Obs: Usamos a expressão soluto não volátil quando o ponto de ebulição do soluto for superior ao do solvente.
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- Kléber Malheiro Cavalheiro
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1 Fala gás nobre! Vamos lá para mais um resumo de química e essa semana vamos falar sobre propriedades coligativas. Este conteúdo é bastante importante, pois facilita a compreensão de fenômenos químicos simples, que ocorrem diariamente, e até mesmo dos mais complexos. Mas o que são essas propriedades coligativas? Bem, são as propriedades de um solvente que são modificadas quando se adiciona a ele um soluto não volátil. É importante evidenciar que essa mudança nas propriedades do solvente, não são explicadas pela natureza do soluto, mas sim pela quantidade do soluto (número de partículas dissolvidas), seja de moléculas ou íons. Obs: Usamos a expressão soluto não volátil quando o ponto de ebulição do soluto for superior ao do solvente.
2 Vamos ver quais são essas propriedades? São quatro as propriedades coligativas a serem estudadas: Tonoscopia, Ebulioscopia, Crioscopia e Osmose. Tais propriedades nos ajudam a responder perguntas como: Porque o ponto de ebulição da água aumenta se adicionarmos sal de cozinha (NaCl)? E por que a água ferve mais rápido em locais de elevada altitude? Por qual razão é adicionado sal nas estradas no inverno? E sal no gelo para gelar cerveja em lata? Por que as águas dos oceanos não congelam totalmente, mesmo em locais que são muito frios, com a temperatura abaixo de 0 C? O que acontece quando se coloca sal sobre um pedaço de carne? Por que o peixe do rio não consegue sobreviver no mar e vice-versa? Ufa!!! Olha só a quantidade de questionamentos legais gás nobre!! Você já parou para pensar nisso? Sabe responder a essas questões? Pois bem, vamos lá!! As propriedades coligativas estão relacionadas com a pressão máxima de vapor das soluções. Mas o que é isso? Pressão máxima de vapor (PMV) Gás nobre, imagine a roupa molhada no varal. Com o passar do tempo, a água presente na roupa irá evaporar naturalmente, até que todo o líquido esteja no estado de vapor, certo? Mas e se a água estiver em um recipiente fechado, como em uma garrafinha de água, por exemplo? Você concorda que mesmo depois de muito tempo, o volume de água será o mesmo?
3 Mas então em sistemas fechados não ocorre a evaporação como no sistema aberto? Não! Nos dois sistemas ocorre a evaporação. A diferença é que no sistema fechado em algum momento o vapor atinge uma saturação, ou seja, um ponto máximo em que não é mais possível comportar mais moléculas no estado de vapor no recipiente. Com isso, quando uma molécula que está no estado líquido vai para o estado de vapor, imediatamente uma que está no estado de vapor vai para o líquido (processo inverso) e, portanto, a velocidade de evaporação se iguala a velocidade de condensação, atingindo assim um equilíbrio dinâmico. Então, como esse fenômeno ocorre continuamente e nós não conseguimos ver as moléculas de água, parece que o sistema está parado. Contudo, o vapor que está dentro do sistema fechado, exerce uma pressão sobre a superfície do líquido. Portanto, a quantidade máxima de vapor exerce a pressão máxima de vapor. Lembrando que a pressão máxima de vapor varia de líquido para líquido. A pressão máxima de vapor da água, por exemplo, é bem menor que a pressão máxima de vapor da gasolina em uma mesma temperatura. Isso está relacionado com a capacidade que a gasolina tem de evaporar mais rápido que a água. Sendo assim, ela possui uma elevada pressão máxima de vapor, o que significa que ela é muito volátil e, portanto, evapora com facilidade. Consequentemente o seu ponto de ebulição é pequeno. Como gasolina é apolar, suas interações intermoleculares são bem mais fracas que as que existem entre as moléculas de água, o que facilita o rompimento as interações entre as moléculas da gasolina.
4 - Em uma mesma temperatura líquidos diferentes, apresentam diferentes pressões máximas de vapor, que dependem da intensidade das forças intermoleculares. Mas se aumentar a temperatura, as ligações entre as moléculas serão rompidas ainda mais facilmente, o que facilita a passagem para o estado de vapor, aumentando a pressão máxima de vapor. O que são significa que são diretamente proporcionais, ou seja, se dobrar a temperatura não dobra a pressão máxima de vapor. Resumindo: - Interação forte, pouco volátil, maior ponto de ebulição, menor a pressão máxima de vapor - Interação fraca, muito volátil, menor ponto de ebulição, maior a pressão máxima de vapor - Maior a temperatura maior a pressão máxima de vapor - A pressão máxima de vapor é característica de cada substância. Certo gás nobre? Você sabia que a100ºc, apressão máxima de vapor da água é igual à pressão atmosférica, isto é, 760 mmhg ou 1atm (ao nível do mar)? É por isso que a água ferve nessa temperatura, pois o vapor consegue vencer a pressão exercida na superfície do líquido pelos gases do ar atmosférico. Lembrando que, em relação a altitude, quanto maior ela for menor é a pressão atmosférica. Desse modo, nas montanhas, a pressão
5 atmosférica é menor que no nível do mar, e consequentemente a temperatura de ebulição da água em recipiente aberto é menor que 100 ºC. E se adicionarmos um soluto não volátil a um líquido, a sua pressão máxima de vapor irá aumentar ou diminuir? Para responder a essa questão vamos então finalmente falar sobre as propriedades coligativas. TONOSCOPIA, EBULIOSCOPIA, CRIOSCOPIA E OSMOSE A intensidade com que as propriedades coligativas ocorrem dependem unicamente, como já falamos aqui, da quantidade de partículas presentes na solução e não da natureza dessas partículas. Esses fenômenos podem ser explicados pelas interações que ocorrem entre soluto e solvente, pois elas dificultam apassagem do solvente para o estado de vapor, assim como o seu congelamento. Essas soluções formadas podem ser de dois tipos: - Solução molecular: as partículas presentes na solução são moléculas. Veja o exemplo: Ao adicionarmos 1mol de glicose (C 6 H 12 O 6 ) a certa quantidade de água, teremos 1mol de moléculas de glicose, ou seja, 6x10 23 partículas (moléculas) nessa quantidade de água.
6 - Soluções iônicas : as partículas presentes na solução são íons. Veja o exemplo: Ao adicionarmos 1mol de cloreto de sódio (NaCl) a certa quantidade de água, esse sal originará 1mol de íons Na + e 1mol de íons Cl, ou seja, 12x10 23 partículas (íons) nessa quantidade de água. Ok? Vamos falar então sobre a primeira propriedade coligativa: TONOSCOPIA : Diminuição da pressão máxima de vapor de um solvente, provocada pela adição de um soluto não volátil. O soluto dificulta a evaporação do solvente. Isso ocorre, pois, a adição do soluto (íons ou moléculas) intensifica as forças atrativas moleculares e, consequentemente, a pressão de vapor do solvente diminui. A fórmula para o cálculo da Tonoscopia segue abaixo: Δp = P 2 P, onde: P = pressão de vapor da solução P 2 = pressão de vapor do solvente Quando um líquido entra para o estado de vapor, novas interações são estabelecidas, eaquantidade de solvente presente nesta nova fase é que vai determinar a chamada pressão de vapor. A pressão de vapor de uma solução corresponde à quantidade de solvente na fase gasosa eexiste uma relação entre o abaixamento da pressão máxima de vapor eonúmero de mols do soluto presente em uma solução. Sendo assim, podemos concluir que:
7 Quanto maior for o número de partículas (nº de mol) do soluto não volátil na solução, maior será o abaixamento da pressão máxima de vapor. Exemplo: Uma compota, em recipiente aberto dentro da geladeira, quase não perde líquido, devido a grande quantidade de açúcar contido nela. O açúcar diminui a tensão de vapor da água. EBULIOSCOPIA: elevação da temperatura de ebulição O aumento da temperatura de ebulição do solvente é explicado pelo aumento da intensidade das forças interativas e pela presença das partículas do soluto. Quanto maior o número de partículas de soluto, maior o número interações soluto-solvente e, consequentemente, menor a tendência de escape das moléculas de solvente para o estado gasoso. A fórmula usada para o cálculo é: Δte = Te2 - Te, onde: Te = temperatura de ebulição da solução Te2 = temperatura de ebulição do solvente Exemplo: Ao adicionarmos açúcar a água de preparo do café, a temperatura de ebulição da água aumenta. Sendo assim, a água com açúcar demorar mais a ferver.
8 CRIOSCOPIA: diminuição da temperatura de congelamento A adição de um soluto não-volátil a um solvente provoca um abaixamento na temperatura de congelamento desse solvente, o que pode ser explicado pelo fato de as partículas do soluto dificultarem a cristalização do solvente. A fórmula que permite calcular essa propriedade é a seguinte: Δtc = Tc 2 - Tc, onde: Tc = temperatura de congelamento da solução Tc 2 = temperatura de congelamento do solvente Exemplo: Nas regiões polares, a água não congela por causa da presença de elevada quantidade de sais dissolvidos, principalmente NaCl. Temos que : Quanto maior o número de partículas (nº de mol) do soluto não-volátil na solução: maior a elevação da temperatura de ebulição do solvente (maior ΔtE); maior o abaixamento da temperatura de congelamento do solvente (maior ΔtC). OSMOSE E PRESSÃO OSMÓTICA A osmose é a passagem espontânea de um solvente por uma membrana semipermeável, indo de uma solução menos
9 concentrada (ou um solvente puro) para uma solução mais concentrada (menos diluída). A pressão osmótica é aquela pressão exercida pelo solvente contra a me mbrana para que não ocorra a osmose. A membrana semipermeável (ex.: citoplasma, papel celofane, dentre outros) deve permitir apenas a passagem de solvente. A passagem de solvente através da membrana ocorre até que as soluções tornem-se isotônicas, isto é, exerçam a mesma pressão osmótica. Exemplo: A adição de sal na salada, provoca a sua desidratação. Agora vamos aos exercícios!!
10 Questão 01 - (UEPB) A pressão de vapor de uma gasolina é um importante parâmetro de especificação pois define perdas por evaporação no armazenamento, no transporte e manuseio do combustível. Quais cidades brasileiras apresentadas na tabela devem possuir amaior pressão de vapor para uma mesma amostra de gasolina? a) Moscou e Curitiba b) Macapá e Miami c) Macapá e João Pessoa d) Curitiba e Belo Horizonte e) Belo Horizonte e João Pessoa
11 RESOLUÇÃO/COMENTÁRIOS A pressão de vapor de um líquido aumenta com o aumento de temperatura. Nas cidades brasileiras de Macapá e João Pessoa temos as duas maiores médias anuais de temperatura. Portanto, uma mesma amostra de gasolina terá maior pressão de vapor nessas duas cidades. Letra C Para assistir a resolução do exercício clique no link:
12 Questão 02- (UFU MG) Observe o esquema representativo do cozimento de alimentos em uma panela de pressão eo diagrama de fase da água apresentados a seguir e faça o que se pede. a) Identifique a relação existente entre apressão do vapor de água e sua temperatura de ebulição no interior da panela de pressão. b) Cite e explique uma vantagem do cozimento de alimentos em panelas de pressão. c) Explique o que ocorre com o tempo de cozimento do alimento caso seja abaixada a chama do fogão logo que se inicia a saída do vapor pela válvula, mantendo-se, contudo, a fervura.
13 RESOLUÇÃO/COMENTÁRIOS a) Quanto maior a temperatura, maior a pressão do vapor da água no interior da panela. b) Diminuição do tempo de cozimento. A temperatura da água na panela de pressão é maior que a temperatura de ebulição de uma panela comum provocando redução no tempo de cozimento. c) Não se altera, pois não haverá mudança na temperatura de fervura. Para assistir a resolução do exercício clique no link:
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