Propriedades coligativas: são propriedades que dependem da concentração de partículas (solutos) dissolvidas, mas não da natureza dessas partículas.

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1 Química Geral Aula 2 Marcelo Propriedades coligativas: são propriedades que dependem da concentração de partículas (solutos) dissolvidas, mas não da natureza dessas partículas. Em 50 C a água pura estará fervendo? A princípio esta pergunta parece ter o não como resposta! Entretanto, quando falamos em ferver um líquido estamos nos referindo a ebulição do mesmo. A temperatura de ebulição da água é 100 C apenas no nível do mar, ou seja, 1 atm que equivale a 101,3 kpa. Quanto maior altitude, menor será a temperatura de ebulição da água e de qualquer outro líquido. Logo, para sabermos a qual temperatura um líquido entrará em ebulição (irá ferver) precisamos saber também da pressão a qual este líquido está submetido. Abaixo temos a temperatura de ebulição da água em função da pressão: Pressão (kpa) Temperatura de Ebulição ( C) 101, , ,3 50 2, ,5 120 Voltando para a pergunta acima, vemos que é possível que a água entre em ebulição desde que a pressão seja de no máximo 12,3 kpa. Logo, a resposta mais adequada para aquela pergunta é SIM, desde que a pressão não seja maior que 12,3 kpa. Se estivermos ao nível do mar e vamos nos dirigindo para lugares mais elevados, a pressão atmosférica vai diminuindo. Consequentemente, a temperatura de ebulição de um líquido também diminuirá. Podemos ver este efeito no diagrama de fases da água na página seguinte. A 101,3 kpa (1 atm) a água passa do estado líquido para o vapor a 100 C. Agora observe o ponto vermelho e as linhas tracejadas vermelhas: vemos claramente que em pressões menores que 101,3 kpa a água passa do estado líquido para o vapor em uma temperatura menor que 100 C.

2 Explicação -> diagrama de fases da água Pressão de vapor de um líquido Considere um sistema fechado contendo água: Com o tempo, a água vai evaporando e seu vapor preenche o restante do recipiente. O vapor é composto por moléculas de água em alta velocidade que vão batendo nas paredes do recipiente e geram pressão. Essa pressão é conhecida como pressão de vapor (P V ). A pressão de vapor aumenta conforme aumenta a temperatura, porque mais moléculas ganham energia para sair da fase líquida e ir para a fase de vapor. A pressão de vapor não depende do volume da fase líquida

3 A pressão de vapor depende do líquido. No diagrama abaixo vemos que a 34,5 C o éter comum apresenta a maior pressão de vapor (neste caso é 760 mmhg, ou 1 atm). Logo, em uma mesma temperatura, o líquido que tiver a MAIOR pressão de vapor será o MAIS volátil, ou seja, aquele que evapora mais rápido. Por outro lado, se fixarmos a pressão, o líquido mais volátil será aquele que apresentar a menor temperatura de ebulição. Podemos ver no gráfico que a 760 mmhg, o éter apresenta ebulição em 34,5 C, o álcool em 78,5 C e água em 100 C, ou seja, dentre estes três líquidos, o éter é o mais volátil e a água o menos volátil. O conceito de propriedades coligativas: Existem quatro propriedades que dependem da quantidade de partículas (íons ou moléculas) de soluto não-voláteis dissolvidas no solvente, mas não dependem da natureza dessas partículas (tipo de soluto). São elas: Abaixamento da pressão de vapor (efeito TONOSCÓPICO) Aumento da temperatura de ebulição (efeito EBULIOSCÓPICO) Abaixamento da temperatura de congelamento (efeito CRIOSCÓPICO)

4 Aumento da tendência do solvente atravessar determinadas membranas de permeabilidade seletiva (efeito OSMÓTICO) [veremos na próxima aula] Efeito Tonoscópico A presença de algumas moléculas de soluto na superfície da solução atrapalha a evaporação das moléculas de solvente, reduzindo sua pressão de vapor. Na imagem abaixo, moléculas de água são representadas pelas esferas azuis enquanto as moléculas de soluto são representadas pelas esferas verdes. A redução na P V depende da fração molar de solvente puro: quanto maior a concentração de soluto, menor a fração de solvente e, portanto, menor a pressão de vapor. A 30 C, a pressão de vapor da água é 4,2 kpa. Suponha que adicionamos 5 mols de glicose a 95 mols de água. Assim, a fração molar de glicose será 0,05 e da água será 0,95. Utilizando a lei de Raoult: P solução = x solvente P solvente puro P solução = 0,95 4,2 kpa = 4,0 kpa Logo, em uma mistura de água e glicose contendo 95% de solvente (fração molar 0,95) a 30 C observaremos redução da pressão de vapor da água de 4,2 kpa para 4,0 kpa. A tonoscopia está relacionada com o efeito de REDUÇÃO DA PRESSÃO DE VAPOR com a incorporação de um soluto a um solvente.

5 Efeito Ebulioscópico Se a adição de um soluto não volátil provoca o abaixamento da pressão de vapor de um solvente, ela também provoca o aumento do ponto de ebulição deste solvente. Lembra que a adição do soluto atrapalhava a evaporação do solvente? Pois bem, se atrapalhava a evaporação do solvente, logo, aumenta a temperatura de ebulição. No gráfico abaixo, a linha verde tracejada indica uma solução a qual provoca diminuição da pressão de vapor, pois a 100 C o solvente puro tinha pressão de vapor de 1 atm, mas na mistura a pressão de vapor da solução é menor que 1 atm. Então, olhando a linha verde tracejada, vemos que a 1 atm a solução apresenta temperatura de ebulição maior que 100 C. Logo, o efeito ebulioscópico está relacionado com o aumento da temperatura de ebulição com adição de um soluto a um solvente. Efeito Crioscópico Utilizando o gráfico acima, também poderemos explicar o efeito crioscópico. A adição de um soluto não volátil também provoca o abaixamento da temperatura de congelamento (solidificação) do solvente. As partículas de soluto dificultam a cristalização do solvente. Por exemplo, a água do mar congela a uma temperatura mais baixa que a água doce. O diagrama acima também ilustra graficamente o efeito crioscópico (Δθ c ). Veja que a 0 C o solvente puro congela a 1 atm. Contudo, olhando agora a linha verde tracejada, a solução (solvente+soluto) apresenta ponto de solidificação menor que 0 C. Em suma TODAS as propriedades coligativas estão relacionadas entre si: adicionando um soluto não volátil a um solvente, observaremos diminuição da pressão de vapor (tonoscopia), consequente aumento da temperatura de ebulição (ebulioscopia) e diminuição da temperatura de solidificação (crioscopia).

6 EXERCÍCIOS 1) (FCMSC-SP) Considere o gráfico da pressão de vapor em função da temperatura para um solvente puro e para uma solução desse solvente contendo um soluto molecular não volátil. A seu respeito podemos afirmar: a) A curva A representa a solução. b) A curva A representa o solvente. c) A curva B representa o solvente. d) A solução apresenta pressão máxima de vapor maior que o solvente. 2) (UCDB-MT) As propriedades coligativas das soluções dependem: a) da pressão máxima de vapor do líquido. b) da natureza das partículas dispersas na solução. c) da natureza do solvente, somente. d) do número de partículas dispersas na solução. 3) De acordo com a lei de Raoult, qual seria a pressão de vapor de uma solução contendo 90 mols de solvente e 10 mols de soluto? Dados: P solvente = 20 kpa. P solução = x solvente. P solvente x solvente = (x solvente ) / (x solvente + x soluto ) a) 22 kpa. b) 18 kpa. c) 10 kpa. d) 12 kpa.

7 4) (Covest-2001)O gráfico abaixo representa a pressão de vapor (eixo das ordenadas), em atm, em função da temperatura (eixo das abcissas), em C, 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 II é a menos volátil. 5) (UNIFOA-RJ) A presença de um soluto não-volátil dissolvido em um solvente líquido altera o comportamento deste líquido na sua pressão de vapor que (x), no seu ponto de ebulição que (y) e no seu ponto de solidificação que (z). Respectivamente, podemos substituir x, y e z por: a) aumenta, diminui e aumenta. b) diminui, aumenta e diminui. c) aumenta, aumenta e diminui. d) diminui, diminui e aumenta. 6) (Covest-90) Com a intenção de calibrar um termômetro a uma altitude de 1000 metros, usando como referencial a temperatura de ebulição da água, podemos afirmar com certeza que: a) a temperatura de ebulição da água registrada pelo termômetro será ligeiramente inferior a 100 C. b) a temperatura de ebulição da água registrada pelo termômetro será de 100 C. c) a temperatura de ebulição da água registrada pelo termômetro será ligeiramente superior a 100 C.

8 d) a temperatura de ebulição da água registrada pelo termômetro será muito superior a 100 C. 7) Algumas pessoas requentam em banho-maria o café preparado, conforme mostrado abaixo: Sobre essa situação, cinco estudantes fizeram cada um, uma afirmação: I. O café e a água do banho-maria começam a ferver ao mesmo tempo. II. O café vai ferver, mas a água do banho-maria não. III. Nem a água do banho-maria nem o café irão ferver. IV. O café e a água do banho-maria irão ferver, mas o café começa a ferver primeiro. V. O café não vai ferver, mas a água do banho-maria sim. Considerando o café como uma solução aquosa de solutos não-voláteis, responda: com qual dessas afirmações você concorda? Explique o raciocínio que você usou.