Slide - Propriedades Coligativas - 2023-2

Propriedades coligativas Estuda a alteração nas propriedades físicas do solvente devido à presença de um soluto  Abaixamento da pressão de vapor  Elevação do ponto de ebulição (p.e.) e abaixamento do ponto de congelamento (p.f.)  Osmose Pressão de vapor de dois componentes voláteis Estas alterações não dependem da natureza do soluto 1 UTILIZAÇÃO DAS LEIS DOS GASES IDEAIS líquido gás 1 atm PVapor (mmHg) T(oC) 25 50 75 100 500 1000 34,6oC 78,4oC 100oC 760 água A pressão de vapor de alguns solventes em função da temperatura – equação de Clausius-Clapeyron 2 Pressão de vapor do solvente puro          2 1 0 vap 1 2 1 1 R H P ln P T T Abaixamento da pressão de vapor François-Marie RAOULT LEI DE RAOULT P = Xsolvente PPuro P – pressão de vapor do solvente sob solução Xsolvente – fração molar do solvente na solução Ppuro – pressão de vapor do solvente puro líquido vapor Ppuro Ppuro depende da: - natureza do líquido - condições (P, T) equilíbrio líquido+soluto vapor P<PPuro equilíbrio Soluto não volátil Tendência de escape 3 4 P = P- Ppuro= XsolventePpuro-Ppuro= (Xsolvente-1)Ppuro= -(1-Xsolvente)Ppuro P =-XsolutoPpuro P = Xsolvente PPuro P – pressão de vapor do solvente sob a solução Xsolvente – fração molar do solvente na solução Ppuro – pressão de vapor do solvente puro Exemplo 1 (a) Determine a pressão de vapor d’água a 20oC de uma solução preparada pela dissolução de 10,00 g de sacarose (não-eletrólito), C12H22O11 em 100,0g de água. (PH2O a 20oC=17,54 Torr; mmolar sacarose=342,3 g.mol-1; mmolar H2O=18,02 g.mol-1). (b) Calcule a variação da pressão. Resposta: 17,45 Torr (a) (b) 5 Xsacarose  ,0 005237 Solução hipotética que obedece a Lei de Raoult em todas as concentrações: solução ideal 6 Elevação do ponto de ebulição e abaixamento do ponto de congelamento Pressão Temperatura Pressão de vapor da solução Pressão de vapor do solvente puro p.c.do solvente p.c.da solução Te 1atm |P|aT líquido sólido vapor p.e.do solvente p.e.da solução 7 P Tf P =-XsolutoPsolvente puro |P| =XsolutoPsolvente puro |P| aT |P| = P1 0- P1 = P1 0 - X1P1 0 = P1 0(1-X1) = P1 0X2 Solvente = componente 1; soluto = componente 2 T = P1 0X2/a= K’e.X2 |P| = P1 0X2 Se n2 é pequeno: (kg) m n K x /1000 m n 1000/M K' /M m n K' K' X ΔT /M m n /M m /M m n n n n n X 1 2 e 1 2 M1 e M1 1 2 e 2 e e M1 1 2 M1 1 M2 2 1 2 1 2 2 2          2 f f 2 e e K ΔT K ΔT m m   Ke e Kf são as constantes dos pontos de ebulição ou congelação molal Te=Te fin-Te in ; Tf= Tf fin-Tf in=Tf in-Tf fin sendo X1 e X2 a fração molar do solv. e soluto na solução aT = P1 0X2 8 Ke da água = 0,51 oC.molal-1; Kf da água = 1,86 oC.molal-1; (molal=kg/mol) Exemplo 2 A temperatura de congelação do benzeno é 5,40oC. Quando se dissolve 1,15g de naftaleno em 100g de benzeno, a solução tem um ponto de congelamento de 5,12oC. Qual é o massa molar do naftaleno? (Kf benzeno = 5,12 oC.molal-1 ou 5,12oC.kg/mol) Resposta: 210,2857 g/mol Determinando a massa molar crioscopicamente Normalmente encontrados na literatura 9 10 0,28 C 5,12-5,40 ΔT o f   T(oC) Exemplo: Variação da temperatura de congelação do benzeno T(oC) e T(K) T(K) Tinicial=Tf quando puro = 5,40+273=278,4 K Tfinal=Tf quando em solução = 5,12+273=278,12 K 0,28 K 278,12- 278,40 ΔTf   ΔT em C é numericamente igual à ΔT em K o  11 Exemplo 3 A adição de 0,24 g de enxofre a 100 g de tetracloreto de carbono abaixa o ponto de congelação deste último de 0,28oC. Quais são as massa molar e fórmula molecular do enxofre? (Dados: constante do ponto de congelação do CCl4=29,8K.kg.mol-1) 12 Resposta: S8 255,4286g / mol m molar enx  Fator i de van’t Hoff m m f f e e i.K ΔT i.K ΔT   i é determinado experimentalmente; Para solução diluida i=2 para MX; i=3 para MX2 etc (i=1 para não eletrólitos) Para uma substância tipo MX que está 5% ionizada: i=0,05x2+0,95x1=1,05 (eletrólitos fracos) Para solução eletrolítica: Exemplo 4 Quantos mols de íons estão presentes em uma solução aquosa que contém 0,25 mol de CoCl3, assumindo dissociação completa? Calcule o fator i. 13 Como é um sal e dissocia completamente ao dissolver em água: CoCl3  Co3+ (aq) + 3Cl- (aq) Como é um sal e dissocia completamente em água: i=4 MX NaCl  Na+ + Cl- MX2 CaCl2  Ca2+ + 2Cl- Osmose solução solvente Membrana semipermeável iRTM π  solução solvente h Equação de van’t Hoff A pressão é suficiente para empurrar uma coluna de água (p.ex.) de 2m (0,24 atm) 14 V=nRT   = RTn/V = RTM sendo M a molaridade do soluto Exemplo 5 Qual é a pressão osmótica de uma solução aquosa de sacarose 0,120 mol/L a 298K? Exemplo 6 Qual é a pressão osmótica de uma solução aquosa de KCl(aq) 0,0100mol/L a 298K? 15 2,9344 atm π  Exemplo 5 Como sacarose é uma molécula orgânica que não dissocia em água, i=1 Exemplo 6 π  0,48906 atm Pressão de vapor: mistura de binária (2 componentes voláteis) Solução ideal: quando 2 líquidos miscíveis são misturados e não há liberação ou absorção de calor. Ambos obedecem a Lei de Raoult em toda a amplitude de concentração. P1 = X1P1 0 e P2 = X2P2 0 P = P1 + P2 = X1P1 0 + X2P2 0 sendo X1 e X2 a fração molar dos líquidos na solução Pressão X2 P1 0 P2 0 P P1 P2 P2 P1 0 0,5 1,0 16 P2 P1 P1 P2 P2 P1 Pressão X2 P1 0 P2 0 P P1 P2 P2 P1 0 0,5 1,0 Exemplo: Tolueno (1) + Benzeno (2) P1 0=22 Torr e P2 0=75 Torr 17 Exemplo 7: (a) Calcule a pressão de vapor a 25oC de uma solução de tolueno em benzeno na qual a fração molar de benzeno é de 0,67; (b) Calcule a fração molar de tolueno e benzeno no vapor. (Dados: Ptol 0=22 Torr e Pbenz 0=75 Torr) (considere que forma uma solução ideal) (a) X1+X2=1 2 1 1 X1 n n n   2 1 2 X2 n n n   1 X 2 1 2 1 2 1 2 2 1 1 2 1          n n n n n n n n n n X Composição na fase vapor 0,874 X 0,126 X V2 V1   sendo XV1 e XV2 a fração molar na fase vapor 18 (b) Quando X2=0,874 P1 = X1P1 0=0,126.22=2,77 Torr P2 = X2P2 0=0,874.75=65,55 Torr P= P1 + P2 = 2,77+65,55 = 68,32 Torr PV1=2,77/68,32=0,04 PV2=65,55/68,32=0,96 19 Coluna de vigreux (existem maiores) Pratos teóricos 1 - tolueno 2 - benzeno X1=0,33 X2=0,67 XV1=0,126 XV2=0,874 XV1=0,04 XV2=0,96 Solução não ideal Mistura binária acompanhado da liberação de calor (mistura tem menor energia que no estado puro) Pressão X2 P1 0 P2 0 P P1 P2 0 0,5 1,0 Exemplo: acetona(1)+clorofórmio(2) 20 Mistura binária acompanhado da absorção de calor (mistura tem maior energia que no estado puro) Pressão X2 P1 0 P2 0 P P1 P2 0 0,5 1,0 Exemplo: acetona(1)+CS2(2) Em X1=0,35 ou X2=0,65, a composição do vapor = líquido: Não é possível separar por destilação (composição azeotrópica) 21