QUÍMICA GERAL Soluções

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1 QUÍMICA GERAL Prof. Dr. Anselmo E. de Oliveira Instituto de Química, UFG anselmo.quimica.ufg.br 2 de Abril de 2018 Engenharia Ambiental e Sanitária QUÍMICA GERAL

2 1 Pressão de vapor A presença de um soluto não volátil em um líquido sempre diminui a pressão de vapor da solução QUÍMICA GERAL

3 O tubo do barômetro da esquerda tem um volume pequeno de água pura que flutua no mercúrio O da direita tem um volume pequeno de uma solução 10 mol/l de NaCl(aq) e uma pressão de vapor mais baixa Note que a coluna da direita está menos comprimida pelo vapor no espaço acima do mercúrio do que a da esquerda, mostrando que a pressão de vapor é mais baixa quando o soluto está presente escape = P QUÍMICA GERAL

4 Lei de Raoult A pressão de vapor de um solvente, P, é proporcional a sua fração molar em uma solução, x solvente : P x solvente onde x solvente = n i j n é uma medida j (adimensional) de concentração e n = m/m Sendo P a pressão de vapor do solvente puro na solução, a lei de Raoult pode ser escrita como: P = x solvente P Valores de P para muitos compostos podem ser encontrados em livros de referência como o Handbook of Chemistry and Physics QUÍMICA GERAL

5 Problema Calcule a pressão de vapor da água, em 90 C, em uma solução preparada pela dissolução de 5,00 g de glicose (C 6 H 12 O 6 ) em 100 g de água. A pressão de vapor da água pura, em 90 C, é 524 Torr. P H2 O = x H2 O P P H2 O = x H2 O 524 n H2 O P H2 O = 524 n H2 O + n C6 H 12 O 6 n = m M n 5 C 6 H 12 O 6 = = 0, 0278 mol 180, 09 g/mol 100 n H2 O = = 5, 5494 mol 18, 02 g/mol 5, 5494 mol x H2 O = = 0, 9950 (5, , 0278) mol P H2 O = 0, = 521,4 Torr QUÍMICA GERAL

6 Uma solução ideal é uma solução hipotética que obedece exatamente a lei de Raoult em todas as concentrações As interações A-A, B-B e A-B são iguais QUÍMICA GERAL

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8 Por outro lado, uma solução não ideal é aquela que não obedece à lei de Raoult em uma dada concentração de soluto QUÍMICA GERAL

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10 As soluções reais são aproximadamente ideais para concentrações inferiores a 0,1 mol/l, para soluções de não eletrólitos, e a 0,01 mol/l, para soluções de eletrólitos Na prática (soluções não ideais), usamos a lei de Henry em soluções diluídas e a lei de Raoult em soluções concentradas (ex: petróleo e solventes clorados) QUÍMICA GERAL

11 Misturas líquidas entre solventes com estruturas moleculares semelhantes formam soluções quase ideais Benzeno, Tolueno, Etilbenzeno e Xilenos são constituintes da gasolina. QUÍMICA GERAL

12 A pressão de vapor total, P total nesse caso, pode ser obtida pela lei de Dalton Exemplo As pressões de vapores dos líquidos puros do BTEX, em 25 C são, respectivamente, 0,126, 0,0380, 0,0126 e 0,0117 atm. Assumindo que uma mistura equimolar desses líquidos obedece à lei de Raoult, calcule a pressão de vapor total. QUÍMICA GERAL

13 Exemplo As pressões de vapores dos líquidos puros do BTEX, em 25 C são, respectivamente, 0,126, 0,0380, 0,0126 e 0,0117 atm. Assumindo que uma mistura equimolar desses líquidos obedece à lei de Raoult, a pressão de vapor total exercida pode ser obtida da seguinte forma: P i = x i P P benzeno = 0, 25 0, 126 = 0, 0315 atm P tolueno = 0, 25 0, 0380 = 0, 0095 atm P etilbenzeno = 0, 25 0, 0126 = 0, atm P xyleno = 0, 25 0, 0117 = 0, 0029 atm P total = P benzeno + P tolueno + P xyleno + P xyleno P total = 0, , , , 0029 = 0,0471 atm QUÍMICA GERAL

14 Exemplo Se a mistura BTEX anterior está em equilíbrio com água, qual a solubilidade do benzeno? QUÍMICA GERAL

15 Exemplo Se a mistura BTEX anterior está em equilíbrio com água, a solubilidade do benzeno, por exemplo, pode ser obtida pela lei de Henry P i = x i P P benzeno = 0, 25 0, 126 = 0,0315 atm Sabendo que s = k H P e k H para benzeno em 25 C vale 0,0055 atm m 3 /mol s = 0, , 0315 = 5,73 mol/m 3 Como a massa molar do benzeno é 78 g/mol, essa solubilidade representa 447 mg/l. QUÍMICA GERAL

16 A presença de um soluto não volátil em uma solução abaixa a pressão de vapor do solvente, aumentando o ponto de ebulição e diminuindo o ponto de congelamento dessa solução QUÍMICA GERAL

17 T = k b soluto A constante k é característica de cada solvente e deve ser determinada experimentalmente Essa constante refere-se à constante do ponto de congelamento ou constante crioscópica, k f, quando T for a depressão do ponto de congelamento, ou constante ebulioscópica, k b, para T a elevação no ponto de ebulição A molalidade do soluto, b soluto, é o número de mols de soluto por kg de solução. QUÍMICA GERAL

18 Tabela: Constantes do ponto de ebulição, k b, e ponto de congelamento, k f. Exemplo Qual a temperatura de congelamento de uma solução aquosa 0,1 molal de sacarose, cujo k f = 1, 86 K kg/mol? QUÍMICA GERAL

19 Exemplo Uma solução aquosa 0,1 molal de sacarose (k f = 1, 86 K kg/mol) tem uma diminuição de T = 1, 86 0, 1 = 0, 2 K. Ou seja, essa solução congela em 0, 2 C QUÍMICA GERAL

20 Em soluções de eletrólitos como N acl(aq) cada fórmula unitária contribui com dois ou mais íons: NaCl(aq) Na + (aq) + Cl (aq) Em soluções muito diluídas ( 10 3 mol/l) os cátions e os ânions contribuem quase independentemente molalidade total do soluto é duas vezes a molalidade em termos das fórmulas unitárias T f = i k f b soluto Fator i de van t Hoff é determinado experimentalmente Para sais tipo MX, i = 2 (ex: NaCl); sais tipo MX 2 (ex: CaCl 2 ), i = 3;... Para soluções diluídas de não eletrólitos: i = 1 QUÍMICA GERAL