Propriedades Coligativas

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1 Propriedades Coligativas dré Silva Fraco s propriedades coligativas são decorretes das iterações etre as partículas do e do solvete. Porém elas idepedem da atureza do. Elas depedem apeas da cocetração do, desde que a solução seja suficietemete diluída. São elas: abaixameto da pressão de vapor, aumeto da temperatura de ebulição, dimiuição da temperatura de cogelameto e pressão osmótica. É fudametal para aálises químicas, como idetificação de substâcia, determiação de massas molares; dessaliização da água; regulação da vida; e tatos outros fatores. Pressão de Vapor: pressão de vapor de uma substâcia é a pressão exercida pelo vapor que está em equilíbrio diâmico com a fase codesada. Como se trata de um equilíbrio, temos que a eergia livre de Gibbs a formação do vapor é ula, ou seja: Etão, a pressão de vapor é dada por: 0 l 0 G G g G l G G RT P vap m m vap vap G H S l P RT RT R vap vap vap Observe que o equilíbrio só será alcaçado caso o sistema esteja fechado. Em caso cotrário, o líquido estará em cotiua evaporação, ou seja, moléculas escaparão a forma de gás. Para compararmos, uma substâcia que possua maior pressão de vapor do que outra é dita mais volátil, ou seja, tem maior facilidade de passar ao estado gasoso. Um exemplo é: álcool e água; o álcool evapora mais rapidamete que a água, ou seja, é mais volátil. Por tal motivo, sua pressão de vapor é superior que à da água. Depedêcia da Temperatura: Quato maior a temperatura, maior a eergia ciética das partículas, e desta forma, há um maior úmero de partículas com tedêcia a passar para o estado gasoso. Desta forma, há um aumeto da pressão de vapor. Depedêcia das Iterações Itermoleculares: Quato mais itesas forem as iterações itermoleculares, mais fortemete estarão as moléculas uidas. Desta forma, substâcias que possuem itesas forças moleculares possuem baixas pressões de vapores. água, por exemplo, possui fortíssimas iterações itermoleculares, as ligações de hidrogêio. Por tal motivo sua pressão de vapor é baixa. Observe o aumeto da pressão de vapor com o aumeto da temperatura, e observe também a difereça das pressões de vapores da água (substâcia polar) com o tetracloreto de carboo (substâcia apolar). Propriedades Coligativas feito por SF Págia 1

2 dré Silva Fraco Variação da Pressão de Vapor de acordo com a Temperatura (Equação de Clausius-Clapeyro): Observamos a equação acima que a pressão de vapor depede da temperatura. É útil saber o valor dela em diferetes temperaturas. Por exemplo, quado a pressão de vapor tora-se igual à pressão atmosférica, temos a ebulição, e assim, podemos descobrir a temperatura de ebulição da substâcia. P H l vap P1 R T1 T2 Ebulição: Como já dito, uma substâcia etra em ebulição quado sua pressão de vapor tora-se igual à atmosférica. Desta forma, a pressão de vapor máxima é a atmosférica, e quato maior a pressão, maior será sua temperatura de ebulição. Solubilidade (s): Quado uma substâcia se dissolve em outra, o resultado é uma solução, isto é, uma mistura homogêea que pode ser sólida, líquida ou gasosa. O afeta as propriedades físicas do solvete, como a temperatura de ebulição, cogelameto, etc. Numa solução saturada, ou seja, ode há o máximo de dissolvido, temos um equilíbrio diâmico etre o dissolvido e o ão dissolvido. Semelhate dissolve semelhate : Devido às aturezas físicas de compostos, um determiado composto possui maior solubilidade os solvetes com os quais ele apreseta maior semelhaça. Por exemplo, a água, que é polar, dissolve melhor os compostos polares, tais como alcoóis, ácidos, bases e sais; porém ão dissolve muito bem compostos apolares, como hidrocarboetos em geral, substâcias simples etc. Tetracloreto de carboo, por outro lado, é empregado como solvete em várias reações orgâicas, pois, como é apolar, ele dissolve melhor as substâcias orgâicas pouco polares. Compostos que são dissolvidos pela água podem ser chamados de hidrofílicos, equato compostos que ão são dissolvidos pela água podem ser chamados de hidrofóbicos. Nem sempre, porém, a classificação hidrofílica e hidrofóbica é bem defiida para uma molécula. Certos compostos, como os fosfolipídios, possuem uma loga cadeia carbôica hidrofóbica (região apolar) e uma cabeça hidrofílica (região polar) Lei de Hery: Trate-se de uma equação empírica que relacioa a solubilidade molar dos gases, s, com a pressão parcial deles. Ode da temperatura. é a costate de Hery, e tem como uidades típicas mol/(l..atm). costate de Hery depede Para gases em geral, quato meor a temperatura maior a solubilidade. Para sólidos é difícil aferir se a solubilidade aumeta ou dimiui. Explicitamos agora algumas defiições fudametais para o estudo dos efeitos das propriedades coligativas: Propriedades Coligativas feito por SF Págia 2

3 Fração Molar ( ): dré Silva Fraco Defie-se fração molar como a razão da quatidade, em mol, de um composto pela quatidade de matéria total, também em mols, ou seja: P V Se o composto em questão for um gás, P V Molalidade (W): total total total total Defie-se molalidade como a razão etre a quatidade de matéria de, em mol, pela massa do solvete, em quilograma, ou seja: W m solvete s uidades de molalidade são mol/kg. tigamete se utilizava o molal (m), que seria mol/kg. Molaridade (M): Defie-se molaridade como a razão etre a quatidade de matéria de, em mol, pelo volume de solução, em litros, ou seja: M V solução s uidades de molaridade são mol/l. tigamete se utilizava o molar(m), que seria mol/l. Normalidade (N): Defie-se ormalidade como a razão de equivaletes pelo volume de solução, ou seja: eq V N k Mk solução V solução Obs.: um equivalete é a razão da massa de pelo equivalete-grama, que seria a massa molar dividida pela valêcia k (úmero de hidrogêios ioizáveis, para ácidos; úmero de hidroxilas para bases; módulo da carga do cátio ou âio, para um sal) Exemplos: Ácido pirofosfórico: Hidróxido áurico: zoteto de sódio: ; Equivalete-grama: ; Equivalete-grama: ; Equivalete-grama: s uidades da ormalidade são eq/l. tigamete se utilizava o ormal(n), que seria eq/l. Propriedades Coligativas feito por SF Págia 3

4 Relações: o Caso a solução seja aquosa e ultra diluída, teremos que. o soma das frações molares de todos os compostos deve ser igual a um, ou seja: i0 o Caso tehamos dois compostos ( e solvete), é útil escrever que 1 i 1 solvete dré Silva Fraco Cálculos com soluções: o lteração do volume da solução por adição ou remoção de solvete: iicial fial M V M V V iicial iicial fial iicial solvete o Mistura de soluções de mesmo : 1 2 fial M V M V M V M V V V V Balaço de carga: fial 1 2 solvete Toda solução é eutra, portato, as cargas egativas devem ser iguais às positivas: 2 Exemplo: Solução com cátio cálcio e âio cloreto: 2 Ca Cl x y x C y Lei de Raoult: o adicioar um ão-volátil um solvete, formamos uma solução que tem pressão de vapor meor do que o solvete. P P solvete. P0 ou P Ode é a pressão de vapor do líquido puro e é a pressão de vapor da solução. Por aálise direta da Lei de Raoult, caso fizéssemos um gráfico da pressão de vapor em fução da fração molar do solvete, obteríamos uma reta crescete, que passa pela origem, com coeficiete agular. Lei de Raoult só fucioa para soluções ideais, ou seja, uma solução que as iterações das moléculas do solvete com a do são idêticas às iterações -. Um exemplo de solução muito próxima da idealidade é uma solução de bezeo em tolueo. Fator de Correção de Va t Hoff: i1 ( q 1) Fator de correção ecessário devido à ioização ou dissociação do. Na equação, α é o grau de dissociação, e q é o úmero de partículas que o composto pode origiar Exemplo: No caso, um mol de ácido carbôico pode liberar 2 mol de próto e 1 mol de carboato, ou seja, q = 3. Etão, 0 Propriedades Coligativas feito por SF Págia 4

5 Ebuliometria: T.. e ke W i dré Silva Fraco ebuliometria estuda o aumeto da temperatura de ebulição por adição de um ão-volátil. o adicioar um ão-volátil a um solvete, fica mais difícil para as moléculas do solvete passarem ao estado gasoso, e desta forma, a pressão de vapor dimiui coforme a lei de Raoult. Dessa forma, é ecessário um maior aquecimeto para que a etão formada solução etre em ebulição. Há etão o aumeto da temperatura de ebulição Criometria: T.. c kc W i criometria estuda o abaixameto da temperatura de solidificação por adição de um ão-volátil. o adicioar um ão-volátil a um solvete, fica mais difícil a orgaização dos cristais do estado sólido, e assim, é ecessário resfriar mais para que ocorra a solidificação. Há etão o abaixameto da temperatura de solidificação. São equações empíricas. s costates são deomiadas, respectivamete, costate ebuliométrica e costate criométrica. O fator de correção de Va t Hoff deve ser utilizado para a eficiêcia do estudo. Por aálise direta, observamos que quato maior a cocetração do maior será a variação da temperatura. Tato a ebuliometria quato a criometria são utilizadas para determiação de massa molar de s, como o caso de macromoléculas aturais (polímeros). Um uso prático da ebuliometria e criometria é a adição de um composto (etileoglicol) a água do radiador do carro para que ão ferva a 100 C e ão cogele a 0 C, ou seja, evita que a água ferva e permite dar partida em dias frios. Osmometria (Equação de Va t Hoff): V RTi MRTi osmometria estuda o fluxo de solvete através de uma membraa semipermeável para uma solução mais cocetrada. Tal feômeo se deve a uma difereça de cocetração etre as soluções separadas pela membraa e ocorre até o equilíbrio de cocetração. pressão osmótica pode ser calculada pela equação de Va t Hoff, aáloga à equação de Clapeyro, porém, depede do fator de correção de Va t Hoff. Por aálise direta, observamos que quato maior a cocetração do maior será a pressão osmótica. osmose é fudametal a vida, pois graças a ela há um equilíbrio etre as cocetrações de diferetes meios celulares em osso corpo. Pode-se utilizá-la para determiação de massa molar de s extremamete grades, como a de polímeros (macromoléculas aturais). osmose reversa, processo em que se aplica uma pressão igual ou maior à osmótica em setido oposto ao que o solvete se dirigiria. No caso da igualdade, ão ocorrerá osmose, o caso da desigualdade, haverá o movimeto do solvete do meio mais cocetrado ao meos cocetrado. Tal feômeo é utilizado para purificar a água, por exemplo. Propriedades Coligativas feito por SF Págia 5

6 Misturas Biárias Líquidas: dré Silva Fraco gora, há o tratameto de uma mistura formada por duas substâcias líquidas, ao cotrário de um ãovolátil um solvete. Cosideraremos soluções praticamete ideais, e assim, a Lei de Raoult é válida: P. P0 e P. P0 pressão total será, pela Lei de Dalto, P P P. P0. P0 B B B B B B Podemos aida calcular a fração molar, e assim, a quatidade de matéria, de um composto a fase gasosa: P. P e 1 0, vapor B, vapor, vapor P. P0 B. P0B O estudo da pressão de vapor de cada substâcia em uma mistura é útil para realizarmos a separação delas pela destilação fracioada, ode um vapor de determiada substâcia, que possui meor poto de ebulição, pode ser removido do topo da colua ates que aquele com poto de ebulição maior destile. Misturas zeotrópicas: Misturas que ão seguem a pressão de vapor calculada pela lei de Raoult. Há dois tipos: o zeótropo de poto de ebulição míimo: é aquela mistura que a solução resultate possui temperatura de ebulição iferior ao dos compostos origiais e, portato, ão pode ser separada por destilação, já que a primeira parcela obtida será a mistura, e ão o composto mais volátil. o zeótropo de poto de ebulição máximo: é aquela mistura que a solução resultate possui temperatura de ebulição superior ao dos compostos origiais e, portato, ao ser destilada, a ultima parcela obtida será a da mistura, e ão a do composto meos volátil Misturas Eutéticas: É aquela mistura que apreseta poto de fusão costate, e poto de ebulição variável. Tais misturas são sólidas e apresetam proporção etre seus dois compoetes. O poto de fusão de uma mistura eutética é iferior ao poto de fusão de cada compoete isolado. Diagrama de Fases: Expressam as fases da substâcia em aálise um diagrama de pressão versus temperatura. No poto triplo, as três fases estão em equilíbrio diâmico, ou seja, coexistem. fase mais desa é aquela que fica mais estável em grades pressões, este caso, é a fase sólida. Caso um ão volátil fosse adicioado, as lihas etre a parte sólida e liquida e liquida e gasosa seriam deslocadas para baixo. Fote e Sugestão: Pricípios de Química tkis e Joes O casaço físico, mesmo que suportado forçosamete, ão prejudica o corpo equato o cohecimeto imposto à força ão pode permaecer a alma por muito tempo Platão Propriedades Coligativas feito por SF Págia 6