Propriedades Coligativas

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1 Propriedades Coligativas São as propriedades das soluções que dependem do número de partículas dispersas e independem da natureza das partículas do soluto. Pressão Máxima de Vapor (PMV) PMV é a pressão exercida pelo vapor quando está em equilíbrio dinâmico com o liquido correspondente. A PMV depende da temperatura e da natureza do líquido. Observa-se experimentalmente que, numa mesma temperatura, cada líquido apresenta sua pressão de vapor, pois esta está relacionada com a volatilidade do líquido. Vejamos alguns exemplos no gráfico abaixo: Abaixamento Relativo da PMV do Solvente: p/p = p p /p p/p independe da temperatura. Cálculo do p/p = K t. W (Lei de Raoult) e Fator de Vant Hoff (i): Para soluções moleculares, temos: p/p = K t. W onde Kt (K t = Massa Molar solvente /1000) é a constante tonométrica e característica de cada solvente e W ( W = n 1 /m solvente(kg) ) é a molalidade da solução. Para soluções iônicas, temos: p/p = K t. W. i, onde i é a relação: i = 1 + α(q 1) onde: α = grau de ionização (0 α 1). q = número de íons por fórmula de soluto: Exemplo NaCl (s) 1Na + + 1Cl - q = 2 Na 2 SO 4(s) 2Na + + 1SO 4 2- q = 3 Crioscopia ou Criometria ou Abaixamento do Ponto de Congelação do Solvente Ponto de ebulição é a temperatura na qual a PMV iguala a pressão atmosférica. Quanto maior a PMV na temperatura ambiente, menor o P.E. Vamos então estudar cada um dos efeitos coligativos. Tonometria ou tonoscopia ou abaixamento da PMV do solvente Tonoscopia é o estudo do abaixamento da pressão máxima de vapor de um solvente, provocado pela dissolução de um soluto não-volátil. p = PMV do solvente puro. p = PMV do solvente na solução. p > p O abaixamento da PMV é: p = p p A criometria é o estudo do abaixamento da temperatura de solidificação de um solvente, provocado pela adição de um soluto não-volátil, à pressão externa constante. t c = temperatura de congelação do solvente puro. t c = temperatura de congelação do solvente na solução. t c > t c O abaixamento será: t c = t c t c Cálculo de t c (Lei de Raoult): Para soluções moleculares, temos: t c = K c. W sendo K c = R.T 2 /100. L, onde: R = constante = 1,98 cal/mol. K; L = calor latente de fusão do solvente (cal/g); T = ponto de fusão do solvente em Kelvin. Para soluções iônicas, temos: t c = K c. W. i sendo i = 1 + α(q 1). p depende da temperatura.

2 Ebuiliometria ou Ebulioscopia ou Elevação do Ponto de Ebulição do Solvente Ebulioscopia é o estudo da elevação do ponto de ebulição de um solvente, provocada pela adição de um soluto não-volátil, à pressão externa constante. t e = temperatura do P.E. do solvente puro. t e = temperatura do P.E. do solvente na solução. t e > t e M = concentração em mol/l. Para soluções moleculares, temos π = M.R.T Para soluções iônicas, temos: π = M.R.T.i As soluções que apresentam mesma pressão osmótica denominam-se isotônicas. Em caso contrário, anisotônicas; a de maior pressão osmótica hipertônica; e a de menor pressão osmótica, hipotônica. Exemplo: a água do mar é hipertônica em relação à água potável. A elevação será: t e = t e - t e Cálculo de t e (Lei de Raoult) Para soluções moleculares, temos: t e = K e. W sendo K e = K c Para soluções iônicas, temos: t e = K e. W. i sendo i = 1 + α(q 1). Osmose e Pressão Osmótica Osmose é passagem de um solvente para o interior de uma solução feita desse mesmo solvente, através de uma membrana semipermeável. A osmose é também uma propriedade coligativa das soluções, pois depende do número de partículas dissolvidas. Tipos de membranas: Permeáveis: são aquelas que permitem a passagem tanto do solvente como do soluto. Semipermeáveis: são aquelas que permitem apenas a passagem do solvente. Impermeáveis: são aquelas que não permitem a passagem de soluto e solvente. O fluxo de solvente ocorre da solução mais diluída para a solução mais concentrada Pressão Osmótica Pressão osmótica é a pressão que se deveria aplicar sobre a solução, a determinada temperatura, para impedir a passagem do solvente através da membrana. A pressão osmótica é representada pela letra grega π (Pi). CONSIRAÇÕES FINAIS E RESUMIDAS SOBRE AS PROPRIEDADES COLIGATIVAS: Pressão de vapor Pressão de vapor de um líquido A a uma dada temperatura é a pressão do vapor de A no equilíbrio líquido (A) «vapor (A), nessa temperatura. A pressão de vapor aumenta com a temperatura. Vaporizando um líquido no interior de uma câmara barométrica do tipo Torricelli, até ser atingido o equilíbrio líquido «vapor, o abaixamento da coluna de mercúrio mede a pressão de vapor à temperatura da experiência. Quanto maior é a pressão de vapor a uma mesma temperatura, mais volátil é o líquido. Pressão de vapor e mudança de estado Um líquido entra em ebulição à temperatura em que a sua pressão de vapor iguala-se à pressão exterior. Assim, a 100 C a água tem pressão de vapor igual a 1 atm. Portanto, sob 1 atm a água entra em ebulição a 100 C. A maioria dos sólidos funde-se com expansão de volume. O gelo é uma das poucas exceções, fundindo-se com contração de volume. O PF do gelo aumenta com a diminuição da pressão, e vice-versa. Para a maioria dos sólidos, o PF aumenta com o aumento da pressão, e vice-versa. O PE de todas as substâncias aumenta com o aumento da pressão, e vice-versa. As variações dos PF são insignificantes com a variação da pressão, porque no equilíbrio sólido «líquido não há participante gasoso. As variações dos PE são significativas com a variação da pressão, porque no equilíbrio líquido vapor há participante gasoso. π = pressão osmótica.

3 Ponto triplo Ponto triplo de uma substância é um estado no qual se estabelece o equilíbrio sólido «líquido «vapor. Somente a uma determinada temperatura e pressão, que varia de uma substância para outra, estabelece-se esse equilíbrio triplo. No caso da água, esse equilíbrio estabelece-se a, e somente a, 0,01 C e 4,58 mmhg. Não existe líquido a uma pressão inferior à do respectivo ponto triplo. Assim, não existe água líquida a uma pressão menor que 4,58 mmhg. A uma pressão inferior à do ponto triplo, ocorre somente o equilíbrio sólido «vapor (sublimação). Substância que sublima à pressão ambiente tem a pressão do ponto triplo acima da pressão ambiente (1 atm ao nível do mar). Exemplo: gelo seco ou CO 2 (s). Tonoscopia p = p 2 - p somente para solução aquosa: p p 2 K t [soluto] i K t = 10 3 M 2 t c = T c2 T c Medida Crioscopia temperatura de congelação da solução Símbolo T c Medida Símbolo temperatura de congelação do solvente T c2 pressão de vapor da solução p constante crioscópica K c pressão de vapor do solvente p 2 fração molar do soluto X 1 calor de fusão do solvente (cal/kg) L c fração molar do solvente X 2 constante tonoscópica molal massa molar do solvente M 2 molalidade da solução W concentração da solução em mol/l [soluto] grau de dissociação iônica a K t t c = K c W i K c = R* (T c2 ) 2 (T c2 em kelvin) L c t e = T e2 T e Ebulioscopia número de íons/molécula q Medida Símbolo fator de van't Hoff i temperatura de ebulição da solução T e p = p 2 X 2 p = X 1 i temperatura de ebulição do solvente constante ebulioscópica molal T e2 K e p 2 p p 2 K t W i calor de vaporização do solvente (cal/kg) t e = K e W i L e K e = R* (T e2 ) 2 (T e2 em kelvin) L e

4 solução aquosa diluída W [soluto] Em todas as expressões onde aparece i (fator de van't Hoff): solução molecular i = 1 solução iônica i = a (q - 1) + 1 Medida pressão osmótica temperatura da solução Osmose Símbolo π T π = [soluto] R T i R: Constante universal do gás ideal (0,082 atm. L/mol.K ou 62,3 mmhg. L/mol.K O conteúdo de cada garrafa está em equilíbrio térmico, isto é, em cada caso a temperatura do sólido é igual à do líquido. a. Considere que as temperaturas T1, T2, T3 e T4 correspondem, respectivamente, às garrafas 1,2,3 e 4. Ordene essas temperaturas de maneira crescente, usando os símbolos adequados dentre os seguintes: >, <,,, =. b. Justifique a escolha da menor temperatura. 2. (ITA/99) Considere que sejam feitas as seguintes afirmações em relação à pressão de vapor saturante de líquidos e/ou sólidos: I. As pressões de vapor da água líquida e do gelo têm o mesmo valor a 10 C II. Tanto a pressão de vapor de líquidos como a de sólidos aumentam com o aumento da temperatura. III. A pressão de vapor de um líquido depende das forças de interação intermoleculares. IV. No ponto triplo da água pura, a pressão de vapor do gelo tem o mesmo valor que a pressão de vapor da água líquida. V. A pressão de um vapor em equilíbrio com o respectivo líquido independe da extensão das fases gasosa e líquida. Qual das opções abaixo se refere a todas afirmações corretas? a) I e II b) I e IV c) I, II, III e V d) II, III, IV e V e) I, II, III, IV e V 3. (VUNESP/98) A solução aquosa que apresenta menor ponto de congelação é a de: a) CaBr 2 de concentração 0,10 mol/l b) KBr de concentração 0,20 mol/l c) Na 2 SO 4 de concentração 0,10 mol/l d) Glicose (C 6 H 12 O 6 ) de concentração 0,50 mol/l e) HNO 3 de concentração 0,30 mol/l EXERCÍCIOS 25 QUESTÕES 1. (UNICAMP/97) Considere quatro garrafas térmicas contendo: Garrafa 1: : 20 gramas de água líquida e 80 gramas de gelo picado. Garrafa 2: : 70 gramas de solução aquosa 0,5 mol.dm-3 em sacarose e 30 gramas de gelo picado. Garrafa 3: 50 gramas de água líquida e 50 gramas de gelo picado. Garrafa 4: : 70 gramas de solução aquosa 0,5 mol.dm-3 de NaCl e 30 gramas de gelo picado. 4. (PUC/98) Os medicamentos designados por A,B,C e D são indicados para o tratamento de um paciente. Adicionando-se água a cada um desses medicamentos, obtiveram-se soluções que apresentam as seguintes propriedades: Assinale a alternativa que só contém os medicamentos que poderiam ser injetados na corrente sanguínea sem causar danos. a) A, B, C e D b) A, B e D

5 c) B, C e D d) B e D e) A e C (VUNESP/99) Quando um ovo é colocado em um béquer com vinagre (solução diluída de ácido acético) ocorre uma reação com o carbonato de cálcio da casca. Após algum tempo, a casca é dissolvida, mas a membrana interna ao redor do ovo se mantém intacta. Se o ovo, sem a casca, for imerso numa solução aquosa de cloreto de sódio (salmoura), ele murcha. Explique, utilizando equações químicas balanceadas e propriedades de soluções, conforme for necessário, por que: a. a casca do ovo se dissolve no vinagre. b. o ovo, sem casca, incha quando mergulhado em água, e murcha quando mergulhado em salmoura. 6. O diagrama abaixo se refere a três líquidos A, B e C. 9. Assinale a alternativa errada: a) O líquido mais volátil é o A b) A pressão de vapor do líquido B é maior que a do líquido C para uma mesma temperatura c) A temperatura de ebulição a 1atm do líquido C é 120 C d) A temperatura de ebulição no pico do monte Everest (240mmHg) do líquido A é 20 C e) As forças intermoleculares do líquido A são mais intensas em relação aos demais líquidos 10. (Vunesp-SP) A uma dada temperatura, possui a menor pressão de vapor a solução aquosa: a) 0,1 mol/l de sacarose. b) 0,2 mol/l de sacarose. c) 0,1 mol/l de ácido clorídrico. d) 0,2 mol/l de ácido clorídrico. e) 0,1 mol/l de hidróxido de sódio. 11. (Fuvest-SP) Numa mesma temperatura, foram medidas as pressões de vapor dos três sistemas a seguir. 7. Os resultados, para esses três sistemas, foram: 105,0; 106,4 e 108,2 mm Hg, não necessariamente

6 nessa ordem. Tais valores são, respectivamente, as pressões de vapor dos sistemas: a) x = 105,0; y = 106,4; z = 108,2. b) y = 105,0; x = 106,4; z = 108,2. c) y = 105,0; z = 106,4; x = 108,2. d) x = 105,0; z = 106,4; y = 108,2. e) z = 105,0; y = 106,4; x = 108, (UFRS) Considere o gráfico a seguir, que representa as variações das pressões máximas de vapor da água pura (A.P.) e duas amostras líquidas A e B, em função da temperatura. contêm líquidos diferentes, para fazer gelo e picolés de limão. Se as fôrmas forem colocadas, ao mesmo tempo, no congelador e estiverem, inicialmente, à mesma temperatura, vai-se congelar primeiro a fôrma que contém 500 ml de: a) água pura. b) solução, em água, contendo 50 ml de suco de limão. c) solução, em água, contendo 100 ml de suco de limão. d) solução, em água, contendo 50 ml de suco de limão e 50 g de açúcar. e) solução, em água, contendo 100 ml de suco de limão e 50 g de açúcar. Pode-se concluir que, em temperaturas iguais: a) a amostra A constitui-se de um líquido menos volátil que a água pura. b) a amostra B pode ser constituída de uma solução aquosa de cloreto de sódio. c) a amostra B constitui-se de um líquido que evapora mais rapidamente que a água pura. d) a amostra A pode ser constituída de solução aquosa de sacarose. e) as amostras Ae B constituem-se de soluções aquosas preparadas com solutos diferentes. 13. (UFPE) O gráfico abaixo representa a pressão de vapor (eixo das ordenadas), em atm, em função da temperatura (eixo das abscissas), em ºC,de três amostras, I, II e III. Se uma destas amostras for de água pura e as outras duas de água salgada, podemos afirmar que: a) a amostra I é a amostra de água salgada. b) a amostra I é a mais volátil. c) a amostra II é mais concentrada que a amostra III. d) a amostra I é a menos volátil. e) na temperatura tiii, e 1 atm, a amostra II ainda não entrou em ebulição. 15. (FUC-MT) Na desidratação infantil aconselhase a administração de soro fisiológico para reequilibrar o organismo. Quando injetado nas veias, este soro deve: a) ser isotônico em relação ao sangue. b) ser hipertônico em relação ao sangue. c) ser hipotônico em relação ao sangue. d) ter pressão osmótica maior do que a do sangue. e) ter pressão osmótica menor do que a do sangue. 16. (Puccamp-SP) Eventualmente, a solução 0,30 M de glicose é utilizada em injeção intravenosa, pois tem pressão osmótica próxima à do sangue. Qual a pressão osmótica, em atmosferas, da referida solução a 37 ºC? a) 1,00. b) 1,50. c) 1,76. d) 7,63. e) 9, (FCMSC-SP) Os três frascos a seguir contêm água pura a 25 ºC. Vários estudantes, ao medirem a pressão de vapor a 25 ºC, fizeram quatro anotações: Quantas dessas anotações estão corretas? a) Uma. b) Duas. c) Três. d) Todas. e) Nenhuma. 14. (UFMG) Num congelador, há cinco fôrmas que 18. (UFPI) Temos uma solução de partes iguais de

7 água, éter etílico e etanol (álcool comum) em um recipiente fechado. As pressões parciais dos vapores dos líquidos estão na seguinte ordem crescente: a) etanol, água, éter. b) água, etanol, éter. c) éter, álcool, água. d) éter, água, álcool. e) água, éter, álcool. 19. (UFSC mod.) A figura representa o diagrama de mudança de estado do CO 2. Pela consulta ao diagrama é correto afirmar que: muito superior às encontradas nos oceanos. Devido à alta concentração de sais, nesse lago, I a flutuabilidade dos corpos é maior do que nos oceanos. II o fenômeno da osmose provocaria a morte, por desidratação, de seres vivos que nele tentassem sobreviver. III a água congela-se facilmente nos dias de inverno. Dessas afirmações, somente: a) I é correta. b) II é correta. c) III é correta. d) I e II são corretas. e) I e III são corretas. 22. (Unicamp-SP) As informações a seguir foram extraídas de rótulos de bebidas chamadas "energéticas", muito comuns atualmente, e devem ser consideradas para a resolução da questão. 01) sob pressão de 60 atm, o CO 2 é líquido à temperatura de 10 ºC e sólido à temperatura de 60 ºC. 02) no ponto A, o CO 2 encontra-se em equilíbrio nos estados sólido, líquido e gasoso. 04) a pressão de sublimação está abaixo de 5 atm. 08) os valores de temperatura e pressão correspondentes à linha AB representam equilíbrio entre os estados sólido e gasoso. Determine a soma dos valores correspondentes às alternativas corretas. 20. (UFRS) Considerando as três soluções do desenho, pode-se prever que a relação entre as pressões de vapor das mesmas é: a) P1 > P2 > P3. b) P2 > P3 > P1. c) P1 > P3 > P2. d) P3 > P1 > P2. e) P2 > P1 > P3. (massas molares: glicose C 6 H 12 O 6 = 180 g mol 1 ; cloreto de sódio NaCl = 58,5 g mol 1 ; sacarose C 12 H 22 O 11 = 342 g mol 1 ) 21. (Puccamp-SP) A concentração de sais dissolvidos no lago conhecido como Mar Morto é Cada 500 ml contém : valor energético = 140 cal carboidratos (sacarose) = 35 g sais minerais = 0,015 mol* proteínas = 0 g lipídios = 0 g * Valor calculado a partir do rótulo. A pressão osmótica (π) de uma solução aquosa de íons e/ou de moléculas pode ser calculada por π = M.R.T. Esta equação é semelhante àquela dos gases ideais. M é a concentração, em mol/l, de partículas (íons e moléculas) presentes na solução. O processo de osmose que ocorre nas células dos seres vivos, inclusive nas do ser humano, deve-se, principalmente, à existência da pressão osmótica. Uma solução aquosa 0,15 mol/l de NaCl é chamada de isotônica em relação às soluções contidas nas células do homem, isto é, apresenta o mesmo valor de pressão osmótica que as células do corpo humano. Com base nestas informações e admitindo R = 8,3 kpa litro/mol K: a) Calcule a pressão osmótica em uma célula do corpo humano em que a temperatura é 37 ºC. b) A bebida do rótulo é isotônica em relação às células do corpo humano? Justifique. Considere que os sais adicionados são constituídos apenas por cátions e ânions monovalentes. 23. (UFPA) Considere uma solução contendo 17,1 g de sacarose (PM = 342) em 180 g de água (PM = 18). A pressão de vapor dessa solução a 20 ºC, em atm, é: a) 0,001. b) 0,023. c) 0,500. d) 17,400. e) 19,500.

8 (Dado: Pv (H2O) a 20 ºC = 17,5 mm Hg) 24. (UFES) Uma massa de 171 gramas de um composto molecular desconhecido é adicionada a 250 gramas de água. A solução resultante apresenta uma temperatura de ebulição de 101 ºC (P = 1 atm). Sabendo-se que a constante ebulioscópica da água é 0,512 ºC kg/mol 1, podecomposto desconhecido possui se concluir que o massa molar de aproximadamente: a) 171 g/mol. b) 342 g/mol. c) 513 g/mol. d) 684 g/mol. e) 855 g/mol. 25. (MACK-SP) 12,0 g de uma substância X, dissolvida em 500 g de água, sob pressão normal, entra em ebulição a 100,12 ºC. A massa molecular de X é: (Dado: constante ebulioscópica da água = 0,52 ºC mol 1 kg) a) 52. b) 104. c) 41,6. d) 12,47. e) 24. Gabarito 01. a. Nas garrafas 1 e 3 a temperatura é igual: T1 = T3 por causa do equilíbrio H 2 O(s) = H 2 O(l) A garrafa 4 apresenta a menor temperatura de congelação, pois tem maior número de partículas dispersas. NaCl = Na + + Cl -. 0,5 mol 0,5mol 0,5mol total = 1mol de partículas dispersas T4 < T2 < T1 = T3 b. T4 pois tem maior número de partículas dispersas. 2. O gráfico da pressão de vapor da água em função da temperatura pode ser esquematizado a seguir. 4. Alternativa e Os medicamentos que podem ser injetados são A e C, pois suas soluções possuem a mesma pressão osmótica que o sangue. 5. a. CaCO 3 + 2H 3CCOOH = Ca 2+( H 3CCOO) H 2O + CO 2(g) (casca do ovo) (vinagre) (sal solúvel) b. O ovo sem casca incha na água, pois a água é hipotônica em relação ao conteúdo do ovo. Na salmoura, murcha, porque esta é hipertônica em relação ao conteúdo do ovo. 6. Alternativa e O líquido A apresenta forças intermoleculares menos intensas em relação aos demais líquidos pois é o que possui o menor ponto de ebulição. 7. D 8. A 9. E 10. D 11. C 12. B 13. B 14. A 15. A 16. D 17. B 18. B 19. (01) + (02) + (04) = D 21. D 22. a) 77,1 kpa; b) não, pois a concentração em g/l de íons na bebida é 0,06 mol/l. 23. B 24. B 25. B 3. Alternativa e Cálculo do número de partículas dispersas por litro:

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