico, ou seja, maior a temperatura de ebulição. Sendo assim, em termos de temperatura de ebulição, tem-se: C > A > B, uma vez que há, respectivamente, 0,3 mols, 0,2 mols e 0,1 mols de partículas em solução, respectivamente.
Em ordem crescente de temperatura de ebulição: B, A, C.
02. (UECE) A purificação da água através do processo de osmose é citada, em 1624, na obra Nova Atlântida, de Francis Bacon (1561-1626). A dessalinização de uma solução de sulfato de alumínio pelo processo citado acima ocorre utilizando-se uma membrana semipermeável. Considerando a concentração em quantidade de matéria da solução 0,4 mol/L, 0 admitindo-se o sal totalmente dissociado e a temperatura de 27 ºC, a diferença da pressão osmótica que se estabelece entre os lados da membrana no equilíbrio, medida em atmosferas, é
a) 39,36.
b) 49,20.
c) 19,68.
d) 29,52.
Resolução: B
O cálculo da pressão osmótica é feito por meio da seguinte expressão:
π = i ⋅ M ⋅ R ⋅ T
Antes de aplicar na fórmula, deve-se levar em consideração que o sulfato de alumínio é um composto iônico, e sofrerá dissociação em meio aquoso:
Al²(SO⁴)³⁽ˢ⁾ ➝ 2 Al³⁺ (aq) + 3 SO4²⁻(aq)
1 mol 2 mol 3 mol
Note que após a dissociação foram formados 5 mols de partículas em solução. Logo, tem-se que i = 5.
Aplicando os dados na expressão:
π = i ⋅ M ⋅ R ⋅ T
π = 5 ⋅ 0,4 ⋅ 0,082 ⋅ (273 + 27)
π = 49,20 atn