Química 2ª série EM Apostila 2 página 1 PROPRIEDADES COLIGATIVAS Os solventes puros apresentam propriedades específicas que os identificam. A água pura, por exemplo, congela a 0ºC e ferve a 100ºC ao nível do mar. Quando um soluto não volátil é adicionado a solventes puros obtemos soluções e as propriedades originais dos solventes são alteradas. Essas alterações são chamadas de efeitos coligativos, pois resultam das interações (coligações) das substâncias formando um novo sistema com características próprias diferentes das originais. Pressão máxima de vapor (P) de um líquido puro: É a pressão exercida pelo vapor quando existe um equilíbrio entre as fases líquida e de vapor, numa dada temperatura e depende, também, das forças de atração entre as moléculas do líquido. A pressão de vapor é uma medida da volatilidade de um líquido. Volatilidade é a tendência ou facilidade que uma substância química tem de passar do estado líquido para o gasoso Quando um líquido está em recipiente aberto, as suas moléculas escapam da superfície, difundem-se na atmosfera e o equilíbrio líquido vapor nunca é atingido. A pressão de vapor não depende das quantidades de líquido e de vapor presentes nem da forma e tamanho do recipiente. Influência da temperatura na pressão de vapor: Fase líquida: quanto maior a temperatura, maior a energia cinética das moléculas no estado líquido e, consequentemente, mais fácil elas passam para o estado gasoso. Fase gasosa: quanto maior a temperatura, maior a quantidade de choques entre as moléculas de vapor e a superfície líquida. Consequentemente, aumenta a pressão de vapor do líquido. Logo, a elevação da temperatura faz com que a pressão de vapor de um líquido também aumente. Diagrama de fases da água pura: (ponto triplo) Colocando-se volumes iguais de água, álcool, acetona e éter nos recipientes fechados, após certo tempo, as pressões indicadas nos manômetros correspondem àquelas exercidas pelos seus vapores numa situação de equilíbrio em que a velocidade de vaporização é igual à velocidade de condensação. A pressão total interna do sistema (P) é igual à soma da pressão atmosférica no momento do fechamento do recipiente (P atm) mais a pressão de vapor (P v) na temperatura T. [ P = Patm + Pv ] LÍQUIDO vaporização condensação VAPOR Equilíbrio dinâmico Quando é estabelecido o equilíbrio dizemos que os vapores são saturantes e, para que uma certa quantidade de moléculas possa evaporar, uma mesma quantidade de moléculas do vapor terá que se condensar. O aumento da temperatura aumenta a pressão de vapor saturante, pois aumenta a energia cinética das moléculas do líquido. Quando a pressão de vapor se iguala à pressão atmosférica local o líquido entra em ebulição. ( P v = P atm) O diagrama de fases da água permite avaliar o estado físico de uma amostra de água em função da pressão e da temperatura a que está submetida. Também permite prever como pressão e/ou temperatura devem ser alteradas a fim de provocar mudanças de estado físico numa amostra de água. Exemplos de temperatura de ebulição da água em função da pressão (P em mmhg): T - 10 0 10 20 30 60 90 100 ºC P 2,15 4,46 9,21 17,7 31,8 149 525 760 Exemplos práticos: vídeo 1 video 2 1- café solúvel (desidratação a frio) O pó de café é adicionado à água sob agitação. O conjunto é submetido a uma filtração para eliminar a porção insolúvel do pó. A solução restante (água + porção solúvel do pó) é congelada e colocada numa câmara de vácuo. Os cristais de gelo formados sublimam, à pressão constante, com um leve aumento da temperatura (linha pontilhada no gráfico, não passam pela fase líquida), restando um produto isento de água e com suas propriedades inalteradas, o que não ocorreria caso a água fosse eliminada por fervura. 2- deslizando sobre o gelo: Uma explicação usada por alguns para o deslizamento dos patins sobre o gelo está relacionada a uma fina camada de água no estado líquido que se forma devido à pressão exercida pelas lâminas dos patins, pressão esta que provoca a fusão momentânea do gelo, à temperatura constante, (linha tracejada no gráfico).
Química 2ª série EM Apostila 2 página 2 EFEITOS COLIGATIVOS Tonoscopia: Quando adicionamos um soluto não volátil a um solvente surgem interações entre eles, dificultando a evaporação do solvente. A redução do número de moléculas no estado gasoso resulta na diminuição da pressão de vapor do líquido. A presença das partículas de soluto dificultam a evaporação do solvente diminuindo a pressão de vapor. Ebulioscopia: Como já vimos, a pressão de vapor de um líquido se eleva com o aumento da temperatura e entra em ebulição quando sua pressão de vapor se iguala à pressão externa. Como a adição de um soluto não volátil num solvente abaixa sua pressão de vapor, é necessário um aumento de temperatura para que o solvente na solução entre em ebulição. Durante a ebulição de uma solução, são rompidas as interações mais fracas (solvente) e a solução torna-se mais concentrada. Com isso, aumentam as interações soluto-solvente e menos moléculas do solvente passam para o estado de vapor. A temperatura de ebulição de uma solução é maior que a do solvente puro e, também, não é fixa, pois vai aumentando a medida que o solvente se evapora. torna-se necessário retirar mais energia (calor) para que o movimento das moléculas do solvente diminua. Dessa forma, a temperatura de congelamento de uma solução é menor do que a temperatura de congelamento do solvente puro. Resumo: A adição de solutos não-voláteis ao solvente forma uma solução provocando os seguintes efeitos coligativos: 1- abaixamento da pressão de vapor: tonoscopia 2- abaixamento da temperatura de congelamento: crioscopia 3- elevação da temperatura de ebulição: ebulioscopia. Estas são chamadas Propriedades Coligativas e não dependem da natureza das substâncias mas do número das partículas dispersas do soluto por unidade de massa do solvente. Ex.: A adição de etilenoglicol à água do radiador dos carros aumenta sua temperatura de ebulição (previne a fervura) e diminui sua temperatura de congelamento (permite dar partida nos carros em dias frios). Trabalhador espalha sal na neve para derretê-la. Osmose e Pressão Osmótica: Osmose é a propriedade pela qual um solvente passa de uma solução pouco concentrada (ou solvente puro) para outra solução mais concentrada através de uma membrana semipermeável. Essa passagem é dotada de uma força que se reflete na forma de pressão sobre um líquido. Isso ocorre porque existe um desequilíbrio entre as forças de atração das moléculas do soluto e as do solvente. A pressão osmótica (π) é a pressão que deve ser aplicada sobre a solução para evitar que a osmose ocorra. ebulição é mais baixa. Obs.: Quanto maior a altitude geográfica, menor será a pressão atmosférica local. Havendo menor pressão sobre o líquido mais facilmente seus vapores conseguem escapar (evaporar) e, como conseqüência, a temperatura de Crioscopia: Quando uma solução congela, o que solidifica é o solvente separando-se do soluto. A presença das partículas do soluto muda as forças de atração entre as partículas de solvente e interfere na organização do cristal sólido do solvente. Assim,
Química 2ª série EM Apostila 2 página 3 Uma visão ulltramicroscópica do funcionamento de uma membrana semi-permeável: difusão Máquina que realiza osmose reversa Exercícios: A pressão osmótica é diretamente proporcional à concentração das partículas do soluto dissolvidas na solução e à temperatura, e pode ser calculada a partir da altura hmax, pois neste instante (b) a pressão atmosférica mais a pressão da coluna de solução impedem a entrada de mais solvente. Na osmose, o solvente passa efetivamente da solução de menor pressão osmótica para a de maior pressão osmótica. π solvente π 01) Tendo em vista o momento em que um líquido se encontra em equilíbrio com seu vapor, leia atentamente as afirmativas abaixo: I. A evaporação e a condensação ocorrem com a mesma velocidade. II. Não há transferência de moléculas entre o líquido e o vapor. III. A pressão de vapor do sistema se mantém constante. IV. A concentração do vapor depende do tempo. Das afirmativas acima, são corretas: a) I e III. b) II e IV. c) II E III. d) I e II. e) III e IV. É POSSÍVEL FERVER ÁGUA SEM AQUECÊ-LA? A água ferve sem necessidade de aquecimento nas grandes altitudes. A 27000 m, a água entra em ebulição naturalmente, sem necessidade de ser aquecida, devido à baixa pressão em que se encontra submetida. O solvente de uma solução evapora menos facilmente (π menor) e a água pura evapora mais facilmente (π maior), portanto, o solvente vai se transferindo para a solução provocando nesta uma diluição. Se for aplicado uma pressão maior que a osmótica realiza-se a osmose reversa. Neste caso o solvente sai da solução mais concentrada para a mais diluída. Este é um processo de dessalinização da água do mar para produzir água potável. 02) Temos uma solução de partes iguais de 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.
Química 2ª série EM Apostila 2 página 4 03) Os frascos de éter, se não forem bem fechados, ficam vazios em pouco tempo, porque: I. Se forma um composto muito estável entre as moléculas de éter e o oxigênio do ar, favorecendo assim a vaporização. II. A pressão de vapor do éter é alta. III. O éter forma uma mistura azeotrópica com o ar, o que favorece sua vaporização. Está(ão) correta(s): a) I apenas. b) II apenas. c) I e III apenas. d) II e III apenas. e) I, II e III. 04) Aquecendo água destilada, numa panela aberta e num local onde a pressão ambiente é 0,92atm, a temperatura de ebulição da água: a) será inferior a 100 C. b) depende da rapidez do aquecimento. c) será igual a 100 C. d) é alcançada quando a pressão máxima de vapor saturante for 1 atm. e) será superior a 100 C. 05) Devido à sua altitude, a pressão atmosférica no topo do Pico da Bandeira é menor do que 1 atm. Entretanto, ao nível do mar pode ser considerada igual a 1 atm. Em um recipiente aberto: a) A água entra em ebulição a 100 ºC, tanto no topo do Pico da Bandeira como ao nível do mar. b) A temperatura de ebulição da água é maior do que 100 ºC no Pico da Bandeira. c) A temperatura de ebulição da água é menor do que 100 ºC no Pico da Bandeira. d) A temperatura de ebulição da água é maior do que 100 ºC ao Nível do Mar. e) A temperatura de ebulição da água é menor do que 100 ºC ao Nível do Mar. 06) Aquece-se uniformemente uma solução aquosa de cloreto de sódio sob pressão de uma atmosfera. Qual dos gráficos a seguir melhor representa a temperatura da solução em função do tempo? 07) O diagrama abaixo se refere a três líquidos A, B e C. 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 08) Considere que sejam feitas as seguintes afirmações em relação à pressão de vapor saturante de líquidos e/ou sólidos, observando o diagrama de fases da água: 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
Química 2ª série EM Apostila 2 página 5 09) 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: Propriedades: Soluções de Solúveis no sangue................. A,B,C Iônicas........................... A,B Moleculares....................... C,D Pressão osmótica igual à do sangue..... A,C Pressão osmótica maior que a do sangue. B,D 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 c. B, C e D d. B e D e. A e C 10) O gráfico abaixo mostra a variação de pressão de vapor de algumas substâncias (Pvapor, em mm de Hg, no eixo das ordenadas) em relação à temperatura (T, em graus Celsius, no eixo das abscissas). 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 20 40 60 80 100 120 Qual entre essas substâncias é a mais volátil? a) 1 b) 2 c) 3 d) 4 e) 5 11) Em um cilindro de aço de capacidade máxima de 4 litros, previamente esvaziado, munido de um êmbolo móvel, coloca-se 1 litro de água pura. Uma vez atingido o equilíbrio, a uma dada temperatura, a pressão de vapor de água é registrada no manômetro instalado no cilindro. Relativamente às proposições: 1) a pressão de vapor de água pura não depende da quantidade de vapor entre a superfície líquida e as paredes do êmbolo móvel; 2) a pressão de vapor da água pura não depende da quantidade de líquido presente no cilindro; 3) o aumento da temperatura acarreta um aumento na pressão de vapor da água pura; 1 2 3 4 5 4) ao substituirmos a água por igual quantidade do éter puro a pressão registrada no manômetro resulta a mesma da água pura. São verdadeiras: a) 3 b) 3 e 4 c) 1, 2 e 4 d) 1, 3 e 4 e) 1, 2 e 3 12) O éter etílico, apesar de tóxico, já foi muito usado como anestésico local por esportistas, pois alivia rapidamente dores causadas por torções ou impactos (pancadas). Ao entrar em contato com a pele, o éter evapora rapidamente, e a região que entrou em contato com o líquido resfria-se (fica gelada ). Sobre a situação escrita acima, é INCORRETO afirmar que: a) o éter etílico é um líquido de alta pressão de vapor. b) o fato de o corpo de uma pessoa que está em atividade física estar mais quente que o corpo de uma pessoa em repouso contribui para uma evaporação mais rápida do éter. c) o éter etílico é um líquido volátil. d) ocorre transferência de calor do líquido para o corpo do atleta. e) o etanol também poderia ser utilizado para a mesma finalidade, mas sem a mesma eficiência. 13) Mesmo em dias sem sol, o banho de mar provoca sede. Seguem-se as afirmações: I. A concentração salina da água do mar é mais alta do que nas soluções corporais. Em conseqüência, a imersão prolongada no mar provoca saída de água do corpo para a solução mais concentrada (a água do mar). A sede é um recurso natural do organismo para repor a água perdida por esse meio. II. A concentração salina da água do mar é mais baixa do que as soluções corporais. Em conseqüência, a imersão prolongada no mar provoca absorção de energia dos raios solares que ficaram retidos durante os dias de sol, provocando, assim, a sede. III. Em dias sem sol, a imersão prolongada no mar provoca o fenômeno conhecido como crioscopia, muito usado na indústria de sorvetes, onde se emprega a salmoura, uma solução saturada de sal marinho. Dessas afirmações, apenas: a) I e II são corretas. b) I e III são corretas. c) I é correta. d) III é correta. e) II e III são corretas. Respostas: 01) a ; 02) b ; 03) b ; 04) a ; 05) c ; 06) c ; 07) e ; 08) d ; 09) e ; 10) a ; 11) e ; 12) d ; 13) c ;