Propriedades coligativas

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Em regiões de temperaturas bem amenas, é muito comum no período de inverno a formação de neve e gelo em rodovias. Neve e gelo na superfície asfáltica podem propiciar diversos transtornos como, principalmente, acidentes entre automóveis. Neste cenário é misturado sal e areia na superfície congelada com intuito de diminuir o ponto de fusão da água e aumentar a superfície de contato dos pneus que consequentemente descongelará a água congelada da superfície.

O fenômeno citado acima é uma aplicação de umas das propriedades coligativas. As propriedades coligativas são características das substâncias que independem da natureza de suas partículas e sim de sua concentração dissolvida em algum solvente.

Diagrama de fases

Antes de abordamos as propriedades coligativas, é de grande importância ter conhecimento sobre o diagrama de fases. O diagrama de fases é um gráfico de pressão versus temperatura que representa os estados físicos de uma substância para determinada pressão e temperatura. Segue abaixo o diagrama de fases da água no estado puro.

Equilíbrio de fases da água pura
Equilíbrio de fases da água pura

Analisando o gráfico acima, podemos notar que as regiões S (sólido), L (líquido) e V (vapor) representam os estados físicos da água pura. Outros pontos a serem destacados são os pontos 1 e 2 que representam, respectivamente, o ponto triplo e crítico. No ponto crítico temos simultaneamente os três estados físicos (sólido, líquido e gasoso) e o ponto crítico representa a temperatura mais alta em que a substância pode coexistir nos estados líquido e vapor.

Pressão máxima de vapor

A primeira propriedade coligativa a ser abordada é a pressão máxima de vapor. Essa propriedade consiste no valor de pressão que os vapores de algum líquido exercem num ambiente gasoso, tornando o sistema líquido-vapor saturado. Um grande exemplo é o fenômeno da chuva, que precipita quando o ar atmosférico está saturado de vapor d’água dissolvido e condensa a água para equilibrar o sistema.

Seguindo o raciocínio abordado, podemos determinar a umidade relativa do ar através da razão entre pressão de vapor d’água (PVA) e a pressão máxima de vapor (PMV) conforme apresentado abaixo.

URA=\frac{PVA}{PMV}.100\%

– URA: umidade relativa do ar;

– PVA: pressão de vapor d’água;

– PMV :pressão máxima de vapor.

Dentre os vários fatores que influenciam a pressão máxima de vapor, a temperatura é um dos fatores de destaque. A pressão máxima de vapor aumenta em conjunto com a temperatura e, assim, quanto maior a temperatura do ambiente maior será evaporação do líquido.

Pressão máxima de vapor de um líquido puro
Pressão máxima de vapor de um líquido puro

Outro ponto importante de se citar é que quando a pressão máxima de vapor de um líquido se iguala a pressão atmosférica, temos a ebulição do mesmo. Neste cenário, quanto menor for a pressão atmosférica menor será a temperatura de ebulição. Essa situação justifica a temperatura de ebulição da água ser menor que 100 ºC em regiões não litorâneas.

Tonometria

A tonometria é uma propriedade coligativa que consiste num estudo da queda da pressão máxima de vapor com o aumento da concentração de um soluto não volátil. O gráfico abaixo (pressão máxima de vapor versus temperatura) apresenta a comparação dos valores de pressão máxima de vapor para substâncias com diferentes concentrações e é notório que quanto maior for a concentração da solução maior será a temperatura para se chegar na pressão máxima de vapor.

Solvente puro e de suas soluções
Solvente puro e de suas soluções

Solvente puro e de suas soluções. O cientista francês Raoult definiu um lei que relaciona a queda da pressão máxima de vapor com a molalidade do soluto e, assim, definiu a seguinte relação matemática.

\frac{\Delta P}{P_0}\cong K_t.W

– ΔP: variação da pressão máxima de vapor (atm ou mmHg);

– P0: pressão máxima de vapor do solvente (atm ou mmHg);

– KT: constante tonoscópica (kg/mol);

– W: molalidade (mol/kg).

Ebuliometria

A ebuliometria baseia-se em estudos para o aumento da temperatura de ebulição de um líquido com o aumento da concentração de um soluto não volátil. O gráfico abaixo representa a comparação de temperatura de ebulição entre dois líquidos de concentrações diferentes.

Solvente puro e sua receptiva solução 1 mol/L
Solvente puro e sua receptiva solução 1 mol/L

Através deste gráfico é possível avaliar que quanto mais concentrada estiver a solução maior será a temperatura de ebulição, e a tonometria nos ajuda confirmar essa tese. O mesmo Raoult, que definiu relação na tonometria, define a fórmula que relaciona a variação da temperatura de ebulição com a molalidade, conforme abaixo.

\Delta T_e=T-T_0

\Delta T_e=K_e.W

– ΔTe: variação de temperatura de ebulição (ºC);

– T0: temperatura de ebulição do solvente (ºC);

– T: temperatura de ebulição da solução (ºC);

– Ke: constante ebulioscópica (ºC.kg/mol);

– W: molalidade (mol/kg).

Criometria

A criometria consiste numa propriedade coligativa que estuda a queda da temperatura de solidificação de um líquido com o aumento da concentração de soluto não volátil. Na criometria, analisamos o diagrama de fases para verificar a influência da concentração de soluto não volátil na temperatura de solidificação.

Diagrama de equilíbrio de fases para um solvente puro
Diagrama de equilíbrio de fases para um solvente puro

Analisando o diagrama de fases acima, podemos notar que, com aumento da concentração na solução, acontece a diminuição da temperatura de solidificação. Também seguindo a lei de Raoult, é possível calcular a variação da temperatura de solidificação através das equações abaixo.

\Delta T_s=T_0-T

\Delta T_s=K_c.W

– ΔTs: variação de temperatura de solidificação (ºC);

– T0: temperatura de solidificação do solvente (ºC);

– T: temperatura de solidificação da solução (ºC);

– Ke: constante crioscópica (ºC.kg/mol);

– W: molalidade (mol/kg).

Osmometria

Já a osmometria é uma propriedade coligativa que se baseia no aumento da pressão osmótica (PO) de um líquido com o aumento da concentração de soluto na solução. Antes de discutirmos a pressão osmótica, é imprescindível relembrarmos o conceito de osmose. A osmose consiste no deslocamento de solvente do meio hipotônico (menos concentrado) para o meio hipertônico (mais concentrado).

Fenômeno da osmose
Fenômeno da osmose

Após abordado o conceito de osmose, podemos discutir com base o conceito de pressão osmótica. A pressão osmótica é a pressão que o meio hipertônico aplica para evitar o fenômeno da osmose. Segue abaixo a fórmula para o cálculo da pressão osmótica.

PO=M.R.T

– PO: pressão osmótica (atm ou mmHg);

– M: molaridade (mol/L);

– R: constante dos gases (atm.L/mol.K);

– T: temperatura (K).

Fator de Van’t Hoff

O fator de Van’t Hoff consiste em um parâmetro de correção das propriedades coligativas nos casos de solutos iônicos e soluções aquosas de ácidos. O fator de Van’t Hoff (i) modifica diretamente a lei de Raoult e pode ser expressado na forma genérica da seguinte maneira.

C_xA_y\overset{\alpha}{\rightarrow}yA^{x-}

i=1+\alpha .(x+y-1)

– i: fator de Van’t Hoff;

– α: grau de ionização ou dissociação;

– x e y: coeficientes dos íons gerados.

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