PROPRIEDADES COLIGATIVAS Introdução São chamadas de propriedade coligativas das soluções aquelas que se relacionam diretamente com o númerode partículas de soluto que se encontram dispersas (dissolvidas) em um determinado solvente. Durante o estudo de cada umas das propriedades coligativas, será necessário sempre comparar o comportamento da solução com o respectivo solvente puro. Para ilustrar um exemplo de tal comparação, verifique que ao se aquecer a água pura, ao nível do mar, a temperatura de ebulição da água (solvente puro) é igual a 100ºC. No entanto, quando se aquece uma solução aquosa de NaCl, percebe-se que o ponto de ebulição da água sofre um aumento. A elevação do ponto de ebulição da água na solução aquosa foi ocasionada pela presença do soluto. Com isso, percebe-se que a adição de um soluto irá produzir efeitos em alguma propriedades físicas de um solvente, que são: aumento do ponto de ebulição, diminuição do ponto de congelamento, diminuição da pressão de vapor, aumento da pressão osmótica. Tais efeitos são conhecidos como efeitos coligativos, dependem exclusivamente de concentração (quantidade) de partículas que sem encontram dispersas em um solvente. Os efeitos coligativos definem as quatro propriedades coligativas importantes que serão apresentadas em nosso estudo São elas: • Tonoscopia • Ebulioscopia • Crioscopia • Osmometria
•
Pergunte ao
ele sempre responderá a seguinte
pergunta: O que ocorre quando aumentamos o número de pertículas do soluto? Antes de iniciar o estudo de cada uma dessas propriedades, é necessário aprender a calcular o número de partículas de soluto que estão dissolvidas em solução. 1º.) Cálculo em soluções moleculares O número de partículas (moléculas) dissolvidas é igual ao número de partículas que se encontram em solução. Exercício resolvido: Calcular o número total de partículas de sacarose ( C12H22O11) em 1L de solução concentração igual a 2 mol/L. Resolução Em cada litro de solução há 2 mols de sacarose dissolvidos. Logo: 2
1mol (C12H22O11 )----- 6,2 . 10²³ moléculas (partículas) 2mols ----- X X = 12,04 . 10²³ moléculas (partículas) de sacarose dissolvidas em 1 L de solução. Exercício resolvido: •
Calcular o numero de partículas dissolvidas em 1 L de uma solução de Al2 (SO4 )3 , cujo grau de dissociação é igual a 60%
Resolução Quando a solução Al2 (SO4 )3 é dissolvida em água, é importante perceber a seguinte dissociação, considerando, inicialmente, que a = 100%
Considerando que o grau de dissociação do Al2 (SO4 )3 = 60%, é obtido:
1º. passo: número de partículas liberadas na dissociação. 1 mol de Al2 (SO4 )3 ----- 5. 6,02 . 10²³ partículas (íons) 0,6 mol ----- ----X X = 18,06 . 10²³ partículas (íons) liberadas. 2º. passo: número de partículas não dissociadas. 1 mol de Al (SO ) ----- 6,02 . 10²³ partículas 0.4 mol ----- Y Y = 2,41 . 10²³ partículas não dissociadas 3º. Passo: numero total de partículas. X+Y = números total de partículas Logo: 18,06 . 10²³ + 2,41 . 10²³ = 20,47 . 10²³ partículas Para facilitar o cálculo do número de partículas, será usado um fator i, conhecido como fator de Van't Hoff. Logo, em uma solução iônica tem-se que o número total de partículas será: O número de partículas livres em solução é igual ao número de partículas dissolvidas . i. 3
Segundo o cientista holandês, conhecido como Van't Hoff, tem-se: i=1 + α (q-1) em que: q = numero total de íons que se encontram livres em solução. Por meio da expressão de Van't Hoff, é possível estabelecer que: α = 0 i = 1 = solução molecular α = 1 i = q = solução iônica em que a = 100%, ou seja há apenas íons em solução Jacobus Henricus Van't Hoff é considerado um dos fundadores da fisico-química moderna. Seus estudos sobre sistemas gasosos e soluções diluídas deram origem às leis da osmometria. Por seus trabalhos, van't hoff foi agraciado, em 1901, com o primeiro premio Nobel atribuído à Química Importante: número de partículas ionizadas (dissociadas)
α=
número de partículas dissolvidas
Os ácidos, mesmo sendo substâncias moleculares, sempre formarão soluções iônicas, devido ao efeito da ionização. Exercício resolvido •
Calcular o número total de partículas existentes em 1 L de uma solução 1 M de HNO3 , considerando α = 92%.
Resolução Com base na ionização abaixo, tem-se: HNO3 2 mols de íons (partículas):
Considerando que o HNO3 possui a = 92%, tem-se: 1 mol de HNO3 0,92 mol de moléculas Ionizadas
0,08 mol de moléculas ionizadas
1º, passo: número de partículas liberadas na ionização. Liberam 1mol HNO ------ 2 . 6,02 . 10²³ partículas (íons) 0,92 mol ------ X 4
X = 11,1 .10²³ partículas (íons) liberada
2º, passo: número de partículas liberadas na ionização. 1mol de HNO3 ------2 . 6,02.10²³ partículas (moléculas) 0,08 mol ------Y Y = 0,48 . 10²³ partículas (moléculas) 3º, passo: número total de partículas X + Y = número total de partículas. Logo: 11,1 . 10²³ + 0,48 . 10²³ = 11,58 . 10²³ partículas
ATIVIDADES 01. Considerando as soluções contendo todos os solutos a seguir, calcule o numero de partículas dissolvidas para as quantidades indicadas em cada item. a. 1mol de Al2 (SO4 )3 , α = 60% b. 33g de H3PO2 , α = 50% c. 57g de C6H12O6 d. 315g de HNO , α = 92% e. 588g de H3PO4, α = 40% 02. Ao se comparar uma solução 1,0 M de açúcar ( C12H22O11) com uma outra solução 0,1M de H2SO4 (a = 100%), pede-se: a. o número de mols de partículas dissolvidas em 1 L de cada solução:
b. a relação entre o numero de partículas da solução iônica e o da solução molecular.
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Pressão de vapor A pressão de vapor é a pressão que os vapores de uma substância exercem a uma determinada temperatura em um equilíbrio entre as fases líqüido-do-vapor. Para que você possa perceber a presença de uma pressão de vapor, procure imaginar a situação descrita a seguir. Considere um frasco contendo água e outro contendo álcool, ambos no estado liquido e com o mesmo volume e à mesma temperatura. Nos dois frascos há um manômetro para medir a pressão que os vapores das duas substâncias exercerão.
Após algum tempo, observou-se que a pressão indicada para o álcool foi maior do que a pressão indicada para a água, pois no frasco 2 houve a formação de uma quantidade maior de vapores, uma vez que o álcool é uma substancia mais volátil. Logo: “Quanto mais volátil for a substância, maior será a sua pressão de vapor.” Pressão de vapor x temperatura Quando se aquece um líquido, a quantidade de vapor tende a aumentar conforme o tempo, o que fará com que a pressão de vapor também aumente. Observe o gráfico que expressa tal condição:
Em relação à temperatura, percebe-se que um líqüido entra em ebulição quando a pressão de vapor se iguala à pressão atmosférica. Com isso, chega-se à seguinte conclusão: pressão de vapor = pressão atmosférica = ponto de ebulição Como se sabe, a pressão atmosférica varia de acordo com as altitudes. No entanto, é possível afirmar que em um local de maior altitude a pressão atmosférica é menor, o que fará com que o ponto de ebulição de um líqüido diminua, pois também haverá diminuição de sua pressão de vapor. 6
Diagrama de fases Os três estados físicos, sólido, liquido e vapor, podem coexistir em equilíbrio, conforme você pode observar no diagrama abaixo.
Por meio da análise do gráfico, é possível perceber a existência de três regiões (amarela, azul e vermelha),em que qualquer ponto situado nessas regiões indica o estado fisíco no qual a substancia se encontra. O ponto que é marcado pela intersecção das curvas de aquecimento representa o chamado ponto triplo, indicando que numa mesma pressão e temperatura coexistem, em equilíbrio, as três fases.
A interpretação dos diferentes pontos assinalados no gráfico é mostrada por meio do quadro a seguir.
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Tonoscopia (tonometria) A tonoscopia representa o estudo da diminuição da pressão máxima de vapor de um solvente quando se adiciona a ele um soluto não-volátil. Em relação à pressão de vapor de um solvente puro, pode-se dizer que sempre ela será maior do que a pressão de vapor de uma solução. Com isso, é possível estabelecer a seguinte condição para as soluções: Quanto maior a quantidade de partículas em uma solução, menor será a sua pressão de vapor.
Atividades 01. Em três recipientes, A, B, C, há volumes iguais de soluções de glicose, uréia e sacarose, respectivamente. As massas de cada soluto, que foram dissolvidas, correspondem a 36 g de glicose, 12 g de uréia e 68,4 g de sacarose. Baseado nessas informações. Em qual das soluções a pressão de vapor é maior ? (Dados: massas molares: C6H12O6 = 180g/mol; CON2H4 = 60 g/mol; C12H22O11 = 342 g/mol.)
02. Para diminuir ao máximo a pressão de vapor da água, colocando-se 1 mol de soluto em 6 litros de água, qual dos solutos a seguir será o mais indicado para o processo? a.Al2(SO4)3 b. NaCl c. Fe(NO3)2 d. AlCl3 e. CaCl2
03. Após comparar duas soluções contendo, respectivamente, Na3[Fe(CN)6] (α=50%), BaCl2 (α=80%), dissolvidas em 500 g de água, indique qual das duas soluções apresenta a maior pressão de vapor ao nível do mar, sabendo que as massas que foram dissolvidas de cada sal são, respectivamente, 53,2 g e 61,8 g ?
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04. Com base nas informações do exercício anterior, responda: qual das soluções apresenta o maior ponto de ebulição ao nível do mar ?
05. A figura abaixo representa o diagrama de fases da água. Por meio dele é possível obter importantes informações sobre o equilíbrio entre as fases; as linhas presentes representam a coexistência das fases: solido-líquido, líquido-vapor e sólido-vapor. Com base no texto, some as afirmações corretas.
01. A fase sólida é a fase mais estável na região I do diagrama. 02. A fase mais estável na região III do diagrama é a fase vapor 03. No ponto B do diagrama estão em equilíbrio as fases sólida e vapor. 04. Na região II do diagrama a fase mais estável é a líquida.
Ebulioscopia (ebuliometria) Define-se ebulioscopia como o estudo do aumento do ponto de ebulição de um solvente quando se adiciona a ele um soluto não-valátil. Em relação ao ponto de ebulição de uma solução, é possível afirmar que ele sempre será maior que o ponto de ebulição do solvente puro. Assim, pode-se afirmar que: 9
Quanto maior a quantidade de partículas dispersas em uma solução, maior será o seu ponto de ebulição.
Crioscopia (criometria) O estudo do abaixamento do ponto de congelamento de um determinado solvente, devido à adição de um soluto não volátil, é possível afirmar que o ponto de congelamento da solução sempre será menor que o ponto de congelamento do solvente puto. Para compreender melhor a relação existente entre a quantidade de soluto e o abaixa mento do ponto de congelamento, é valida a seguinte informação: Quanto maior a quantidade de partículas dispersas (dissolvidas) em uma solução, menor será o seu ponto de congelamento
ATIVIDADES 01. As temperaturas de início de solidificação de três soluções, A, B e C, são, respectivamente, TA, TB e TC. As soluções em questão são aquosa, de mesma molaridade, e seus respectivos solutos são ácido acético, ácido clorídrico e sacarose. Qual das três soluções apresenta o menor ponto de congelamento ? Coloque em ordem decrescente as temperaturas de solidificação das três soluções.
02.Duas soluções aquosas, uma de glicose e outra de sacarose, contêm a mesma massa, em gramas, de soluto por litro de solução. a. Compare os valores dos pontos de congelamento dessas duas substancias com o da água pura.
b. Qual das duas soluções apresentará o menor ponto de congelamento ? Explique sua resposta. (Dados: massas molares: C16H212O6 = 180 g/mol e C12H22O11 = 342 g/mol)
03.Em países onde os invernos são rigorosos, coloca-se sobre o leito de ruas, consideradas prioritárias ao transito, uma mistura de sal, NaCl, cloreto de cálcio, CaCl2 , e areia para diminuir os riscos de derrapagens dos veículos durante os períodos de nevascas. Cada um desses produtos desempenha uma função definida, que, associadas, são muito eficientes. Explique a função de cada produto no processo.
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04. Num congelador, há cinco formas que contêm líqüidos diferentes para fazer gelo e picolés de limão. Se as formas forem colocadas, ao mesmo tempo, no congelador e estiverem, inicialmente, com a mesma temperatura, vai congelar-se primeiro a forma que contém 500ml de : a. água pura b. solução, em água, contendo 50 ml de suco de limão; c. solução em água, contendo 100 ml de 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.
05. Observe o gráfico abaixo e indique a soma das afirmativas corretas.
01. A dissolução do soluto, no liquido puro. diminui a pressão de vapor do liquido. 02. Para uma mesma pressão, a temperatura de ebulição do liquido em solução é maior que a do liquido puro 03. A pressão de vapor do liquido não varia após a dissolução do soluto. 04. Para uma mesma temperatura, a pressão de vapor do liquido puro é maior que a do líquido em solução. 05. Se o líquido fosse a água e o soluto, o açúcar, a água, na solução, entraria em ebulição abaixo de 100ºC (P = 1 atm).
Osmometria Entende-se por osmose a passagem de um solvente (líquido) por meio de uma membrana semipermeável, de meio menos, concentrado (diluído) para o meio mais concentrado. Observe o esquema abaixo, que representa um processo de osmose 11
Ao analisar a ilustração acima, é importante observar que o solvente, ao passar para o meio mais concentrado. Está realizando um processo natural da osmose. Para impedir a passagem do solvente para o meio mais concentrado, é necessário aplicar uma pressão sobre a solução concentrada. Que será chamada de pressão osmótica. Logo: Pressão osmótica é a pressão que se deve aplicar à solução para não deixar o solvente atravessar a membrana semipermeável. Para o cálculo da pressão osmótica deverá ser utilizada a seguinte expressão: π.V= n.R.T (Expressão semelhante à Equação Clapeyron) Como π . V = n . R . T , e M = n/V , l ogo; π . = M . R . T Soluções iônicas: π . = M . R . T. i em que: π = pressão osmótica em atm ou mmHg M= concentração molar R= 0,082 am . L . mol-¹ – K-1 – 62,3 mmHg . L . mol-¹ – K-¹ A aplicação da pressão osmótica só é valida para soluções diluídas, nas quais a molaridade é, aproximadamente, igual à molalidade. Exercício resolvido Calcular a pressão osmótica de uma solução da sacarose (C12H22O11), sabendo que foram dissolvidos 44,2 g desse soluto em 0,5 L de solvente a 27ºC. (massa molar do C12H22O11 = 342g/mol).
Soluções diluídas efeito efeito da mesma coligativo = coligativo . 1 molaridade iônico molecular15 E . C iônico > E . C molecular 12
Tipos de membrana 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.
Atividades 01. A pressão osmótica do sangue na temperatura do corpo, 37ºC, é de 7,62 atm. Considerando todos os solutos do sangue como sendo moleculares, calcule a molaridade total do sangue. (Dado: R = 0,082 atm . L . mol¹ .
02.Eventualmente, a solução 0,30M de glicose é utilizada em injeções intravenosas, pois tem pressão osmótica próxima à do sangue. Qual a pressão osmótica, em atm, da referida solução 37ºC ?
03. Coloque verdadeiro (V) ou falso (F) para as afirmações a seguir. a. ( ) A pressão osmótica de uma solução é diretamente proporcionam à sua temperatura absoluta em molaridade constante. b. ( ) A pressão osmótica de uma solução é inversamente proporcional à sua molaridade, à temperatura constante. c. ( ) Soluções isotônica são aquelas que possuem iguais pressões osmóticas, à mesma temperatura. d. ( ) Solução hipotônica é aquela que apresenta menor pressão osmótica quando relacionada com outra solução, à mesma temperatura. e. ( ) Solução hipertônica é aquela que apresenta maior pressão osmótica quando relacionada co outra solução, à mesma temperatura.
04. Sabe-se que 2,8g de um composto orgânico são dissolvidos em benzeno, fornecendo 500 ml de uma solução molecular que, a 27°C, apresenta pressão osmótica igual a 2,46 atm. Qual a massa molar do composto orgânico? (Dado: R = 0,082 atm . L . mol ¹ . K¹) 13
05. Sabe-se que 5,6 L de HBr gasoso nas CNTP foram dissolvidos em 1 L de água. Nas mesmas condições, qual a pressão osmótica da solução resultante, considerando-a ideal?
06. Uma solução 0,1 M de NaCl (A) e uma solução 0,1 M de sacarose (B) estão separadas por uma membrana semipermeável. Explique o que ocorrerá nesse processo. No caso de ocorrer osmose, indique o seu sentido.
07. Uma solução aquosa 0,20 molar de ácido acético tem certa pressão osmótica π. Mantendo a temperatura constante, acrescenta-se água a essa solução até que seu volume duplique. Qual a pressão osmótica da nova solução ?
08. Têm-se duas soluções aquosas, ambas de concentração igual a 0,1 M, uma de cloreto de sódio e outra de cloreto de magnésio. Em relação a essas soluções, indique, dentre as alternativas a seguir, a que contém a afirmação certa. a. A solução de cloreto de magnésio é melhor condutora de eletricidade b. Ambas as soluções têm o mesmo numero de partículas c. A solução de cloreto de sódio congela a uma temperatura inferior à da solução de cloreto de magnésio. d. Ambas as soluções apresentam a mesma pressão osmótica e. Os pontos de ebulição das duas soluções são iguais ao da água pura.
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09. Por meio da pressão osmótica não se pode explicar: a. o tingimento de roupas com corantes orgânicos (moleculares); b. a injeção de soro fisiológico isotônico na corrente sanguinea; c. a conservação de carne com sal (charque, por exemplo); d. o transporte da seiva das raizes até as folhas das plantas; e. a dificuldade de adaptação de peixes marinhos à água doce.
10. Verifique se existe isotonia entre uma solução aquosa de NaCl 0,01 M, à temperatura de 27°C, e uma solução aquosa de sacarose 0,02 M, à mesma temperatura.
11. À mesma temperatura, a solução que apresentará a mesma pressão osmótica que uma solução 0,1 M de BaCl2 (a = 100%) será: a. NaCl 0,3 M b. glicose 0,3 M c. uréia 0,9 M d. sacarose 0,1 M e. glicose 0,033 M
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