Propriedades das Soluções

Transcrição

1 Propriedades das Soluções Prof. Alex Fabiano C. Campos O Processo de Dissolução Uma solução é uma mistura homogênea de soluto(presente em menor quantidade de mols) e solvente(presente em maior quantidade de mols). Os solutos e solvente são componentes da solução. No processo da preparação de soluções com fases condensadas, as forças intermoleculares se tornam reordenadas. 1

2 O Processo de Dissolução Considere o NaCl(soluto) dissolvendo-se em água (solvente): as ligações de hidrogênio da água têm de ser quebradas, o NaClse dissocia em Na + e Cl - (Deve ser vencida a energia reticular) formam-se forças íon-dipolo: Na + δ-oh e Cl - δ+h O. Dizemos que os íons são solvatadospela água. Se água é o solvente, dizemos que os íons são hidratados. A solvatação é mais intensa em íons de menor raio e maior carga.

3 O Processo de Dissolução Energética do Processo de Dissolução Hátrêsfasesdeenergia naformaçãodeumasolução: aseparação dasmoléculasouíonsdosoluto( H 1 ) sempreendotérmica; oafastamentodasmoléculasdosolvente( H ) sempreendotérmica; e aformaçãodasinteraçõessoluto-solvente ( H 3 ) sempreexotérmica. Definimos a variação de entalpia no processo de dissolução como H dissol = H 1 + H + H 3 O H dissol pode tanto ser positivo como negativo, dependendo das forças intermoleculares envolvidas. 3

4 Energética do Processo de Dissolução No caso de compostos iônicos H 1 : separação dos íons ou moléculas do soluto. U reticular q r H : afastamento das moléculas do solvente. No caso da interação íon-dipolo: U íon dipolo q r H 3 : formação das interações entre soluto solvente. Energética do Processo de Dissolução Se ( H1 + H) < H3 Dissolução exotérmica Se ( H1 + H) > H3 Dissolução endotérmica 4

5 Regra da Semelhança SEMELHANTE DISSOLVE SEMELHANTE: POLAR DISSOLVE POLAR APOLAR DISSOLVE APOLAR Se o H dissol é demasiadamente endotérmico, não haverá a formação de uma solução. Exemplos: NaCl em gasolina: as forças íon-dipolo são fracas, uma vez que a gasolina é apolar. Conseqüentemente, as forças íon-dipolo não são compensadas pela separação de íons. Águaemoctano:aáguatemligaçõesdehidrogêniofortes.Nãoháforçasatrativas entreaáguaeooctanoparacompensarasligaçõesdehidrogênio. Fatores que Afetam a Solubilidade 1) Temperatura dissolução endotérmica Solubilidade dissolução exotérmica Temperatura 5

6 Dissolução Sólido-Líquido Dissolução Gás-Líquido Fatores que Afetam a Solubilidade ) Interação Soluto - Solvente 6

7 Fatores que Afetam a Solubilidade 3) Concentração da Solução Solução insaturada contém menos soluto do que o limite de solubilidade. Solução saturada contém soluto na quantidade limite de solubilidade. Solução saturada com corpo de fundo contém mais soluto que o limite de solubilidade, ocasionando a formação de um corpo de fundo (precipitado). Solução supersaturada contém mais soluto que o limite de solubilidade, porém o sistema mantém-se cineticamente homogêneo em condições especiais. Formação do corpo de fundo Supersaturação 7

8 4) Pressão Fatores que Afetam a Solubilidade Asolubilidade deumgásemumlíquido éumafunçãodapressãodogás. Quantomaiorapressão,maispróximasasmoléculasdegásestarãodosolventee maiorachancedamoléculadegásatingirasuperfície eentrarnasolução. Conseqüentemente, quanto maior for a pressão, maior a solubilidade. Quanto menor a pressão, menor a quantidade de moléculas de gás próximas ao solvente e menor a solubilidade. Se S g é a solubilidade de um gás num líquido, k é uma constante e P g é a pressão parcialdeumgásnumlíquido, então,aleidehenry nosfornece: S g = kp g ou P g = Kχ g Concentração das Soluções 1) Concentração Comum ou em g/l (C) m1 C = V ) Concentração em Quantidade de Matéria ou mol/l (M) n M = 1 V ou M = m1 M V 1 3) Título ou Porcentagem em Massa (τ) τ = m1 m m1 = m + m 1 8

9 Concentração das Soluções 4) Concentração em Partes por Milhão (ppm) Partes por milhão (ppm) podem ser expressas como 1 mg de soluto por quilograma de solução(mg/kg). Se a densidade da solução é 1g ml -1, então 1 ppm = 1 mg de soluto por litro de solução(mg/l). 5) Relações Entre Concentrações C = MM1 =1000* dτ Propriedades Coligativas Abaixamento da pressão de vapor (Tonoscopia) Os solutos não voláteis reduzem a habilidade das moléculas da superfície do solvente de escaparem do líquido. Conseqüentemente, a pressão de vapor é reduzida. Ataxaderedução dapressão devapor éproporcionalàquantidade desoluto. 9

10 Propriedades Coligativas Abaixamento da pressão de vapor (Tonoscopia) A Lei de Raoult: Pé a pressão de vapor da solução, P é a pressão de vapor do solvente puro e Χ é a fração molar do solvente: P = Χ P 0 Asoluçãoideal:aquela queobedece àleideraoult. A lei de Raoult falha quando as forças intermoleculares solvente-solvente e soluto-soluto são maiores do que as forças intermoleculares soluto-solvente. No caso de uma solução ideal em que tanto o soluto quanto o solvente são voláteis, a pressão de vapor pode ser obtida pela soma das contribuições da pressãodevapordosolvente(leideraoult)edosoluto(leidehenry). Interpretação Molecular da Lei de Raoult A Lei de Raoult reflete o fato de que a presença do soluto reduz a taxa na qual as moléculas de solvente volatilizam, mas não afeta a taxa de condensação do vapor na solução. Ataxa na qualasmoléculas de solvente deixam a superfície é proporcional à fração molar do solvente: Taxa de vaporização = kχ A taxa na qual as moléculas de condensam é proporcional a sua concentração na fase gasosa, que, por sua vez, é proporcional a sua pressão parcial: Taxa de condensação = k ' P No equilíbrio, as taxas de vaporização e condensação tornam-se iguais: kx k k = Para um líquido puro, X k ' =1 P 0 = k ' = k ' P P X P = Χ P 0 10

11 Propriedades Coligativas Elevação do ponto de ebulição (Ebulioscopia) A ebulição ocorre quando a pressão de vapor do solvente iguala-se ou supera a pressão atmosférica. Quandoda presençadeumsolutonãovolátil,apressãodevapordosolventediminui. Consequentemente, uma temperatura mais alta será necessária para que haja ebulição. Elevação do ponto de ebulição (Ebulioscopia) No caso de soluções ideais, a elevação do ponto de ebulição da solução é diretamente proporcional à molalidade da solução T = ik w e e Molalidade da solução Fator de van t Hoff Constante de ponto de ebulição Exemplo: De quanto aumentará a temperatura de ebulição da água em uma solução aquosa preparada com360gdeglicoseparaumamassatotaliguala1kg.dado:k e =0,51 Ckg/mol 11

12 Propriedades Coligativas Diminuição do ponto de congelamento (Crioscopia). Quando da presença de um soluto não volátil, o processo de congelamento do solvente é dificultado. Consequentemente, uma temperatura mais baixa será necessária para que haja congelamento. Diminuição do ponto de congelamento (Crioscopia). No caso de soluções ideais, a diminuição do ponto de congelamento da solução é diretamente proporcional à molalidade da solução T = ik w c c Molalidade da solução Fator de van t Hoff Constante de ponto de congelamento Exemplo: De quanto diminuirá a temperatura de congelamento da água em uma solução aquosapreparada com58,5gdeglicoseparaumamassatotaliguala1kg. Dado:K c =1,86 Ckg/mol 1

13 Propriedades Coligativas solvente puro Resumo solução soluto não volátil Ocorre diminuição da pressão de vapor Ocorre elevação da temperatura de ebulição Ocorre abaixamento do ponto de congelamento A intensidade dos efeitos coligativos depende somente da concentração do soluto. Osmose Osmose: é o movimento de um solvente a partir de uma concentração baixa de soluto para uma concentração alta de soluto. Pressão osmótica (π): pressão a ser exercida na solução para evitar a osmose. Quanto maior a concentração da solução, maior a pressão osmótica. 13

14 Exemplo de lise celular por osmose 14