As propriedades coligativas correspondem a alterações nas propriedades de um solvente (líquido puro) devido à adição de um soluto não volátil. As propriedades coligativas não dependem da natureza do soluto, molecular ou iônico, mas sim da quantidade de partículas dispersas no solvente após a sua dissolução. Por isso, serão estudadas as propriedades de soluções ideais, cujas interações intermoleculares soluto-soluto, solvente-solvente e soluto-solvente são iguais. É certo que esses sistemas não existem, contudo, soluções com concentrações inferiores a 1x10–2 mol.L–1 apresentam comportamento próximo ao ideal. São propriedades coligativas a tonoscopia, a ebulioscopia, a crioscopia e a osmose
CONCEITOS BÁSICOS
Pressão Máxima de Vapor (P.M.V.)
Em aulas práticas de imunologia, quando é necessário
anestesiar um rato para realizar um transplante de pele,
utiliza-se um algodão embebido em éter sulfúrico, que é um
excelente anestésico. Sendo o éter sulfúrico um líquido muito
volátil, ao se colocar o algodão próximo ao focinho do animal,
este logo estará anestesiado, respirando os vapores do éter.
Ao contrário do éter, o óleo de cozinha e os óleos
lubrificantes são líquidos pouco voláteis. Os óleos
lubrificantes, por exemplo, conseguem resfriar o motor
dos veículos (além de lubrificá-los), permanecendo líquidos
mesmo em altas temperaturas.
Pode-se analisar a volatilidade dos líquidos desde que se
saiba sua massa molar, suas forças intermoleculares e seu
tipo de cadeia carbônica (em compostos orgânicos).
Se as forças intermoleculares são muito intensas, como
é o caso das ligações de hidrogênio, a substância é pouco
volátil, quando comparada com outras substâncias de
massas molares próximas e de forças intermoleculares
menos intensas.
Exemplos: Água e glicerina.
Já em relação ao éter sulfúrico, formado por moléculas
fracamente polares, suas forças intermoleculares são do tipo
dipolo-dipolo (mais fracas que as ligações de hidrogênio),
o que justifica a elevada volatilidade dessa substância.
Ao se comparar líquidos diferentes, a uma mesma temperatura, observam-se diferentes volatilidades.
Um líquido é formado por moléculas espalhadas por toda a sua extensão. A distribuição de energia cinética entre essas moléculas encontra-se no gráfico a seguir:
1 ⇒ Fração de moléculas com energia baixa
2 ⇒ Fração de moléculas com energia mediana
3 ⇒ Fração de moléculas com energia alta
A área abaixo da curva indica a fração de moléculas com determinada quantidade de energia. Observe que a maioria das moléculas do líquido possui energia mediana, uma pequena parte possui energia baixa e outra pequena parte possui energia alta.
Essa distribuição de energia é alterada pela variação da temperatura. Quanto maior for a temperatura, maior será o número de moléculas que possuem alta energia. Observe o gráfico a seguir:
Espontaneamente, as moléculas do líquido que se encontram na sua superfície e que possuem alta quantidade de energia saem do estado líquido e passam para o estado de vapor (vaporização).
A pressão de vapor de um líquido corresponde à pressão exercida pelo vapor (formado a partir do líquido) sobre sua superfície. Quando o sistema é fechado, essas moléculas se chocam contra as paredes do recipiente e também contra a superfície do líquido, exercendo sobre elas determinada pressão, denominada pressão de vapor. Porém, algumas dessas moléculas voltam para o estado líquido (condensação).
Com o passar do tempo, o número de moléculas no estado
de vapor aumenta até que seja estabelecido um equilíbrio
dinâmico entre os processos de vaporização e de condensação
(a velocidade de vaporização é igual à velocidade
de condensação). Nesse ponto, a pressão que o vapor
exerce sobre as paredes do recipiente que o contém
e sobre a superfície do líquido não se altera. Essa é a maior
pressão que as moléculas do vapor podem exercer, em uma
dada temperatura, a qual é denominada pressão máxima
de vapor, P.M.V
P.M.V. é a pressão exercida pelas moléculas do vapor de determinado líquido, a uma dada temperatura, no estado de equilíbrio entre a vaporização e a condensação.
A P.M.V. depende da temperatura em que se encontra o líquido. Logo, quanto maior for a temperatura, maior será a P.M.V.
Quando se aquece um líquido, suas moléculas apresentam
aumento na energia cinética média, o que favorece
a vaporização, aumentando a pressão de vapor.
Ebulição de um líquido
Um líquido entra em ebulição quando seus vapores conseguem vencer a pressão da massa de ar sobre o líquido, ou seja, quando conseguem vencer a pressão atmosférica (p atm)
P. M. V = patm
Observe o esquema a seguir sobre a ebulição da água.
Quando a pressão atmosférica (externa) é igual a 1 atm, a temperatura de ebulição medida é a temperatura normal de ebulição do líquido. Por exemplo, a temperatura normal de ebulição da água é 100 ºC, porque a água pura ferve nessa temperatura somente quando a pressão atmosférica é igual a 1 atm.
Em uma panela de pressão, a maior parte do vapor formado pela vaporização fica retida em seu interior, resultando em aumento da pressão sobre a superfície do líquido, o que faz com que a água entre em ebulição a uma temperatura acima de 100 ºC. Quanto maior for a temperatura da água durante a ebulição, mais rapidamente os alimentos serão cozidos.
O aumento da pressão explica o porquê de um ovo ser cozido mais rapidamente no Rio de Janeiro do que em Brasília, visto que a pressão atmosférica em Brasília é menor do que 1 atm. Assim, em La Paz (Bolívia), cidade de elevada altitude, a pressão atmosférica é bem menor do que 1 atm. Por isso, a cocção de alimentos, nessa cidade, é muito mais lenta do que em Santos, por exemplo.
Ao se comparar líquidos diferentes, a uma mesma temperatura, observam-se diferentes volatilidades.
Um líquido é formado por moléculas espalhadas por toda a sua extensão. A distribuição de energia cinética entre essas moléculas encontra-se no gráfico a seguir:
1 ⇒ Fração de moléculas com energia baixa
2 ⇒ Fração de moléculas com energia mediana
3 ⇒ Fração de moléculas com energia alta
A área abaixo da curva indica a fração de moléculas com determinada quantidade de energia. Observe que a maioria das moléculas do líquido possui energia mediana, uma pequena parte possui energia baixa e outra pequena parte possui energia alta.
Essa distribuição de energia é alterada pela variação da temperatura. Quanto maior for a temperatura, maior será o número de moléculas que possuem alta energia. Observe o gráfico a seguir:
Espontaneamente, as moléculas do líquido que se encontram na sua superfície e que possuem alta quantidade de energia saem do estado líquido e passam para o estado de vapor (vaporização).
A pressão de vapor de um líquido corresponde à pressão exercida pelo vapor (formado a partir do líquido) sobre sua superfície. Quando o sistema é fechado, essas moléculas se chocam contra as paredes do recipiente e também contra a superfície do líquido, exercendo sobre elas determinada pressão, denominada pressão de vapor. Porém, algumas dessas moléculas voltam para o estado líquido (condensação).
P.M.V. é a pressão exercida pelas moléculas do vapor de determinado líquido, a uma dada temperatura, no estado de equilíbrio entre a vaporização e a condensação.
A P.M.V. depende da temperatura em que se encontra o líquido. Logo, quanto maior for a temperatura, maior será a P.M.V.
Ebulição de um líquido
Um líquido entra em ebulição quando seus vapores conseguem vencer a pressão da massa de ar sobre o líquido, ou seja, quando conseguem vencer a pressão atmosférica (p atm)
P. M. V = patm
Observe o esquema a seguir sobre a ebulição da água.
Quando a pressão atmosférica (externa) é igual a 1 atm, a temperatura de ebulição medida é a temperatura normal de ebulição do líquido. Por exemplo, a temperatura normal de ebulição da água é 100 ºC, porque a água pura ferve nessa temperatura somente quando a pressão atmosférica é igual a 1 atm.
Em uma panela de pressão, a maior parte do vapor formado pela vaporização fica retida em seu interior, resultando em aumento da pressão sobre a superfície do líquido, o que faz com que a água entre em ebulição a uma temperatura acima de 100 ºC. Quanto maior for a temperatura da água durante a ebulição, mais rapidamente os alimentos serão cozidos.
O aumento da pressão explica o porquê de um ovo ser cozido mais rapidamente no Rio de Janeiro do que em Brasília, visto que a pressão atmosférica em Brasília é menor do que 1 atm. Assim, em La Paz (Bolívia), cidade de elevada altitude, a pressão atmosférica é bem menor do que 1 atm. Por isso, a cocção de alimentos, nessa cidade, é muito mais lenta do que em Santos, por exemplo.
TONOSCOPIA
Quando se adiciona um soluto não volátil a um solvente puro, à temperatura constante, observa-se um fato interessante: ocorre a diminuição da quantidade de vapor formado.
No sistema formado, existem interações entre as partículas do soluto e as espécies químicas do solvente. Contudo, essas interações não são os principais fatores que justificam a diminuição da quantidade de vapor formado. Ao se formar uma solução, ocorre o aumento do grau de desordem do sistema, ou seja, da entropia e, consequentemente, a diminuição da energia livre, aumentando, assim, a estabilidade do sistema.
Portanto, a quantidade de vapor formado depende da quantidade de soluto dissolvido.
Ao se comparar a pressão de vapor do solvente puro com a de um solvente em solução, verifica-se que a P.M.V. do solvente puro é maior, pois não existem partículas de soluto dissolvidas (ver gráfico).
A ⇒ solvente puro
B ⇒ solução
Ao abaixamento da pressão de vapor do solvente, devido à adição de um soluto não volátil, dá-se o nome de efeito tonoscópico.
EBULIOSCOPIA
A presença de um soluto não volátil em uma solução dificulta a ebulição do solvente.
Por exemplo, quando se dissolve etilenoglicol na água do radiador de um veículo, verifica-se que a água continua líquida, mesmo em temperaturas acima de 100 ºC. Isso é importante porque a água continua a refrigerar o motor sem entrar em ebulição.
Pode-se explicar esse aumento na temperatura de ebulição da água observando que o aumento das partículas do soluto em solução diminui a quantidade de vapor produzido pelo solvente, diminuindo a P.M.V. Logo, as moléculas do solvente necessitarão de mais energia para escaparem da fase líquida, a fim de que a P.M.V. se iguale à pressão ambiente.
Ao aumento da temperatura de ebulição do solvente, devido à adição de um soluto não volátil, dá-se o nome de efeito ebulioscópico.
CRIOSCOPIA
A dissolução de um soluto não volátil também dificulta o congelamento do solvente em uma solução.
Ao se dissolver um soluto não volátil em um solvente, ocorre a diminuição da temperatura de congelamento devido ao aumento da estabilidade do sistema em função do aumento da entropia. Dessa forma, é necessário retirar mais energia térmica para promover o congelamento da solução.
O etilenoglicol citado anteriormente também é adicionado em motores de veículos em países de clima frio para evitar o congelamento da água. No processo de congelamento, a água sofre expansão, o que aumentaria a pressão nas paredes do motor e poderia levá-lo a rachar.
Mesmo que a temperatura ambiente atinja –60ºC, a água permanece no estado líquido, dependendo da quantidade de soluto dissolvido.
Em países de clima frio, para evitar que a água congele e forme uma camada muito lisa sobre o asfalto, é colocado sal comum para abaixar a temperatura de congelamento da água. À diminuição da temperatura de congelamento do solvente, devido à adição de um soluto não volátil, dá-se o nome de efeito crioscópico.
À diminuição da temperatura de congelamento do solvente, devido à adição de um soluto não volátil, dá-se o nome de efeito crioscópico.
Quando se adiciona um soluto não volátil a um solvente puro, à temperatura constante, observa-se um fato interessante: ocorre a diminuição da quantidade de vapor formado.
No sistema formado, existem interações entre as partículas do soluto e as espécies químicas do solvente. Contudo, essas interações não são os principais fatores que justificam a diminuição da quantidade de vapor formado. Ao se formar uma solução, ocorre o aumento do grau de desordem do sistema, ou seja, da entropia e, consequentemente, a diminuição da energia livre, aumentando, assim, a estabilidade do sistema.
Portanto, a quantidade de vapor formado depende da quantidade de soluto dissolvido.
Ao se comparar a pressão de vapor do solvente puro com a de um solvente em solução, verifica-se que a P.M.V. do solvente puro é maior, pois não existem partículas de soluto dissolvidas (ver gráfico).
A ⇒ solvente puro
B ⇒ solução
Ao abaixamento da pressão de vapor do solvente, devido à adição de um soluto não volátil, dá-se o nome de efeito tonoscópico.
EBULIOSCOPIA
A presença de um soluto não volátil em uma solução dificulta a ebulição do solvente.
Por exemplo, quando se dissolve etilenoglicol na água do radiador de um veículo, verifica-se que a água continua líquida, mesmo em temperaturas acima de 100 ºC. Isso é importante porque a água continua a refrigerar o motor sem entrar em ebulição.
Pode-se explicar esse aumento na temperatura de ebulição da água observando que o aumento das partículas do soluto em solução diminui a quantidade de vapor produzido pelo solvente, diminuindo a P.M.V. Logo, as moléculas do solvente necessitarão de mais energia para escaparem da fase líquida, a fim de que a P.M.V. se iguale à pressão ambiente.
Ao aumento da temperatura de ebulição do solvente, devido à adição de um soluto não volátil, dá-se o nome de efeito ebulioscópico.
CRIOSCOPIA
A dissolução de um soluto não volátil também dificulta o congelamento do solvente em uma solução.
Ao se dissolver um soluto não volátil em um solvente, ocorre a diminuição da temperatura de congelamento devido ao aumento da estabilidade do sistema em função do aumento da entropia. Dessa forma, é necessário retirar mais energia térmica para promover o congelamento da solução.
O etilenoglicol citado anteriormente também é adicionado em motores de veículos em países de clima frio para evitar o congelamento da água. No processo de congelamento, a água sofre expansão, o que aumentaria a pressão nas paredes do motor e poderia levá-lo a rachar.
Mesmo que a temperatura ambiente atinja –60ºC, a água permanece no estado líquido, dependendo da quantidade de soluto dissolvido.
Em países de clima frio, para evitar que a água congele e forme uma camada muito lisa sobre o asfalto, é colocado sal comum para abaixar a temperatura de congelamento da água. À diminuição da temperatura de congelamento do solvente, devido à adição de um soluto não volátil, dá-se o nome de efeito crioscópico.
À diminuição da temperatura de congelamento do solvente, devido à adição de um soluto não volátil, dá-se o nome de efeito crioscópico.
OSMOSE
Quando uma substância solúvel, como o cloreto de sódio,
é adicionada à água, ela espalha-se uniformemente.
Esse processo é denominado difusão. Da mesma forma,
quando uma solução é colocada em contato com o respectivo
solvente, observa-se uma difusão entre ambos, tendendo
à homogeneização do sistema, ou seja, as concentrações
tendem a se igualar.
A osmose é um tipo especial de difusão que ocorre através de uma membrana semipermeável* (MS). Observe o exemplo a seguir:
A osmose é um tipo especial de difusão que ocorre através de uma membrana semipermeável* (MS). Observe o exemplo a seguir:
A igualdade das concentrações só é obtida quando se estabelece equilíbrio dinâmico entre a quantidade de solvente que entra e a que sai de determinado meio. Nesse ponto, a osmose cessa.
Pressão osmótica
Para impedir a passagem de solvente através da membrana semipermeável, é necessário aplicar uma pressão externa na superfície da solução para anular tal passagem. Caso a pressão aplicada anule a ação do gradiente de concentração (anule a osmose), essa pressão será chamada de pressão osmótica.
A pressão osmótica de uma solução é numericamente igual à pressão exercida sobre a superfície da solução a fim de se anular o deslocamento do solvente através da membrana semipermeável.
Experimentalmente, verificou-se que a pressão osmótica
de uma solução é numericamente igual à pressão de um gás
ideal, a qual é dada pela equação de Van’t Hoff:
π . V = n . R . T
π . V = n . R . T
Em que:
• π ⇒ pressão osmótica da solução
• V ⇒ volume da solução
• n ⇒ quantidade de matéria do soluto dissolvido na solução
• R ⇒ constante universal dos gases
• T ⇒ temperatura em que se encontra a solução em Kelvin
Manipulando-se matematicamente essa equação, tem-se:
• π ⇒ pressão osmótica da solução
• V ⇒ volume da solução
• n ⇒ quantidade de matéria do soluto dissolvido na solução
• R ⇒ constante universal dos gases
• T ⇒ temperatura em que se encontra a solução em Kelvin
Manipulando-se matematicamente essa equação, tem-se:
π = n . R . T
v
A análise dessa equação revela que apenas dois fatores interferem diretamente na pressão osmótica de uma solução: a concentração, em mol.L–1, e a temperatura.
A medição da pressão osmótica possui uma
aplicação experimental muito importante: a determinação de massas molares dos
solutos, principalmente proteínas e polímeros.
Quando se aplica, sobre a
superfície da solução, uma pressão superior à pressão osmótica, tem-se a
inversão do fluxo do solvente, que passa agora a transitar do meio hipertônico
para o meio hipotônico. Esse processo é denominado osmose reversa e é aplicado
na Arábia Saudita para obtenção de água potável a partir da água salobra
(dessalinização).
Mapa mental
Mapa mental
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