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FÍSICOQUÍMICA Sandra Miceli Sicchierolli Cintra 41 4 PROPRIEDADES COLIGATIVAS Apresentação A temperatura e a pressão são fatores importantíssimos na definição dos estados físicos das substâncias e de algumas de suas propriedades Considere um líquido não volátil como a água mantido à 25ºC e 1 atm de pressão polar inodoro insípido com densidade igual a aproximadamente 1gmL Se alterarmos a temperatura eou pressão ocorrerão mudanças na interação das moléculas levandoas até a solidificação ebulição e em casos extremos a alteração das ligações entre seus átomos decompondoas devido às mudanças na estrutura interna dessas moléculas Um exemplo de decomposição de moléculas ocorreu durante o acidente nuclear em Fukushima no Japão após o terremoto que foi seguido por um tsunami o sistema de resfriamento dos reatores foi danificado e ocorreu um superaquecimento da água com formação de vapor de alta temperatura com liberação de gás hidrogênio que é altamente inflamável e causou várias explosões Neste bloco vamos estudar as propriedades coligativas das soluções Estas são propriedades físicas que dependem única e exclusivamente do número de partículas de soluto em um solvente e não dependem da sua natureza 41 TONOSCOPIA 411 diagrama de fases Para entender melhor as propriedades coligativas vamos rever alguns conceitos relacionados às propriedades físicas das substâncias A temperatura na qual ocorre a mudança de estado físico de uma substância pode ser usada para caracterizála e durante a mudança estado físico ocorre um equilíbrio entre as fases envolvidas e a temperatura permanece constante Se variarmos a pressão a mudança de estado físico pode ocorrer em diferentes temperaturas Observe o diagrama de fases representado abaixo 42 Diagrama de fases As curvas do diagrama de fases indicam as condições de temperatura e pressão nas quais duas fases estão em equilíbrio O ponto de intersecção das três linhas é chamado ponto triplo e ele indica a condição de pressão e temperatura na qual as três fases estão em equilíbrio Outro dado importante que pode ser obtido por meio de um diagrama de fases é o chamado ponto crítico Para valores acima deste ponto de pressão e temperatura não há mais os estados líquido e vapor e sim uma única fase que ocupa todo o recipiente a do gás Na forma gasosa a matéria não pode ser liquefeita somente por um aumento da pressão ou uma diminuição da temperatura 412 Pressão máxima de vapor Observe a figura abaixo na qual está representado o processo de vaporização de um solvente No equilíbrio as velocidades de vaporização e condensação são iguais Cada solvente apresenta uma velocidade de vaporização diferente esta variação influencia na volatilidade da substância 43 Em um sistema em equilíbrio à temperatura constante a concentração das moléculas de vapor não varia com o tempo e a pressão exercida pelo vapor sobre o líquido é constante Denominamos pressão máxima de vapor a pressão exercida pelo vapor sobre o líquido em equilíbrio Líquidos diferentes à uma mesma temperatura apresentam pressões máximas de vapor também diferentes uma vez que esta propriedade depende das forças intermoleculares da substância no estado líquido 44 A tabela abaixo mostra os valores das pressões de vapor da água do álcool etílico e do éter Pressão máxima de vapor a 20C Água l água v 175 mmHg Álcool l álcool v 44 mmHg Éter l éter v 442 mmHg Se compararmos os valores das pressões de vapor da água do álcool etílico e do éter podemos deduzir que no éter as interações entre suas moléculas são mais fracas portanto este é o líquido mais volátil e que apresenta uma maior pressão de vapor Já na água como as interações moleculares são mais intensas ela é a substância menos volátil e com menor pressão de vapor O gráfico a seguir representa um experimento realizado em sistema fechado provido de um manômetro para se determinar a pressão interna do recipiente em uma determinada temperatura As pressões representadas no gráfico correspondem àquelas exercidas pelos vapores em função da temperatura Esses dados demonstram que quanto maior a temperatura maior é a pressão de vapor do líquido 45 413 Definição de tonoscopia As propriedades coligativas provêm da diminuição do potencial químico do solvente líquido provocado pela presença de um soluto Atkins p5B2 A solução obtida após a adição de um solvente não volátil apresenta propriedades diferentes das do solvente puro As propriedades coligativas dependem unicamente da quantidade de soluto presente na solução e na interação dessas particulas com o solvente Quanto maior a quantidade de soluto maior será a dificuldade para o solvente passar para o estado de vapor A tonoscopia ou tonometria estuda a diminuição da pressão máxima de vapor de um solvente quando se adiciona um solvente não volátil A pressão de vapor de um líquido depende somente da quantidade de solvente na fase de vapor Portanto a pressão de vapor da água pura é maior se comparada com uma solução de sacarose já que as partículas dissolvidas de sacarose impedem a evaporação do solvente Quanto maior a quantidade de soluto dissolvido menor será a pressão de vapor uma vez que na superfície do líquido teremos menos partículas de solvente disponíveis para passar para o estado de vapor 42 Ebuliometria Temperatura de Ebulição de um Líquido A temperatura de ebulição depende da pressão exercida sobre o líquido Nesta temperatura a pressão de vapor do líquido se iguala à pressão que atua sobre a sua superfície Quando o recipiente estiver aberto ao atingir a temperatura de ebulição a pressão máxima de vapor do líquido PMV se iguala à pressão atmosférica do local ou seja PMV Patmosférica 46 Em cidades localizadas ao nível do mar como Rio de Janeiro Salvador e Recife a temperatura de ebulição da água é 100ºC porém em cidades acima do nível do mar a água entra em ebulição a uma temperatura mais baixa Fonte DUTRA SD Ebuliometria é a propriedade coligativa que estuda a elevação da temperatura de ebulição do solvente em uma solução quando a ele é adicionado um soluto não volátil Quando dissolvemos uma substância não volátil em um líquido dificultamos a sua vaporização pois devido as interações entre as partículas a pressão máxima de vapor do líquido diminui alterando as temperaturas de fusão e de ebulição Portanto a dissolução de um soluto não volátil em um solvente irá provocar um aumento da temperatura de ebulição do solvente chamado de efeito ebulioscópico 43 Crioscopia É a propriedade coligativa que estuda o abaixamento da temperatura de congelação do solvente em uma solução quando a ele é adicionado um soluto não volátil Quando dissolvemos uma substância não volátil em um líquido dificultamos a sua solidificação pois com as interações entre as partículas a pressão máxima de vapor do líquido diminui alterando a temperatura de fusão Portanto a dissolução de um soluto não volátil em um solvente irá provocar um abaixamento da temperatura de solidificação do solvente chamado de efeito crioscópico 47 44 Osmose Osmose é a passagem de solvente para uma solução através de uma membrana semipermeável ou a passagem de solvente de uma solução mais diluída para uma solução mais concentrada através de uma membrana semipermeável A osmose é um processo de fundamental importância para diversos processos biológicos as paredes das células do nosso organismo funcionam como membranas semipermeáveis e a pressão osmótca também é responsável pelo transporte de água das raízes até as folhas das árvores 441 Pressão Osmótica π É a pressão externa que deve ser aplicada a uma solução para evitar sua diluição osmose 442 Osmose Reversa Sabemos que os oceanos cobrem dois terços do nosso planeta e que sua água apresenta 35 em massa de sais dissolvidos não sendo portanto considerada uma água própria para consumo Em regiões onde o suprimento de água é insuficiente uma alternativa é a dessalinização da água do mar Este processo ocorre devido a chamada osmose reversa processo no qual é exercido sobre a solução uma pressão maior que a pressão osmótica o que provoca a passagem do solvente da solução mais concentrada para a mais diluída 443 Efeitos Coligativos Correspondem aos efeitos provocados pela adição de um soluto não volátil a um solvente e dependem apenas do número de partículas dispersas na solução sendo independente da natureza do soluto Para calcular o número de partículas de soluto dispersas na solução devemos verificar a natureza das partículas dispersas 48 a Solução molecular as partículas dispersas são moléculas provenientes da dissolução de um soluto molecular que não sofre ionização durante a sua dissolução Exemplo açúcar dissolvido em água C12H22O11 s C12H22O11 aq 20 mol moléculas 20 mol de partículas dispersas b Solução iônica as partículas dispersas são íons provenientes da dissolução de um soluto iônico que ao ser dissolvido sofre dissociação iônica ou moléculas e íons provenientes da dissolução de um soluto molecular que sofre ionização durante a sua dissolução No cálculo do número total de partículas dispersas consideramse os íons e as moléculas ou conjuntos iônicos não ionizadas ou não dissociados Exemplo cloreto de sódio dissolvido em água NaCl s Naaq Cl aq 20 mol 20 mol 20mol 40 mol de partículas No exemplo acima consideramos todas as partículas dissociadas α 100 porém quando o grau de dissociação ou de ionização α é diferente de 100 devemos usar um fator de correção denominado Fator de Vant Hoff i i 1 α q1 água água 49 Em que q é o número total de íons presentes na fórmula α grau de dissociação ou ionização Quanto maior o número de partículas dispersas maior o efeito coligativo portanto quanto maior o número de partículas dispersas Maior a temperatura de ebulição Menor a pressão máxima de vapor Menor a temperatura de congelamento Maior a pressão osmótica 45 Lei de raoult O físico e químico francês François Marie Raoult 19301901 concluiu ao estudar o efeito tonométrico das soluções abaixamento da pressão de vapor de um solvente pela adição de um soluto não volátil que a pressão máxima de vapor de uma solução Psolução será igual ao produto da fração molar do solvente x solvente com a pressão máxima de vapor do solvente puro Psolvente puro Matematicamente podemos expressar esta lei pela fórmula ΔPsolução x solvente Psolvente puro Um exemplo da aplicação da Lei de Raoult é quando temos uma solução aquosa diluída que foi preparada dissolvendose 200 g de um soluto molecular A massa molar 180gmol em 1000 g de água Sabendo que a pressão máxima de vapor da água no local é igual a 700 mmHg a uma dada temperatura calcule o abaixamento absoluto da pressão máxima de vapor que ocorreu com a adição do soluto A 50 Utilizando a Lei de Raoult temos P x1 P2 P x1 700 mmHg x1 n 1 n solvente nsoluto x1 002 P 002 700 mmHg P 14 mmHg Esta lei vale somente para soluções moleculares diluídas e para solutos não voláteis Conclusão Neste bloco aprendemos sobre as propriedades coligativas elas estão presentes no nosso dia a dia e muitas vezes não percebemos Por exemplo em países de clima frio costumase adicionar nos radiadores dos carros um aditivo para impedir que a água congele esta é uma aplicação de uma das propriedades coligativas a crioscopia Desta forma ocorre um abaixamento da temperatura de congelamento Outra aplicação de uma propriedade coligativa você já deve ter observado quando cozinha macarrão Ao adicionar sal na água fervendo esta para de ferver devido a adição de sal agora a solução resultante vai ferver numa temperatura mais alta Portanto as propriedades coligativas apresentam muitas aplicações no cotidiano e na indústria REFERÊNCIAS ATKINS J Princípios de química questionando a vida moderna e o meio ambiente 5 ed Porto Alegre Bookman 2012 CHANG R Química geral 4 ed São Paulo MacGrawHill 2010 DUTRA N L Propriedades Coligativas Globo Educação SD Disponível em httpsbitly38bgpwp Acesso em 5 nov 2020 RUSSEL J B Química geral 2 ed São Paulo Makron Books 2012
Envie sua pergunta para a IA e receba a resposta na hora
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FÍSICOQUÍMICA Sandra Miceli Sicchierolli Cintra 41 4 PROPRIEDADES COLIGATIVAS Apresentação A temperatura e a pressão são fatores importantíssimos na definição dos estados físicos das substâncias e de algumas de suas propriedades Considere um líquido não volátil como a água mantido à 25ºC e 1 atm de pressão polar inodoro insípido com densidade igual a aproximadamente 1gmL Se alterarmos a temperatura eou pressão ocorrerão mudanças na interação das moléculas levandoas até a solidificação ebulição e em casos extremos a alteração das ligações entre seus átomos decompondoas devido às mudanças na estrutura interna dessas moléculas Um exemplo de decomposição de moléculas ocorreu durante o acidente nuclear em Fukushima no Japão após o terremoto que foi seguido por um tsunami o sistema de resfriamento dos reatores foi danificado e ocorreu um superaquecimento da água com formação de vapor de alta temperatura com liberação de gás hidrogênio que é altamente inflamável e causou várias explosões Neste bloco vamos estudar as propriedades coligativas das soluções Estas são propriedades físicas que dependem única e exclusivamente do número de partículas de soluto em um solvente e não dependem da sua natureza 41 TONOSCOPIA 411 diagrama de fases Para entender melhor as propriedades coligativas vamos rever alguns conceitos relacionados às propriedades físicas das substâncias A temperatura na qual ocorre a mudança de estado físico de uma substância pode ser usada para caracterizála e durante a mudança estado físico ocorre um equilíbrio entre as fases envolvidas e a temperatura permanece constante Se variarmos a pressão a mudança de estado físico pode ocorrer em diferentes temperaturas Observe o diagrama de fases representado abaixo 42 Diagrama de fases As curvas do diagrama de fases indicam as condições de temperatura e pressão nas quais duas fases estão em equilíbrio O ponto de intersecção das três linhas é chamado ponto triplo e ele indica a condição de pressão e temperatura na qual as três fases estão em equilíbrio Outro dado importante que pode ser obtido por meio de um diagrama de fases é o chamado ponto crítico Para valores acima deste ponto de pressão e temperatura não há mais os estados líquido e vapor e sim uma única fase que ocupa todo o recipiente a do gás Na forma gasosa a matéria não pode ser liquefeita somente por um aumento da pressão ou uma diminuição da temperatura 412 Pressão máxima de vapor Observe a figura abaixo na qual está representado o processo de vaporização de um solvente No equilíbrio as velocidades de vaporização e condensação são iguais Cada solvente apresenta uma velocidade de vaporização diferente esta variação influencia na volatilidade da substância 43 Em um sistema em equilíbrio à temperatura constante a concentração das moléculas de vapor não varia com o tempo e a pressão exercida pelo vapor sobre o líquido é constante Denominamos pressão máxima de vapor a pressão exercida pelo vapor sobre o líquido em equilíbrio Líquidos diferentes à uma mesma temperatura apresentam pressões máximas de vapor também diferentes uma vez que esta propriedade depende das forças intermoleculares da substância no estado líquido 44 A tabela abaixo mostra os valores das pressões de vapor da água do álcool etílico e do éter Pressão máxima de vapor a 20C Água l água v 175 mmHg Álcool l álcool v 44 mmHg Éter l éter v 442 mmHg Se compararmos os valores das pressões de vapor da água do álcool etílico e do éter podemos deduzir que no éter as interações entre suas moléculas são mais fracas portanto este é o líquido mais volátil e que apresenta uma maior pressão de vapor Já na água como as interações moleculares são mais intensas ela é a substância menos volátil e com menor pressão de vapor O gráfico a seguir representa um experimento realizado em sistema fechado provido de um manômetro para se determinar a pressão interna do recipiente em uma determinada temperatura As pressões representadas no gráfico correspondem àquelas exercidas pelos vapores em função da temperatura Esses dados demonstram que quanto maior a temperatura maior é a pressão de vapor do líquido 45 413 Definição de tonoscopia As propriedades coligativas provêm da diminuição do potencial químico do solvente líquido provocado pela presença de um soluto Atkins p5B2 A solução obtida após a adição de um solvente não volátil apresenta propriedades diferentes das do solvente puro As propriedades coligativas dependem unicamente da quantidade de soluto presente na solução e na interação dessas particulas com o solvente Quanto maior a quantidade de soluto maior será a dificuldade para o solvente passar para o estado de vapor A tonoscopia ou tonometria estuda a diminuição da pressão máxima de vapor de um solvente quando se adiciona um solvente não volátil A pressão de vapor de um líquido depende somente da quantidade de solvente na fase de vapor Portanto a pressão de vapor da água pura é maior se comparada com uma solução de sacarose já que as partículas dissolvidas de sacarose impedem a evaporação do solvente Quanto maior a quantidade de soluto dissolvido menor será a pressão de vapor uma vez que na superfície do líquido teremos menos partículas de solvente disponíveis para passar para o estado de vapor 42 Ebuliometria Temperatura de Ebulição de um Líquido A temperatura de ebulição depende da pressão exercida sobre o líquido Nesta temperatura a pressão de vapor do líquido se iguala à pressão que atua sobre a sua superfície Quando o recipiente estiver aberto ao atingir a temperatura de ebulição a pressão máxima de vapor do líquido PMV se iguala à pressão atmosférica do local ou seja PMV Patmosférica 46 Em cidades localizadas ao nível do mar como Rio de Janeiro Salvador e Recife a temperatura de ebulição da água é 100ºC porém em cidades acima do nível do mar a água entra em ebulição a uma temperatura mais baixa Fonte DUTRA SD Ebuliometria é a propriedade coligativa que estuda a elevação da temperatura de ebulição do solvente em uma solução quando a ele é adicionado um soluto não volátil Quando dissolvemos uma substância não volátil em um líquido dificultamos a sua vaporização pois devido as interações entre as partículas a pressão máxima de vapor do líquido diminui alterando as temperaturas de fusão e de ebulição Portanto a dissolução de um soluto não volátil em um solvente irá provocar um aumento da temperatura de ebulição do solvente chamado de efeito ebulioscópico 43 Crioscopia É a propriedade coligativa que estuda o abaixamento da temperatura de congelação do solvente em uma solução quando a ele é adicionado um soluto não volátil Quando dissolvemos uma substância não volátil em um líquido dificultamos a sua solidificação pois com as interações entre as partículas a pressão máxima de vapor do líquido diminui alterando a temperatura de fusão Portanto a dissolução de um soluto não volátil em um solvente irá provocar um abaixamento da temperatura de solidificação do solvente chamado de efeito crioscópico 47 44 Osmose Osmose é a passagem de solvente para uma solução através de uma membrana semipermeável ou a passagem de solvente de uma solução mais diluída para uma solução mais concentrada através de uma membrana semipermeável A osmose é um processo de fundamental importância para diversos processos biológicos as paredes das células do nosso organismo funcionam como membranas semipermeáveis e a pressão osmótca também é responsável pelo transporte de água das raízes até as folhas das árvores 441 Pressão Osmótica π É a pressão externa que deve ser aplicada a uma solução para evitar sua diluição osmose 442 Osmose Reversa Sabemos que os oceanos cobrem dois terços do nosso planeta e que sua água apresenta 35 em massa de sais dissolvidos não sendo portanto considerada uma água própria para consumo Em regiões onde o suprimento de água é insuficiente uma alternativa é a dessalinização da água do mar Este processo ocorre devido a chamada osmose reversa processo no qual é exercido sobre a solução uma pressão maior que a pressão osmótica o que provoca a passagem do solvente da solução mais concentrada para a mais diluída 443 Efeitos Coligativos Correspondem aos efeitos provocados pela adição de um soluto não volátil a um solvente e dependem apenas do número de partículas dispersas na solução sendo independente da natureza do soluto Para calcular o número de partículas de soluto dispersas na solução devemos verificar a natureza das partículas dispersas 48 a Solução molecular as partículas dispersas são moléculas provenientes da dissolução de um soluto molecular que não sofre ionização durante a sua dissolução Exemplo açúcar dissolvido em água C12H22O11 s C12H22O11 aq 20 mol moléculas 20 mol de partículas dispersas b Solução iônica as partículas dispersas são íons provenientes da dissolução de um soluto iônico que ao ser dissolvido sofre dissociação iônica ou moléculas e íons provenientes da dissolução de um soluto molecular que sofre ionização durante a sua dissolução No cálculo do número total de partículas dispersas consideramse os íons e as moléculas ou conjuntos iônicos não ionizadas ou não dissociados Exemplo cloreto de sódio dissolvido em água NaCl s Naaq Cl aq 20 mol 20 mol 20mol 40 mol de partículas No exemplo acima consideramos todas as partículas dissociadas α 100 porém quando o grau de dissociação ou de ionização α é diferente de 100 devemos usar um fator de correção denominado Fator de Vant Hoff i i 1 α q1 água água 49 Em que q é o número total de íons presentes na fórmula α grau de dissociação ou ionização Quanto maior o número de partículas dispersas maior o efeito coligativo portanto quanto maior o número de partículas dispersas Maior a temperatura de ebulição Menor a pressão máxima de vapor Menor a temperatura de congelamento Maior a pressão osmótica 45 Lei de raoult O físico e químico francês François Marie Raoult 19301901 concluiu ao estudar o efeito tonométrico das soluções abaixamento da pressão de vapor de um solvente pela adição de um soluto não volátil que a pressão máxima de vapor de uma solução Psolução será igual ao produto da fração molar do solvente x solvente com a pressão máxima de vapor do solvente puro Psolvente puro Matematicamente podemos expressar esta lei pela fórmula ΔPsolução x solvente Psolvente puro Um exemplo da aplicação da Lei de Raoult é quando temos uma solução aquosa diluída que foi preparada dissolvendose 200 g de um soluto molecular A massa molar 180gmol em 1000 g de água Sabendo que a pressão máxima de vapor da água no local é igual a 700 mmHg a uma dada temperatura calcule o abaixamento absoluto da pressão máxima de vapor que ocorreu com a adição do soluto A 50 Utilizando a Lei de Raoult temos P x1 P2 P x1 700 mmHg x1 n 1 n solvente nsoluto x1 002 P 002 700 mmHg P 14 mmHg Esta lei vale somente para soluções moleculares diluídas e para solutos não voláteis Conclusão Neste bloco aprendemos sobre as propriedades coligativas elas estão presentes no nosso dia a dia e muitas vezes não percebemos Por exemplo em países de clima frio costumase adicionar nos radiadores dos carros um aditivo para impedir que a água congele esta é uma aplicação de uma das propriedades coligativas a crioscopia Desta forma ocorre um abaixamento da temperatura de congelamento Outra aplicação de uma propriedade coligativa você já deve ter observado quando cozinha macarrão Ao adicionar sal na água fervendo esta para de ferver devido a adição de sal agora a solução resultante vai ferver numa temperatura mais alta Portanto as propriedades coligativas apresentam muitas aplicações no cotidiano e na indústria REFERÊNCIAS ATKINS J Princípios de química questionando a vida moderna e o meio ambiente 5 ed Porto Alegre Bookman 2012 CHANG R Química geral 4 ed São Paulo MacGrawHill 2010 DUTRA N L Propriedades Coligativas Globo Educação SD Disponível em httpsbitly38bgpwp Acesso em 5 nov 2020 RUSSEL J B Química geral 2 ed São Paulo Makron Books 2012