Profa. Maria Fernanda - Química nandacampos.mendonc@gmail.com
Estudo de caso Reúnam-se em grupos de máximo 5 alunos e proponha uma solução para o seguinte caso: A morte dos peixes ornamentais. Para isso será possível fazer pesquisas na internet utilizando o celular. Solução para o caso: Os peixes comercializados pela família Lima, são peixes nativos de água salgada. A água salgada diferentemente da água doce possui um concentração maior de sais dissolvidos. A salinidade, ou seja o teor em sais dissolvidos, tem uma enorme influência, na biologia dos animais aquáticos, nomeadamente no equilíbrio dos processos fisiológicos. Tais processos, por sua fez estão ligados à morte dos peixes.
Solução para o caso: Estudo de caso Os líquidos corporais dos animais (hipotônicos) são menos concentrados do que água do mar, levando os animais a perderem água para estabelecerem um equilíbrio. Em contrapartida, são obrigados a beberem muita água, enquanto fazem pouca urina, muito concentrada. Como no interior da célula dos peixes há uma dispersão menor de partículas de sais (menor concentração) do que no meio externo (mar), as moléculas de água irão atravessar a membrana celular em direção ao meio marinho, uma vez que neste há uma dispersão maior de partículas do soluto (maior concentração). Com base nisso como podemos explicar a morte dos peixes ornamentais?
Solução para o caso: Estudo de caso Passados três dias após a inserção de peças novas, Pedro notou que em um dos aquários os peixes haviam morrido. Além do mais o nível de água do mesmo estava mais baixo do que os dos demais. Análise química dos aquários: Aquário antes Aquário depois As moléculas do soluto estão dispersas em um número maior de moléculas de solvente. (Solução diluída) As moléculas do soluto estão dispersas em um número menor de moléculas de solvente. (Solução concentrada) Como houve uma diminuição do nível de água do aquário, possivelmente por evaporação, já os demais parâmetros do aquário estavam adequados, houve uma concentração da solução. Para equilibrar as concentrações, os peixes acabaram eliminando mais água do o normal, ocasionando a desidratação e a morte ndos mesmos.
Solução para o caso: Estudo de caso Em ambiente natural (mar) para não desidratar, o peixe, vive constantemente bebendo água e eliminando o excesso de sal pelas guelras. Contudo, ao se criar peixes de água salgada em aquários, alguns cuidados devem ser tomados, principalmente em relação a salinidade, já que este é o fator que governa a osmorregulação dos peixes.
Propriedades coligativas Osmorregulação é a capacidade que alguns animais têm de manter de forma ativa o equilíbrio da quantidade de água e dos sais minerais no organismo. Esse equilíbrio ocorre por osmose. A Osmose estuda a passagem espontânea de solvente de uma solução mais diluída para outra mais concentrada através de uma membrana semipermeável. As soluções devem ser do mesmo soluto, afim de igualar a concentração. O movimento das partículas ocorre em resposta a diferenças de concentrações, deslocando-se do meio onde estão mais concentradas para onde estão menos concentradas. A este fenômeno os biólogos chamam transporte passivo ou difusão. Este movimento ocorre porque as partículas são dotadas de energia cinética e tendem sempre a se movimentar. Vídeo: https://www.youtube.com/watch?v=cfnrfcaa6yq
Propriedades coligativas Para que a osmose ocorra a membrana deve ser semipermeável. O que isso significa? Membranas permeáveis: são membranas que deixam difundir o solvente e o soluto. Membranas semipermeáveis: são membranas que deixam difundir apenas o solvente, impedindo a difusão do soluto. Membranas impermeáveis: são membranas que não deixam difundir nem o solvente e nem o soluto. Os fenômenos da osmose só ocorrerão quando a membrana for semipermeável. Se a membrana for permeável, deixando passar soluto e solvente, não há fenômeno de natureza osmótico.
Propriedades coligativas É possível impedir a ocorrência da osmose? Querendo se impedir que a osmose ocorra, é preciso exercer uma pressão sobre o sistema no sentido inverso ao da osmose e de intensidade mínima à pressão que o solvente faz para atravessar a membrana semipermeável. A essa pressão, capaz de impedir o fenômeno da osmose, dá-se o nome de pressão osmótica. Com o tempo, a osmose começa a ocorrer e o solvente do lado esquerdo começa a passar para a solução do lado direito até que a altura da solução exerce uma pressão sobre a membrana que impede que o solvente continue passando por ela, por essa razão, a osmose para. Essa pressão é a pressão osmótica.
Propriedades coligativas É possível impedir a ocorrência da osmose? Se quiséssemos que essa osmose não tivesse nem ao menos começado, era só ter exercido, no início, uma pressão sobre o lado direito do tubo (sobre a solução) com intensidade igual à pressão osmótica para a solução em questão. Desse modo, o fluxo de solvente ficaria impedido e a osmose não ocorreria. Pressão Osmótica (π) é a pressão que se deve aplicar à solução para não deixar o solvente atravessar a membrana semipermeável. Quanto mais concentrada for a solução ou quanto maior for a diferença de concentração entre as duas soluções que estão separadas por uma membrana semipermeável, maior será a pressão osmótica que deverá ser exercida para que a osmose não ocorra.
Propriedades coligativas Soluções de mesma pressão osmótica são chamadas de isotônicas. Em soluções de diferentes pressões osmóticas, a solução de menor pressão (menor quantidade de soluto) é chamada de hipotônica e a de maior pressão (maior quantidade de soluto) é chamada de hipertônica. Nas soluções com concentrações diferentes de soluto haverá um maior fluxo de água da solução hipotônica para a hipertônica, até que as duas soluções se tornem isotônicas.
Propriedades coligativas Aplicação da osmose Dessalinização da água pela osmose reversa A osmose reversa, acontece em sentido contrário ao da osmose. Nela, o solvente se desloca no sentido da solução mais concentrada para a mais diluída. Para realizar a osmose reversa, a água é submetida a grandes pressões (pressão osmótica), o que em geral só se consegue com auxílio de motores elétricos, o que encarece o custo do processo. Exercícios p. 131 11, 12 e 13. Vídeo: https://www.youtube.com/watch?v=q-j5i9iijcs Osmose reversa Membrana semipermeável Solução concentrada Difusão da água Solução diluida Filtro da osmose reversa
Propriedades coligativas A medição da pressão osmótica de uma solução consiste no objeto de estudo da osmometria. Esta por sua vez, consiste em uma propriedade coligativa. As propriedades coligativas são propriedades de uma solução que dependem da concentração de partículas do soluto e não da sua natureza. As propriedades coligativas incluem: (1) osmometria; (2) tonoscopia; (3) ebulioscopia e (4) crioscopia. Resumindo, podemos dizer que a propriedade coligativa:
Propriedades coligativas Os solutos não voláteis podem ser moleculares ou iônicos. Um exemplo de soluto não volátil molecular é o açúcar (sacarose C 12 H 22 O 11 ) e de iônico é o cloreto de sódio (NaCl). Quando dissolvemos o açúcar em água, suas moléculas separam-se e ficam isoladas, por isso não conseguimos visualizá-las, mas as moléculas de C 12 H 22 O 11 estão lá dissolvidas na água. Quando colocado em água, o sal interage com as moléculas dela, tendo os seus íons separados (ocorre uma dissociação iônica). Assim, os íons Na + e Cl - ficam dispersos na água e também não são visíveis a olho nu. As partículas (moléculas ou íons) que ficam dispersas no solvente, que geralmente é a água, são as responsáveis por mudanças em determinadas propriedades do solvente.
Tonoscopia ou tonometria O efeito tonoscópico é a diminuição da pressão de vapor de um líquido quando um soluto não volátil é adicionado a ele. Construindo o conceito de pressão de vapor Todo sistema que contém um líquido está sujeito à evaporação (passagem do estado líquido para o estado de vapor). A água evapora quando as moléculas que estão em sua superfície adquirem energia suficiente para romper as ligações intermoleculares (ligações de hidrogênio) feitas com outras moléculas, escapando assim do líquido. Vídeos: https://www.youtube.com/watch?v=wclle2ui9i4 https://www.youtube.com/watch?v=0ctqihmw7xa Mas o que ocorre se o recipiente estiver fechado? As moléculas de uma substância líquida estão em constante movimento, sob qualquer temperatura. Porém, algumas dessas moléculas se movimentam com mais velocidade do que outras e, por esse motivo, podem fugir do líquido e passar para a atmosfera sob a forma de vapor.
Tonoscopia ou tonometria Assim como ocorre com a roupa secando no varal, as moléculas de água do recipiente fechado também escapam do líquido, mudando para o estado gasoso. Na forma de vapor, a velocidade com que as moléculas se movimentam é bem maior do que na fase líquida, o que provoca um maior número de colisão entre elas e contra as paredes da garrafa e, com isso, algumas dessas moléculas voltam ao estado líquido. A passagem de uma substância do estado gasoso para o estado líquido é chamada de condensação. Evaporação Condensação Num dado momento, a velocidade com que as moléculas evaporam se iguala à velocidade com que os seus vapores se condensam, por isso, temos a sensação de que a vaporização parou de ocorrer. Nesse momento, então, podemos dizer que o líquido e os vapores entraram em equilíbrio dinâmico e que a pressão de vapor do líquido foi atingida.
Tonoscopia ou tonometria Podemos definir a pressão de vapor da seguinte forma: É a pressão exercida pelo vapor de uma substância líquida no líquido quando ocorre o equilíbrio entre essas fases. A pressão de vapor é uma propriedade medida apenas no equilíbrio líquido-vapor. Vídeo: https://www.youtube.com/watch?v=ddlrctobzp Y Em (a) não há pressão de vapor. Em (b) a pressão de vapor é observada pelo desnível do barômetro (Δh)
Tonoscopia ou tonometria Ao contrário do que se pensa a pressão de vapor não está associada ao volume do líquido, mas sim a sua natureza e à temperatura. 1) Natureza do líquido: Forças intermoleculares mais intensas, como é o caso das pontes de hidrogênio, provocam maior aderência entre as moléculas, tornando o líquido menos volátil, logo, sua pressão de vapor será menor. Por outro lado, quando a interação entre as moléculas é menos intensa, como nas forças de Van der Waals, o líquido é mais volátil, pois ligações fracas são rompidas com maior facilidade. As interações entre as moléculas de água são mais forte s do que entre as moléculas do etoxietano. A 30 C a pressão de vapor do etoxietano é maior do que a da água. Isso se deve a força das interações entre as moléculas.
Tonoscopia ou tonometria Ao contrário do que se pensa a pressão de vapor não está associada ao volume do líquido, mas sim a sua natureza e à temperatura. 2) Temperatura Com o aumento da temperatura, a velocidade de agitação das moléculas também aumenta. Elas ganham mais energia cinética e se desprendem com maior facilidade. Assim, quanto maior a temperatura, maior será a pressão de vapor da substância.
Tonoscopia ou tonometria Exercícios p. 122 1, 2 e 3 Agora que sabemos o que é a pressão de vapor, podemos avaliar como a presença do soluto afeta a pressão de vapor do solvente. Quando preparamos uma mistura de água e açúcar, por exemplo, as moléculas de açúcar dissolvem-se porque são polares como as moléculas de água. Elas interagem umas com as outras por meio de forças intermoleculares, o que dificulta que as moléculas de água da superfície do líquido passem para o estado de vapor e escapem do solvente.