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ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 1 Prof. Guilherme Alves Aula 14 - Propriedades Coligativas vestibulares.estrategia.com EXTENSIVO 2024 ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 2 SUMÁRIO INTRODUÇÃO ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO. 1. CAPÍTULO 1 ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO. 1.1. SUBTÍTULO PRIMÁRIO 1 Erro! Indicador não definido. 1.1.1. Subtítulo Secundário 1 Erro! Indicador não definido. 1.1.2. Subtítulo Secundário 2 Erro! Indicador não definido. 1.1.3. Subtítulo Secundário 3 Erro! Indicador não definido. 2. CAPÍTULO 2 ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO. 2.1. SUBTÍTULO PRIMÁRIO 1 Erro! Indicador não definido. 2.1.1. Subtítulo Secundário 1 Erro! Indicador não definido. 2.2. SUBTÍTULO PRIMÁRIO 2 Erro! Indicador não definido. 3. CAPÍTULO 3 ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO. 3.1. SUBTÍTULO PRIMÁRIO 1 Erro! Indicador não definido. 4. CAPÍTULO 4 ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO. 4.1. SUBTÍTULO PRIMÁRIO 1 Erro! Indicador não definido. 5. QUESTÕES DE PROVAS ANTERIORES ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO. 5.1. GABARITO Erro! Indicador não definido. 6. QUESTÕES DE PROVAS ANTERIORES RESOLVIDAS E COMENTADAS ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO. 7. CONSIDERAÇÕES FINAIS ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO. 8. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO. 9. LISTA DE IMAGENS E TABELAS ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO. 10. ÍCONES DE APOIO ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 3 1. PROPRIEDADES FÍSICAS Dentre os inúmeros exemplos de soluções (misturas homogêneas), são de particular interesse as soluções aquosas (principalmente aquelas nas quais o solvente é a água) pois, entre outros motivos, estão presentes em todos os seres vivos. Compreender as propriedades das soluções tem contribuído para o melhor entendimento a respeito do funcionamento dos organismos vivos, por exemplo. Entre as propriedades das soluções líquidas, em particular das soluções aquosas de solutos não voláteis (que não tendem a vaporizar) destacam-se quatro que são denominadas propriedades coligativas. São propriedades que dependem da concentração de partículas dissolvidas (moléculas e/ou íons) mas não da natureza dessas partículas, ou seja, não dependem de que partículas são essas. Se as soluções apresentarem a mesma quantidade de partículas, terão os mesmos efeitos coligativos. Durante o estudo das propriedades coligativas, será necessário comparar o comportamento do solvente puro com sua respectiva solução. Para tal, vamos revisar as principais propriedades físicas do solvente que serão alteradas pela adição do soluto não volátil. As quatro propriedades coligativas que estudaremos são o abaixamento da pressão de vapor, o aumento da temperatura de início de ebulição, a diminuição da temperatura de início de solidificação e a tendência de o solvente atravessar membranas que permitem a passagem do solvente mas não o do soluto. DIAGRAMA DE FASES O diagrama de fases é o gráfico que mostra as condições de equilíbrio entre as diferentes fases de um material. As linhas em um diagrama de fase correspondem às combinações de temperatura e pressão nas quais duas fases podem coexistir em equilíbrio. Na figura a seguir, um diagrama de fase típico para uma substância que exibe três fases - sólida, líquida e gasosa - e uma região supercrítica , a linha que conecta os pontos A e D separa as fases sólida e líquida e mostra como o ponto de fusão de um sólido varia com a pressão. As fases sólida e líquida estão em equilíbrio ao longo desta linha; cruzar a linha horizontalmente corresponde ao derretimento ou congelamento. A linha que liga os pontos A e B é a curva de pressão de vapor do líquido, que veremos a seguir. Termina no ponto crítico, além do qual a substância existe como um fluido supercrítico. A linha que liga os pontos A e C é a curva de pressão de vapor da fase sólida . Nesta linha, o sólido está em equilíbrio com a fase de vapor por sublimação e deposição. Finalmente, o ponto A, onde as linhas sólido/líquido, líquido/gás e sólido/gás se cruzam, é o ponto triplo ; é a única combinação de temperatura e pressão na qual todas as três fases (sólido, líquido e gasoso) estão em equilíbrio e podem, portanto, existir simultaneamente. Como não podem coexistir mais de três fases, um diagrama de fase nunca pode ter mais de três linhas que se cruzam em um único ponto. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 4 Diagrama de fases típico para uma substância que apresenta três fases - sólida, líquida e gasosa - e uma região supercrítica Observe o padrão A fase sólida é favorecida em baixa temperatura e alta pressão; a fase gasosa é favorecida em alta temperatura e baixa pressão. O diagrama de fases mostrado acima é semelhante ao do CO2, onde é percebido 3 principais regiões (sólido, líquido e gás), separadas por uma linha chamada linhas de equilíbrio ou contornos de fase, e outra região específica, a área da Física chamada fluido supercrítico. Transições de uma fase para outra ocorrem ao longo das linhas de equilíbrio. O dióxido de carbono, a 1 atm e -78,5 °C, encontra-se em equilíbrio as fases sólida e gasosa, ou seja, as duas fases coexistem no sistema (ponto onde ocorre a sublimação nessas condições). O CO2, a 5,12 atm e -56,6 °C, coexiste nos três estados físicos: sólido, líquido e gasoso e esse ponto é denominado ponto triplo. O ponto crítico é classificado como a indistinção entre a fase líquida e a fase gasosa. Acima do ponto crítico é denominado fluido supercrítico que, formalmente, apresenta a classificação como um líquido de elevada densidade que sofre efusão (ato de atravessar) através de sólidos como um gás, mas pode dissolver materiais como um líquido. O fluido supercrítico do dióxido de carbono é utilizado para extrair a cafeína de grãos de café, por exemplo. Como na maioria das substâncias, observamos no diagrama de fases do dióxido de carbono que a fusão ocorre com um aumento de volume: ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 5 Fluido supercrítico1 Vulcões submarinos são comuns no fundo oceânico. Alguns são ativos e, em águas rasas, mostram sua presença através de um jato de vapor e detritos muito acima da superfície do mar. Muitos outros ficam em profundidades tão grandes que a imensa pressão do peso da água sobre eles previne esses jatos explosivos de vapor e gases. Isso faz com que a água seja aquecida a mais de 375 °C, transformando a água nas partes mais quentes do vulcão em um fluido supercrítico, já que a pressão numa profundidade de 3 km é de mais de 300 atmosferas, bem acima das 218 atmosferas necessárias (vide diagrama de fases da água abaixo). Fluido supercrítico é qualquer substância em uma temperatura e pressão acima do seu ponto crítico, no qual não existe mais distinção entre as fases líquida e gasosa. Ele sofre efusão através 1 Fonte: https://pt.wikipedia.org/wiki/Fluido_supercr%C3%ADtico. Acesso em 20 de janeiro de 2022. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 6 de sólidos, como se fosse um gás, e pode dissolver materiais, como se fosse um líquido. Além disso, perto do seu ponto crítico, pequenas mudanças em sua pressão ou temperatura resultam em grandes mudanças de densidade, permitindo que sejam feitos pequenos ajustes nas propriedades de um fluido supercrítico. Os fluidos supercríticos são substitutos adequados a solventes orgânicos em uma variedade de processos industriais e laboratoriais. Dióxido de Carbono e água são os fluidos supercríticos mais comumente usados, para descafeinação e geração de eletricidade, respectivamente. Observe a tabela a seguir que mostra a densidade, coeficientede difusão e viscosidade para gases, líquidos e fluidos supercríticos típicos. Algumas aplicações para os fluidos supercríticos são: - Lavagem a seco: dióxido de carbono; - Geração de energia: água e dióxido de carbono supercríticos podem ser usados em plantas de usinas nucleares; - Produção de biodiesel: metanol supercrítico pode ser usado nas reações de transesterificação; A figura abaixo, mostra o diagrama de fases da água e mostra também que o ponto triplo da água ocorre a 0,01°C e 0,00604 atm (4,59 mmHg). O ponto triplo representa a pressão mais baixa na qual uma fase líquida pode existir em equilíbrio com o sólido ou vapor. A pressões inferiores a 0,00604 atm, portanto, o gelo não se transforma em líquido à medida que a temperatura aumenta; o sólido sublima diretamente ao vapor de água. A sublimação de água a baixa temperatura e pressão pode ser usada para “liofilizar” alimentos e bebidas. O alimento ou bebida é primeiro resfriado a temperaturas abaixo de zero e colocado em um recipiente no qual a pressão é mantida abaixo de 0. 00604 atm. Então, à medida que a temperatura aumenta, a água sublima, deixando o alimento desidratado (como o usado por mochileiros ou astronautas) ou a bebida em pó (como o café liofilizado). ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 7 Diagrama de fases: Água (1) O diagrama de fases da água ilustrado na figura abaixo, mostra a fronteira entre o gelo e a água em uma escala expandida. A curva de derretimento do gelo se inclina para cima e ligeiramente para a esquerda, em vez de se inclinar para cima e para a direita, como vimos no diagrama do CO2; isto é, o ponto de fusão do gelo diminui com o aumento da pressão; a 100 MPa (987 atm), o gelo derrete a -9°C. A água se comporta dessa maneira porque é uma das poucas substâncias conhecidas para as quais o sólido cristalino é menos denso do que o líquido (outros incluem antimônio e bismuto). Aumentar a pressão do gelo que está em equilíbrio com a água a 0°C e 1 atm tende a aproximar algumas das moléculas, diminuindo assim o volume da amostra. A diminuição do volume (e correspondente aumento da densidade) é menor para um sólido ou líquido do que para um gás, mas é suficiente para derreter parte do gelo. Diagrama de fases: Água (2) ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 8 Aplicações do Diagrama de Fases: Nas montanhas, onde a pressão atmosférica é menor do que ao nível do mar, a temperatura de ebulição da água em recipiente aberto é menor do que 100 °C. no Monte Everest, por exemplo, cujo pico está a 8840 m acima do nível do mar, a pressão atmosférica é de 244 mmHg, e a água entra em ebulição a 71 °C. Na cidade de São Paulo, onde a pressão atmosférica é aproximadamente 700 mmHg, a temperatura de ebulição da água é de aproximadamente 98 °C. Portanto, é possível notar que quanto maior a altitude, menor é a temperatura de ebulição. Então, se em grandes altitudes a pressão atmosférica é inferior à pressão atmosférica ao nível do mar, menos energia é necessária para que a ebulição do líquido comece; portanto, menor a temperatura de ebulição da substância sob essa determinada condição de pressão atmosférica. Observe a ilustração a seguir O fato de o ponto de ebulição ser alterado pela variação da pressão exercida sobre o líquido é observado com frequência em nosso dia a dia. Um aumento da pressão provoca um aumento na temperatura de ebulição, que, por sua vez, acelera as mudanças físicas e químicas que ocorrem durante o cozimento de alimentos com carnes, ovos e legumes. esse aumento da pressão é obtido quando utilizamos a panela de pressão. nesses utensílios, a pressão atinge valores superiores a um atm (760 mmHg), o que provoca a ebulição da água a temperaturas superiores a 100 °C. Observe a representação na ilustração a seguir. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 9 A válvula de segurança presente na tampa da panela de pressão permite a saída do vapor-d’água apenas quando a pressão interna excede um valor determinado. O aquecimento constante do conteúdo da panela (alimentos imersos em água, por exemplo) gera uma pressão interna superior à pressão atmosférica, e a ebulição da água contida na panela passa a ocorrer a uma temperatura superior a 100 °C. A água dentro de uma panela de pressão pode atingir até 120 °C ainda em estado líquido, favorecendo o cozimento do alimento em tempo menor do que se estivesse em uma panela comum. Liofilização A liofilização (ou criodessecação) é uma técnica empregada na conservação de alimentos, muito utilizada atualmente pela indústria alimentícia. O que permite à água congelada no material passar diretamente da fase sólida para a fase gasosa sem passar pela fase líquida. Esse processo só é possível devido ao valor extremamente baixo de pressão a que o alimento é submetido. A pressão reduzida em alimentos altera o ponto de vaporização da água contida nele. Dessa forma, quanto menor a pressão a que um alimento é submetido, a água dentro do alimento terá também um ponto de vaporização menor, tornando mais fácil o processo de sublimação sem, entretanto, destruir as propriedades nutritivas, uma vez que mantém intactas as paredes celulares que seriam destruídas na evaporação. O índice de água extremamente reduzido resultante, inibe a ação dos microrganismos e das enzimas que normalmente estragam ou degradam a substância. A aplicação do vácuo elevado na liofilização faz com que o gelo sublime muito mais rapidamente, tornando um processo de secagem deliberado. A liofilização não causa, geralmente, o encolhimento ou endurecimento do material que está sendo desidratado, e os sabores/cheiros permanecem, também, virtualmente inalterados. Detalhe importante: alimentos liofilizados podem durar até 30 anos sem perder suas propriedades. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 10 Alimentos liofilizados2 Observando o diagrama de fases, uma liofilização ocorre da seguinte maneira: Primeiro o alimento é congelado e, após uma redução significativa da pressão, a água é sublimada. 2 reviewcafe.com.br/dicas-e-receitas/cafe-liofilizado alavoura.com.br/colunas/alimentacao-nutricao/morango-de-pacote-saboroso-e-nutritivo/ ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 11 A inclinação negativa (para a esquerda) na curva sólido-líquido da água torna possível a patinação no gelo. Isso indica que é possível derreter gelo ou neve por um aumento de pressão. Ao deslizar sobre o gelo, a pressão exercida pela lâmina dos patins faz com que ele derreta; na realidade a lâmina está deslizando sobre uma fina película de água. Diagrama de fases da água Diagrama de fases do gás carbônico A inclinação positiva (para a direita) na curva sólido-líquido do gelo-seco torna impossível a patinação nessa superfície. Nesse caso, um aumento da pressão exercido pela lâmina do patim aumentaria seu ponto de fusão, em vez de diminuí-lo. E se alguém se atrevesse a testar... ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 12 Patinadora caindo3 (UNITAU SP/2017) Abaixo, está apresentado um diagrama de fases da água. Em relação aos pontos assinalados, indique a alternativa CORRETA. a) Em qualquer ponto acima e abaixo do ponto E, e na temperatura relativa a esse ponto, a água está no estado líquido e sólido, respectivamente. b) No ponto C, a água está no estado líquido, no ponto B está no estado sólido, no ponto D está no estado líquido. c) Entre 760 mmHg e 4,58 mmHg, a transição entre os estados sólido e de vapor ocorre na faixa de temperatura entre 0 °C e 100 °C. d) Entre os pontos A e F, a transição entre os estados sólido e líquido ocorreem temperaturas negativas. e) A sublimação da água deve ocorrer somente em pressões abaixo de 4,58 mmHg. 3 https://www.dw.com/en/kamila-valieva-misses-out-on-figure-skating-medal-after-doping-controversy/a-60816293 ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 13 Comentários: Julgando os itens, tem-se: a) Errado. b) Errado. A água no ponto B está no estado gasoso. c) Errado. As temperaturas devem estar abaixo de 0 °C para a pressão de 760 mmHg e menor que 0,01 °C para pressão igual a 4,58 mmHg. d) Errado. Entre os pontos A e F ocorre a transformação dos estados sólido e gasoso. e) Certo. A sublimação ocorre da transformação do estado sólido para o estado gasoso. A coexistência desses estados ocorre a pressões igual e inferiores a 4,58 mmHg. Gabarito: E (FMABC SP/2016) Observe o diagrama de fases da substância iodo. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 14 Assinale a alternativa correta sobre a análise desse diagrama de fases. a) A 200 °C e pressão de 1 atm o iodo se encontra no estado sólido. b) Não é possível obter iodo líquido sob pressão de 0,9 atm, aproximadamente a pressão atmosférica na cidade de São Paulo. c) A 150 °C e pressão de 1,2 atm o iodo se encontra no estado gasoso. d) A temperatura de fusão do iodo, sob pressão de 1 atm é 113,8 °C. Comentários: Julgando os itens, tem-se: a) Errado. A 200 °C e pressão de 1 atm o iodo se encontra no estado gasoso. Estados físicos do Iodo a 1 atm: b) Errado. Não é possível obter iodo líquido sob pressões menores que 0,12 atm. c) Errado. A 150 °C e pressão de 1,2 atm o iodo se encontra no estado líquido. d) Certo. A temperatura de fusão do iodo, sob pressão de 1 atm é 113,8 °C. A temperatura de fusão é encontrada em cima da linha de fase ou limite de fase. 113,8 °C a 1 atm corresponde ao Iodo a 1 atm Sólido Menor que 113,8 °C Sólido e líquido Igual a 113,8 °C Líquido Entre 113,8 °C e 184 °C Líquido e gasoso Igual a 184 °C Gasoso Maior que 184 °C ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 15 valor da linha que separa as regiões sólido e líquido, portanto, é ao mesmo tempo a temperatura de fusão e temperatura de solidificação. Gabarito: D (UFU MG/2014) A análise do diagrama de fases do dióxido de carbono (CO2) mostra que a) acima da temperatura de – 56,6 °C, o CO2 será encontrado apenas no estado gasoso, independentemente da pressão. b) na pressão de 1 atm, a temperatura de fusão do CO2 é de – 78 °C. c) na pressão de 5 atm, independentemente da temperatura, coexistem os três estados físicos do CO2. d) na pressão de 1 atm, o CO2 pode ser encontrado nos estados sólido e gasoso, dependendo da temperatura. Comentários: Julgando os itens, tem-se: a) Errado. Acima da temperatura de – 56,6 °C, o CO2 pode ser encontrado nos três estados físicos: sólido, líquido e gasoso. b) Errado. Na pressão de 1 atm, inexiste o estado líquido do CO2, logo, não apresenta fusão a pressão de 1 atm. A transição correspondente a 1 atm e -78 °C é a sublimação. c) Errado. Na pressão de 5 atm, coexistem os três estados, somente, se a temperatura for igual a -56,6 °C. d) Certo. Na pressão de 1 atm, o diagrama de estado do CO2, somente, apresenta os estados sólido e gasoso. Gabarito: D ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 16 PRESSÃO MÁXIMA DE VAPOR Ao abrir um frasco de perfume, rapidamente, sentimos o seu aroma. Isso ocorre porque o vapor que estava formado dentro do recipiente se movimenta até o seu nariz. Essa característica de formar vapor não é uma propriedade única dos perfumes, mas sim de todos os líquidos. Porém, cada líquido apresenta a sua taxa de formação de vapor. Quando usamos um aromatizador de ambientes em nossa casa, o perfume se espalha porque as moléculas responsáveis pelo aroma conseguem escapar do líquido (volatilizam), passando para o estado de vapor, e se espalham no ambiente. Fonte: shutterstock_1899923755 O vapor formado pela vaporização do líquido colide com as paredes do recipiente e com a superfície do líquido. Ao colidir, o vapor exerce uma pressão que é denominada pressão de vapor. Pressão máxima de vapor é a pressão exercida pelo vapor quando em equilíbrio dinâmico com a sua fase líquida, em uma dada temperatura. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 17 Após adicionar um volume de água a um frasco e aguardar um tempo, a quantidade de vapor formada dentro do recipiente será constante. Essa quantidade de vapor exerce uma pressão constante e máxima para aquela temperatura, ou seja, o frasco apresenta a pressão máxima de vapor. Influência da temperatura na pressão de vapor. Quanto maior a temperatura, maior a agitação das partículas e, consequentemente, maior a quantidade de vapor formado em um sistema líquido. O aumento no número de partículas no estado gasoso proporciona um aumento na pressão do sistema. Portanto, quanto maior a temperatura de um equilíbrio vapor e líquido, maior a pressão de vapor do sistema. ↑ temperatura ↑ pressão de vapor Ao aumentar a temperatura do sistema, a taxa de evaporação aumenta e, consequentemente, maior será a pressão de vapor. A pressão de vapor de um material líquido é diretamente proporcional à temperatura, portanto, o gráfico que representa essa proporcionalidade é: A influência da temperatura na pressão de vapor da água Influência do tipo de interação intermolecular na pressão de vapor. Quanto maior a facilidade de evaporar, maior a quantidade de vapor formado e, consequentemente, maior a pressão de vapor. Quanto maior a tendência a evaporar, mais volátil é o líquido. ↑ volatilidade ↑ pressão de vapor Foram colocados volumes iguais de água e etanol em frascos idênticos e tampados. Observe os momentos iniciais e finais para cada líquido. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 18 Água ⎯⎯⎯ Etanol ⎯⎯⎯ O etanol é mais volátil que a água e, por isso, forma mais vapor. Conclui-se que a pressão de vapor do etanol é maior que a pressão de vapor da água, ambos na mesma temperatura. Os gráficos que relacionam a pressão de vapor do etanol e da água a diferentes temperaturas são: ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 19 Para uma mesma temperatura T, a pressão de vapor do líquido mais volátil é sempre maior que a pressão de vapor do líquido menos volátil. O etanol apresenta maior pressão de vapor do que a água, porque possui forças intermoleculares menos intensas. Mais um exemplo: Ao comparar líquidos, aquele que apresentar interações intermoleculares menos intensas, apresentará maior pressão de vapor. A ebulição ocorre quando, a uma dada temperatura, a pressão aplicada sobre o líquido é igual ou menor que a pressão máxima de vapor. 𝑷𝒆𝒙𝒕𝒆𝒓𝒏𝒂 = 𝑷𝒎á𝒙𝒊𝒎𝒂 𝒅𝒆 𝒗𝒂𝒑𝒐𝒓 ↑ vola lidade de um líquido ↑ pressão de vapor ↑ facilidade de sofrer ebulição ↓ a temperatura de ebulição. Para moléculas com massas moleculares próximas, tem-se: ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 20 Os compostos iônicos são sólidos à temperatura ambiente e, por isso, são as substâncias menos voláteis. Por sua vez, as moléculas apolares interagem por dipolo induzido-dipolo induzido. As interações entre as partículas de uma mesma substância variam de acordo com sua massa. Portanto, para comparar interações intermoleculares,sabe-se: Diferença entre gás e vapor Cientificamente, a diferença entre gás e vapor está na modificação do estado gasoso para o estado líquido. Simplificadamente, vapor é o estado da matéria que foi formada pelos estados sólido e líquido. ↑ interações intermoleculares ↑ polaridade ↑ massa molecular compostos orgânicos: ↑ formato linear ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 21 Água, etanol, ácido acético e óleo, por exemplo, são materiais que são líquidos nas condições ambientes e, por sua vez, ao formarem partículas no estado gasoso serão chamados de vapores. O dióxido de carbono (CO2), nitrogênio (N2) e ozônio (O3) são substâncias que não são encontradas líquidas nas condições ambientes e, por isso, são classificadas como gases. Precisamente, a definição de gás e líquido é identificada pela capacidade de formar o estado líquido. Os gases são liquefeitos a partir da diminuição da temperatura e aumento da pressão. Os vapores são condensados a partir da diminuição da temperatura, em pressão ambiente. EBULIÇÃO A ebulição é uma das vaporizações possíveis de um líquido. Ela é caracterizada pelo estado que apresenta energia suficiente para a mudança de estado físico e é detectada pelo ferver (formar bolhas em um líquido). Entendendo os estágios do aquecimento de um líquido até a sua ebulição, em um sistema aberto: 1- Pressão sobre o líquido. As partículas gasosas do ar colidem (pressão externa) com a superfície do líquido dificultando a saída de partículas do estado líquido. 2- Aumento da agitação das partículas do líquido. O líquido se aquece, porém, a pressão externa continua impedindo a saída de partículas do líquido. 3- Formação de bolhas. As primeiras bolhas que saem de um líquido em aquecimento, anterior à sua fervura, são correspondentes aos gases que estavam dissolvidos no líquido. Com o aumento da temperatura, a solubilidade dos gases diminui, a sua pressão aumenta e, consequentemente, a pressão da bolha formada dentro do líquido é igual ou maior que a pressão ambiente. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 22 4- Fervura do líquido. As partículas do líquido se agitam muito e se afastam significativamente, formando, assim, o estado gasoso. Quando a pressão de dentro da bolha formada for igual ou superior à pressão do ambiente, o sistema entra em ebulição (fervura). A pressão dentro da bolha formada pelas partículas do líquido corresponde à pressão de vapor. Concluindo, a pressão de vapor se iguala a pressão ambiente no momento da fervura. A ebulição ocorre quando, a uma dada temperatura, a pressão aplicada sobre o líquido é igual ou menor que a pressão máxima de vapor. 𝑷𝒆𝒙𝒕𝒆𝒓𝒏𝒂 = 𝑷𝒎á𝒙𝒊𝒎𝒂 𝒅𝒆 𝒗𝒂𝒑𝒐𝒓 Concluindo, ↑ vola lidade de um líquido ↑ pressão de vapor ↑ facilidade de sofrer ebulição ↓ a temperatura de ebulição. (UFRR/2017) O gráfico abaixo mostra a variação de pressão de vapor de algumas substâncias (pv, em mm de Hg) em relação a temperatura (t, em graus Celsius). ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 23 Assinale a alternativa CORRETA: a) A substância 1 apresenta maior pressão de vapor que a substância 3; b) A temperatura de ebulição da substância 4 é menor que a temperatura de ebulição da substância 2; c) A Substância 2 é a mais volátil; d) A pressão de vapor de um líquido depende da temperatura; quanto maior a temperatura, menor a sua pressão de vapor; e) Na temperatura ambiente, a substância 1 é o mais volátil. Comentários: Julgando os itens, tem-se: a) Errado. Para uma mesma temperatura (coluna vertical), a substância 2 apresenta maior pressão de vapor. b) Errado. Quanto maior a pressão de vapor, mais volátil e, consequentemente, menor a temperatura de ebulição. Portanto, a substância 2 apresentam temperatura de ebulição menor do que a substância 4. c) Certo. A Substância 2 é a mais volátil, porque apresenta maior pressão de vapor. Quanto maior a pressão de vapor de uma substância, maior a facilidade para transformar-se em vapor e, por conseguinte, menor a temperatura de ebulição. d) Errado. Quanto maior a temperatura, maior a pressão de vapor. Quanto mais agitadas as partículas, maior a facilidade de se desprenderem do líquido e atingirem o estado gasoso. e) Errado. Na temperatura ambiente, a substância 1 é o menos volátil, ou seja, é o mais fixo. A substância 1 apresenta a menor pressão de vapor, logo, apresenta a maior dificuldade para se tornar vapor. Gabarito: C (UEG GO/2015) As propriedades físicas dos líquidos podem ser comparadas a partir de um gráfico de pressão de vapor em função da temperatura, como mostrado no gráfico hipotético a seguir para as substâncias A, B, C e D. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 24 Segundo o gráfico, o líquido mais volátil será a substância a) A b) B c) C d) D Comentários: - O líquido mais volátil é aquele, em uma mesma temperatura, que apresenta maior pressão de vapor do que os outros líquidos. Escolhendo, aleatoriamente, uma temperatura, percebe-se que o valor da pressão de A é maior do que as demais. - Quanto maior a pressão de vapor de um material, menor a interação entre as partículas no estado líquido, menor a temperatura de ebulição e maior a sua volatilidade. Gabarito: A 2. PROPRIEDADES COLIGATIVAS Propriedades coligativas são propriedades físicas de um solvente, modificadas a partir da adição de um soluto não volátil. As propriedades coligativas dependem da quantidade de partículas dispersas em solução, mas não dependem da natureza delas (iônica, molecular ou atômica). Essas propriedades são divididas em: ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 25 TONOSCOPIA A tonoscopia ou tonometria é a diminuição da pressão de vapor provocada pela adição de um soluto não volátil. Ao se adicionar um soluto não volátil, as forças de coesão dentro do líquido serão maiores e, consequentemente, maior a dificuldade de o líquido sofrer vaporização. çã ã á ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ Pressão de vapor do solvente: Psolvente Pressão de vapor da solução: Psolução A dissolução do soluto não volátil diminui a pressão de vapor do solvente (Psolvente) e resulta em uma nova pressão de vapor denominada pressão de vapor da solução (Psolução). 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. O francês François-Marie Raoult (1830-1901) elaborou uma lei chamada Lei de Raoult que estabelece a influência da fração molar na pressão máxima de vapor do solvente em soluções de soluto não volátil e não eletrolítico: ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 26 Lei de Raoult 𝑃 çã = 𝑋 · 𝑃 Sendo: Psolução a pressão de vapor da solução, Xsolvente a fração molar do solvente e Psolvente é a pressão de vapor do solvente. Entende-se a pressão de vapor do solvente como a pressão de vapor da substância pura, ou seja, ausente de solutos. Lembre-se que a fração molar é calculada por: 𝐹𝑟𝑎çã𝑜 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑑𝑜 𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 (𝑋 ) = ú ( ) ú çã çã 𝑋 = Análise gráfica da tonoscopia. Para uma solução, a curva de pressão de vapor por temperatura apresenta valores menores para as pressões de vapor. Influência da quantidade de partículas dispersasna solução. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 27 A natureza do soluto não interfere no abaixamento da pressão de vapor, ou seja, a solubilização de 1 mol de partículas iônicas ou moleculares não causa diferença no comportamento coligativo da solução. A influência do soluto na solução é a quantidade de partículas dispersas na solução. ↑ Quantidade de partículas dissolvidas ↑ Efeito coligativo A seguir são apresentadas quatro soluções aquosas de mesmo volume e em recipientes idênticos: 1,0 mol/L de NaF, 2,0 mol/L de C6H12O6 e 1,0 mol/L de CaBr2. Qual a ordem crescente de efeito coligativo nas soluções apresentadas? Primeiramente, a solução que apresentar o maior número de partículas dissolvidas, apresenta o maior efeito coligativo. Para comparar a quantidade de partículas dissolvidas, adota-se o mesmo volume arbitrário para cada solução: 1 litro. Assim sendo, calcula-se o número de partículas dispersas para cada 1 litro das soluções: 1L de 1,0 mol/L de NaF 1L de 2,0 mol/L de C6H12O6 1L de 1,0 mol/L de CaBr2 1 L · 1,0 mol/L = 1,0 mol de NaF 1 L · 2,0 mol/L = 2,0 mol de C6H12O6 1 L · 1,0 mol/L = 1,0 mol de CaBr2 1 NaF(s) → 1 Na+(aq) + 1 F-(aq) 1 C6H12O6(s) → 1C6H12O6(aq) 1CaBr2(s) → 1Ca2+(aq) + 2Br-(aq) 1,0 mol dissolvido de NaF forma 2,0 mol de íons. 2,0 mol de C6H12O6 dissolvido forma 2,0 mol de moléculas dissolvidas. 1,0 mol de CaBr2 dissolvido forma 3,0 mols de íons dissolvidos. As soluções de NaF e C6H12O apresentaram o mesmo número de patículas dissolvidas, portanto, apresentam o mesmo efeito coligativo. A solução de CaBr2 apresenta a maior concentração de partículas dissolvidas, portanto, apresenta a maior influência coligativa. Ordem crescente do efeito coligativo das soluções apresentadas: 𝒔𝒐𝒍𝒖çã𝒐𝑵𝒂𝑭 = 𝒔𝒐𝒍𝒖çã𝒐𝑪𝟔𝑯𝟏𝟐𝑶𝟔 < 𝒔𝒐𝒍𝒖çã𝒐𝑪𝒂𝑩𝒓𝟐 ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 28 Observe esse outro exemplo: Observe que quanto maior o número de partículas na solução, a uma mesma temperatura, menor a pressão de vapor do sistema, isso ocorre em função do maior número de interações solvente-soluto existentes, quando comparado ao solvente puro. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 29 Os cálculos para os efeitos coligativos só podem ser realizados para soluções ideais. As soluções ideias apresentam as seguintes características: - A entalpia da mistura é nula, ou seja, a mistura de solvente e soluto não desprende e não absorve energia. - As soluções ideais são soluções diluídas de solutos não voláteis. - A variação do volume da mistura é zero, ou seja, o volume final é igual ao somatório dos volumes dos envolvidos. - As forças intermoleculares soluto-soluto, soluto-solvente e solvente-solvente são iguais entre si. Portanto, a Lei de Raoult não se aplica às soluções eletrolíticas. O francês Raoult desconhecia os estudos sobre soluções eletrolíticas, que serão apresentados anos depois por Svante Arrhenius, em 1903. (UniCESUMAR PR/2016) As curvas da pressão de vapor de três soluções aquosas em função da temperatura estão representadas, esquematicamente, no gráfico a seguir. Assinale a alternativa que corresponde adequadamente às curvas com as respectivas soluções. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 30 Comentários: Adotando, aleatoriamente, um mesmo volume de 1L para cada uma das três soluções, calcula-se as quantidades de partículas dispersas em cada solução: A solução que apresenta o menor número de partículas dissolvidas apresenta a maior pressão de vapor, porque as forças de coesão no sistema líquido são menores. Assim, as pressões de vapor são organizadas por: Pglicose > Pcloreto de sódio > Psulfato de potássio Gabarito: C (ACAFE SC/2015) Em um laboratório de química existem 4 frascos: Curva I Curva II Curva III a) NaC 0,10 mol/L C6H12O6 0,15 mol/L K2SO4 0,10 mol/L b) NaC 0,10 mol/L K2SO4 0,10 mol/L C6H12O6 0,15 mol/L c) C6H12O6 0,15 mol/L NaC 0,10 mol/L K2SO4 0,10 mol/L d) K2SO4 0,10 mol/L NaC 0,10 mol/L C6H12O6 0,15 mol/L e) C6H12O6 0,15 mol/L K2SO4 0,10 mol/L NaC 0,10 mol/L ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 31 - frasco 1: água - frasco 2: solução aquosa de CaC2 0,3 mol/L - frasco 3: solução aquosa de NaC 0,3 mol/L - frasco 4: solução aquosa de glicose 0,3 mol/L Assinale a alternativa correta que contém a ordem crescente da pressão de vapor do solvente. a) frasco 2 > frasco 3 > frasco 4 > frasco 1 b) frasco 1 > frasco 4 > frasco 3 > frasco 2 c) frasco 1 < frasco 4 < frasco 3 < frasco 2 d) frasco 2 < frasco 3 < frasco 4 < frasco 1 Comentários: Quanto menor o número de partículas dissolvidas em água, maior a pressão de vapor. Quanto mais partículas dissolvidas, maior a força de coesão, menos vapor de água é formado e, por conseguinte, menor a pressão de vapor. Dessa forma, o frasco 1 que apresenta água apresenta a maior pressão de vapor. (Somente essa informação já é suficiente para acertar a questão). Determinando a concentração de partículas dissolvidas para cada frasco: - Frasco 2: CaC2 0,3 mol/L. Sabendo que a dissociação do cloreto de cálcio, produz três íons (1 Ca2+ e 2 C-), a concentração de partículas dissolvidas é igual a: 0,3 mol/L · 3 = 0,9 mol/L de partículas dissolvidas no frasco 1. - Frasco 3: NaC 0,3 mol/L Sabendo que a dissociação do cloreto de sódio, produz dois íons (1 Na+ e 1 C-), a concentração de partículas dissolvidas é igual a: 0,3 mol/L · 2 = 0,6 mol/L de partículas dissolvidas no frasco 2. - Frasco 4: glicose 0,3 mol/L Sabendo que a solubilização de uma molécula de glicose, produz 1 molécula de glicose, a concentração de partículas dissolvidas é igual a: 0,3 mol/L · 1 = 0,3 mol/L de partículas dissolvidas no frasco 3. Assim, sabendo que ↓ nº de partículas dissolvidas ↑ pressão de vapor, a ordem crescente das pressões de vapor dos frascos são: Pfrasco 2 < Pfrasco 3 < Pfrasco 4 < Pfrasco 1 Gabarito: D (UFT TO/2014) ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 32 A ureia [(NH2)2CO] é um composto orgânico solúvel em água. Qual a quantidade de ureia (em gramas) que deve ser adicionada a 450 g de água para formar uma solução com pressão de vapor 2,50 mmHg menor que a pressão de vapor da água pura a 30 °C? Dados: pressão de vapor da água pura a 30 °C = 31,8 mmHg; Massas molares: N=14; H=1; O=16; C=12. a) 114 g b) 128 g c) 140 g d) 152 g e) 166 g Comentários: Dados: massa molares (g/mol): H2O = 18 e CO(NH2)2 Sabendo que as pressões de vapor da água pura e da solução, a 30 °C, são iguais a 31,8 mmHg e 29,3 mmHg (já que 31,8 – 2,5 = 29,3 mmHg), respectivamente, aplica-se a lei de Raoult: Sabendo que Xsolvente = nsolvente/(nsolvente + nsoluto) e que n=massa/Massa molar, tem-se: Gabarito: B 𝑃𝑠𝑜𝑙𝑢 çã𝑜 = 𝑋𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 · 𝑃𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 31,8 − 2,50 𝑚𝑚𝐻𝑔 = 𝑋𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 · 31,8 𝑚𝑚𝐻𝑔 29,3 𝑚𝑚𝐻𝑔 = 𝑋𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 · 31,8 𝑚𝑚𝐻𝑔 29,3 31,8 = 𝑋𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 29,3 31,8 = 𝑛𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑛𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 + 𝑛𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 29,3 31,8 = 𝑛á𝑔𝑢𝑎 𝑛á𝑔𝑢𝑎 + 𝑛𝑢𝑟 𝑒𝑖𝑎 29,3 31,8 = 𝑚á𝑔𝑢𝑎 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟á𝑔𝑢𝑎 𝑚á𝑔𝑢𝑎 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟á𝑔𝑢𝑎 + 𝑚𝑢𝑟𝑒𝑖𝑎 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟𝑢𝑟𝑒𝑖𝑎 29,3 31,8 = 450 𝑔 18 𝑔 · 𝑚𝑜𝑙−1 450 𝑔 18 𝑔 · 𝑚𝑜𝑙−1 + 𝑚𝑢𝑟𝑒𝑖𝑎 60 𝑔 · 𝑚𝑜𝑙−1 29,3 31,8 = 25 25 + 𝑚𝑢𝑟𝑒𝑖𝑎 60 𝑔 · 𝑚𝑜𝑙−1 𝑚𝑢𝑟𝑒𝑖𝑎 = 127,98 𝑔 ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 33 EBULIOSCOPIA E CRIOSCOPIA Em uma solução aquosa, quanto maior o número de partículasdissolvidas, maior a intensidade das forças de coesão, logo, maior será a energia absorvida necessária para as moléculas se desprenderem do estado líquido. Dessa forma, quanto mais partículas dissolvidas, além do abaixamento da pressão de vapor, ocorre o aumento da temperatura de ebulição. Ebulioscopia ou ebuliometria é a propriedade coligativa correspondente ao aumento da temperatura de ebulição, provocada pela dissolução de um soluto não volátil. O aumento das forças de coesão provocada pela dissolução de um soluto não volátil altera o estado desorganizado (solvente líquido) para um estado mais organizado (interação do sólido com o líquido). Portanto, essa alteração energética só é possível se retirarmos energia do sistema. A adição de um soluto não volátil, diminui a temperatura de congelamento. Crioscopia ou criometria é a propriedade coligativa correspondente à diminuição da temperatura de congelamento, provocada pela dissolução de um soluto não volátil. Para soluções que apresentam o mesmo número de partículas dissolvidas, a solução que apresentar soluto com menor massa molar, apresentará menor temperatura de congelamento. Quanto mais leve uma partícula, maior a facilidade de sua agitação, por isso, quanto menor a massa molar de uma substância, mais energia deve ser desprendida para o seu congelamento. Análise gráfica da ebulioscopia e crioscopia. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 34 Perceba que a temperatura de congelamento diminuiu e a temperatura de ebulição aumentou, ao adicionar um soluto não volátil a um solvente. OSMOSCOPIA Ao colocarmos sal em cima de uma folha de alface, percebemos que ao longo do tempo ela murcha. Esse fenômeno é explicado porque a água presente dentro da alface é retirada dela e dissolve o sal encontrado na superfície. Ocorreu, portanto, o fenômeno da osmose. A osmose é a passagem da água por uma membrana semipermeável de um meio menos concentrado (hipotônico) para um meio mais concentrado (hipertônico). A osmose é explicada pelas diferenças de vapor formada nos dois recipientes. O ambiente menos concentrado, apresenta maior pressão de vapor, logo, o líquido é empurrado com maior intensidade. Veja a ilustração abaixo de um recipiente fechado dividido em duas partes por uma membrana semipermeável, que permite a passagem somente do líquido, com soluções de concentrações diferentes. Duas soluções aquosas de diferentes concentrações separadas por uma membrana semipermeável. A pressão de vapor de uma solução (Pv1) é maior do que a pressão de vapor da outra solução (Pv2) e, dessa forma, as moléculas de água são empurradas para a solução mais concentrada. O equilíbrio da osmose é atingido quando as pressões de vapores se igualam, consequentemente, as concentrações das soluções são iguais. Comparação entre concentrações de partículas dissolvidas em uma solução: ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 35 O que acontece com uma célula quando ela é mergulhada em um meio aquoso? Hipertônico Isotônico Hipotônico Meio hipertônico em relação à célula. Meio isotônico em relação à célula. Meio hipotônico em relação à célula. A célula perde água para o meio e murcha. A célula troca água com o meio em taxas iguais e não sofre alteração de volume. A célula absorve água do meio e fica tungida ou inchada. Pressão osmótica (π). A pressão de vapor que empurra o solvente movimenta a água e caracteriza a osmose. Portanto, a pressão aplicada à solução concentrada que impede a osmose é chamada de pressão osmótica (π). solução hipertônica quando a concentração de soluto é maior do que a concentração de outra solução. isotônica quando a concentração de soluto é igual à concentração de outra solução. hipotônica quando a concentração de soluto é menor do que a concentração de outra solução. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 36 A pressão osmótica é calculada pela equação de estado de um gás: 𝑃 · 𝑉 = 𝑛 · 𝑅 · 𝑇 Sabendo que P é a pressão do gás, V é o volume do gás, R é a constante universal dos gases e T é a temperatura. Quanto maior a concentração da solução, maior será a tendência à osmose e, logo, maior será o valor da pressão osmótica. Representando a pressão osmótica por π e sabendo que a razão do número de mols por volume é igual a molaridade (representada por [ ]), tem-se: 𝑃 · 𝑉 = 𝑛 · 𝑅 · 𝑇 𝜋 = 𝑛 𝑣 · 𝑅 · 𝑇 𝜋 = [ ] · 𝑅 · 𝑇 𝑷𝒓𝒆𝒔𝒔ã𝒐 𝒐𝒔𝒎ó𝒕𝒊𝒄𝒂 Osmose Reversa. Ao aplicarmos uma pressão maior que a pressão osmótica, ocorre a osmose reversa. 𝑷𝒐𝒔𝒎𝒐𝒔𝒆 𝒓𝒆𝒗𝒆𝒓𝒔𝒂 > 𝑷𝒐𝒔𝒎ó𝒕𝒊𝒄𝒂 Muitas pessoas no mundo sofrem com a falta de água doce. Um relatório recente das Nações Unidas (UN-Water Policy Brief on Water Quality, UN-Water 2011) sugeriu que até 2025, duas em cada três pessoas no mundo poderiam estar vivendo em áreas com escassez de água – lugares sem água doce suficiente para beber ou cultivar. O mar já é fonte de água potável em vários países desérticos que fazem fronteira com o Golfo Pérsico; para tornar a água do mar potável, ela deve ser dessalinizada, o que significa que os sais devem ser removidos. Uma maneira de dessalinizar a água salgada é destilá-la, mas a destilação requer uma grande quantidade de energia para aquecer a água do mar até seu ponto de ebulição e convertê-la em vapor. O processo de osmose também pode ser aplicado à dessalinização da água do mar. Como vimos, osmose é o movimento da água de uma região de baixa concentração de soluto para uma região de alta concentração de soluto. No entanto, se uma pressão suficientemente alta for aplicada à região de alta concentração de soluto, a água pode ser forçada a se mover da região de alta concentração ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 37 para a região de baixa concentração. Essa técnica, chamada osmose reversa, é outra maneira de dessalinizar a água do mar para torná-la potável. O aparelho de dessalinização mostrado na figura abaixo consiste em um tubo de metal externo contendo um grande número de tubos internos feitos de uma membrana semipermeável. A água do mar é forçada através do tubo externo para que ela lave o exterior de todos os tubos internos, que são inicialmente preenchidos com água pura corrente. Normalmente, a direção da osmose seria dos tubos internos (concentração zero de soluto) para a água do mar (concentração muito alta de soluto) e, de fato, a água pura exerce uma pressão osmótica no interior das membranas dos tubos. No entanto, quando uma pressão externa – uma pressão osmótica reversa – maior que a pressão osmótica é exercida no lado da água do mar das membranas, as moléculas de água na água do mar se movem através das membranas para os tubos internos. A água dessalinizada que entra nos tubos internos flui para um coletor e está pronta para uso. A água do mar sendo dessalinizada por osmose reversa flui a uma pressão maior que sua pressão osmótica em torno de feixes de tubos com paredes semipermeáveis. As moléculas de água passam da água do mar para os tubos e fluem através dos tubos para um recipiente de coleta.4 Alguns sistemas municipais de abastecimento de água usam osmose reversa para tornar a água salina (salobra) própria para beber. Algumas indústrias usam esse método para purificar a água da torneira convencional, e é uma maneira comum de os navios no mar dessalinizarem a água do oceano. No entanto, membranas semipermeáveis muito resistentes são necessárias porque os sistemas de osmose reversa operam em pressões muito altas. O desenvolvimento contínuo de tecnologias usando osmose reversa resultou em milhões de pessoas sendo abastecidas com água potável. 4 Modificado de Gilbert, T.R. et al. Chemistry –The Science in Context. 4ª Edição. Editora W. W. Norton & Company, 2015 ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 38 Osmolaridade Alguns vestibulares exigem conhecimento sobre essa forma de expressão de concentração de solutos chamada osmolaridade. A osmolaridade é a expressão do número de mols das partículas dispersas em uma solução por volume. Por exemplo, o cloreto de sódio (NaC) sofre dissociação e forma dois íons em solução, isso quer dizer que, uma solução de NaC 1mol/L apresenta osmolaridade de 2 mol/L ou 2 Osm/L ou 2 Osmolar. Solução Osmolaridade 1 mol/L de C6H12O6 1 Osm/L ou 1 Osmolar. 1 mol/L de CaC2 3 Osm/L ou 3 Osmolar. 1 mol/L de (NH4)3PO4 4 Osm/L ou 4 Osmolar. 3. CONSIDERAÇÕES FINAIS Então é isso... Vamos parar por aqui que você tem muita coisa para estudar ainda. Não deixe de fazer suas anotações e revisões, e estude com muita garra e afinco. Sua aprovação está logo ali, eu já posso ver (amém?! AMÉM!!!). Lembre-se que você tem o Caderno de Questões em arquivo separado e, além disso, deixo ainda algumas questões extras, todas discursivas, caso queira treinar o que você já estudou. Conta comigo sempre! Um forte abraço! ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 39 4. QUESTÕES EXTRAS Questão-01 - (UERJ/2018/2ªFase) Um medicamento utilizado como laxante apresenta em sua composição química os sais Na2HPO4 e NaH2PO4, nas concentrações de 142 g/L e 60 g/L, respectivamente. A eficácia do medicamento está relacionada à alta concentração salina, que provoca perda de água das células presentes no intestino. Admitindo que cada um dos sais encontra-se 100% dissociado, calcule a concentração de íons Na+, em mol/L, no medicamento. Em seguida, também em relação ao medicamento, nomeie o sal com menor concentração e a propriedade coligativa correspondente à sua ação laxante. Questão-02 - (ITA SP/2013) Considere o diagrama de fase hipotético representado esquematicamente na figura abaixo: O que representam os pontos A, B, C, D e E? Questão-03 - (UFU MG/2013/2ªFase) A temperatura de ebulição tem relação com a altitude do local onde se realiza a fervura. Desse modo, existe diferença entre a temperatura de ebulição da água nas cidades de Uberlândia (MG), Santos (litoral paulista) e na Serra da Mantiqueira. Sobre a temperatura de ebulição da água nas regiões acima referidas, faça o que se pede. a) Explique qual é a relação existente entre a temperatura de ebulição da água e a pressão atmosférica. b) Construa a curva de pressão de vapor da água para as situações descritas acima. c) A partir da curva de pressão de vapor, explique a diferença entre as temperaturas de ebulição da água. Questão-04 - (UEG GO/2012/Janeiro) O gráfico abaixo mostra a pressão de vapor de dois sistemas diferentes em função da temperatura. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 40 Após a análise do gráfico, responda aos itens a seguir: a) se A e B forem compostos diferentes, explique qual deles é o mais volátil; b) se A e B forem soluções do mesmo solvente e soluto, em diferentes concentrações, explique o que irá acontecer se dois compartimentos idênticos contendo quantidade igual das duas soluções forem separados por uma membrana semipermeável. Questão-05 - (UEG GO/2012/Janeiro) O gráfico abaixo mostra a pressão de vapor de dois sistemas diferentes em função da temperatura. Após a análise do gráfico, responda aos itens a seguir: a) se A e B forem compostos diferentes, explique qual deles é o mais volátil; ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 41 b) se A e B forem soluções do mesmo solvente e soluto, em diferentes concentrações, explique o que irá acontecer se dois compartimentos idênticos contendo quantidade igual das duas soluções forem separados por uma membrana semipermeável. Questão-06 - (UEG GO/2011/Janeiro) No esquema abaixo, têm-se os frascos A e B, os quais se encontram sob as mesmas condições de temperatura e pressão, tanto na situação inicial como final. Após a análise da figura, a) determine o motivo de a rolha do frasco B ter sido ejetada e o mesmo não ter acontecido no frasco A; b) indique qual dos líquidos apresenta a maior temperatura de ebulição, explicando o motivo de sua resposta. Questão-07 - (UFU MG/2011/2ªFase) As contribuições da ciência e tecnologia marcaram os últimos séculos em todos os setores da sociedade. Na indústria, por exemplo, a produção do café solúvel pode ser compreendida a partir da mudança de estado físico da água, descrita pelo diagrama de fases abaixo: A partir da análise do diagrama de fases, proponha um procedimento, que explique como é possível a obtenção do café solúvel desidratado, sem, contudo, ocorrer a perda de suas propriedades. Considere que, no processo da fabricação desse gênero alimentício, a primeira etapa é a preparação de uma solução contendo água e o café já torrado e moído. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 42 Questão-08 - (UFSCAR SP/2010) Um tipo de sapo do Sudeste da Ásia, Rana cancrivora, nasce e cresce em locais de água doce, tais como rios e lagos. Depois de atingir seu desenvolvimento pleno neste ambiente, o sapo adulto possui duas características marcantes. A primeira delas é ser dotado de uma pele com alta permeabilidade, que lhe permite trocar eficientemente O2 e CO2 gasosos, água e íons, entre seus tecidos e o meio aquático externo. A segunda característica é que na procura por alimentos ele se move para manguezais, onde o teor salino é muito mais elevado que o do seu meio aquático original. Para evitar os danos que poderiam resultar da mudança de ambientes, o sapo dispõe de recursos metabólicos, que podem envolver a diminuição da excreção de NaCl ou da ureia (H2N – CO – NH2) contidos em seu corpo, sendo que neste caso a ureia não sofre hidrólise. a) Supondo que o controle dos efeitos da mudança de ambiente fosse feito exclusivamente pela retenção de NaCl pelo organismo deste sapo, seria necessária a retenção de 2,63 g de NaCl por 100 mililitros de líquido corporal. Se o controle fosse feito exclusivamente pela retenção de ureia pelo organismo deste sapo, calcule a quantidade, em gramas, de ureia por 100 mililitros de líquido corporal para obter o mesmo efeito de proteção que no caso do NaCl. b) Considerando outra espécie de sapo, cuja pele fosse permeável apenas ao solvente água, escreva o que ocorreria a este sapo ao se mover da água doce para a água salgada. Justifique sua resposta. Dados: massas molares: NaCl = 58,4 g mol–1; ureia = 60,0 g mol–1. Questão-09 - (UFU MG/2009/2ªFase) Observe o esquema representativo do cozimento de alimentos em uma panela de pressão e o diagrama de fase da água apresentados a seguir e faça o que se pede. a) Identifique a relação existente entre a pressão do vapor de água e sua temperatura de ebulição no interior da panela de pressão. b) Cite e explique uma vantagem do cozimento de alimentos em panelas de pressão. c) Explique o que ocorre com o tempo de cozimento do alimento caso seja abaixada a chama do fogão logo que se inicia a saída do vapor pela válvula, mantendo-se, contudo, a fervura. Questão-10 - (UNESP SP/2008/Biológicas) ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 43 A adição de substâncias à água afeta suas propriedades coligativas. Compare as temperaturas de fusão e ebulição de duas soluções aquosas contendo, respectivamente, 1 mol/L de NaCl e 1 mol/L de glicose, nas mesmas condições de pressão. Questão-11 - (UNICAMP SP/2008) Eles estão de volta! Omar Mitta, vulgo Rango, e sua esposa Dina Mitta, vulgo Estrondosa,a dupla explosiva que já resolveu muitos mistérios utilizando o conhecimento químico (vestibular UNICAMP 2002). Hoje estão se preparando para celebrar uma data muito especial. Faça uma boa prova e tenha uma boa festa depois dela. Embora esta prova se apresente como uma narrativa ficcional, os itens a e b em cada questão de 1 a 12 devem, necessariamente, ser respondidos. Para a sobremesa, os Mitta prepararam o “Arroz-doce à moda do Joaquim”. Dina explicava aos convidados: “Um dos segredos da receita é não deitar o açúcar logo no início porque ele é muito hidrofílico e compete com o amido do arroz pela água, e também porque a elevada pressão osmótica dificulta a entrada de água para o interior dos grãos, não deixando que eles cozinhem de forma uniforme e completa.” Como Dina estava a usar uma linguagem muito científica, um dos convidados logo fez duas perguntas: a) “Ô Dina, o que significa hidrofílico e como se explica isso no caso do açúcar?” b) “Ao fazer o arroz salgado, a gente põe o sal no início, e o arroz cozinha de maneira uniforme. Então, essa tal de pressão osmótica não existe no caso do sal? Por quê?” Questão-12 - (UFG GO/2007/2ªFase) O diagrama de fases da água é representado abaixo. As diferentes condições ambientais de temperatura e pressão de duas cidades, A e B, influenciam nas propriedades físicas da água. Essas cidades estão situadas ao nível do mar e a 2400 m de altitude, ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 44 respectivamente. Sabe-se, também, que a cada aumento de 12 m na altitude há uma mudança média de 1 mmHg na pressão atmosférica. Sendo a temperatura em A de −5 ºC e em B de −35 ºC, responda: a) Em qual das duas cidades é mais fácil liquefazer a água por compressão? Justifique. b) Quais são as mudanças esperadas nos pontos de fusão e ebulição da água na cidade B com relação a A. Questão-13 - (UNICAMP SP/2007) A população humana tem crescido inexoravelmente, assim como o padrão de vida. Consequentemente, as exigências por alimentos e outros produtos agrícolas têm aumentado enormemente e hoje, apesar de sermos mais de seis bilhões de habitantes, a produção de alimentos na Terra suplanta nossas necessidades. Embora um bom tanto de pessoas ainda morra de fome e um outro tanto morra pelo excesso de comida, a solução da fome passa, necessariamente, por uma mudança dos paradigmas da política e da educação. Não tendo, nem de longe, a intenção de aprofundar nessa complexa matéria, essa prova simplesmente toca, de leve, em problemas e soluções relativos ao desenvolvimento das atividades agrícolas, mormente aqueles referentes à Química. Sejamos críticos no trato dos danos ambientais causados pelo mau uso de fertilizantes e defensivos agrícolas, mas não nos esqueçamos de mostrar os muitos benefícios que a Química tem proporcionado à melhoria e continuidade da vida. No mundo do agronegócio, a criação de camarões, no interior do nordeste brasileiro, usando águas residuais do processo de dessalinização de águas salobras, tem se mostrado uma alternativa de grande alcance social. A dessanilização consiste num método chamado de osmose inversa, em que a água a ser purifi cada é pressionada sobre uma membrana semipermeável, a uma pressão superior à pressão osmótica da solução, forçando a passagem de água pura para o outro lado da membrana. Enquanto a água dessalinizada é destinada ao consumo de populações humanas, a água residual (25 % do volume inicial), em que os sais estão concentrados, é usada para a criação de camarões. a) Supondo que uma água salobra que contém inicialmente 10.000 mg de sais por litros sofre a dessalinização conforme descreve o texto, calcule a concentração de sais na água residual formada em mg L–1. b) Calcule a pressão mínima que deve ser aplicada, num sistema de osmose inversa, para que o processo referente ao item a acima tenha início. A pressão osmótica de uma solução pode ser calculada por uma equação semelhante à dos gases ideais, onde n é o número de moles de partículas por litro de solução. Para fins de cálculo, suponha que todo o sal dissolvido na água salobra seja cloreto de sódio e que a temperatura da água seja de 27 ºC. Dado: constante dos gases, R = 8.314 Pa L K–1 mol–1. c) Supondo que toda a quantidade (em mol) de cloreto de sódio do item b tenha sido substituída por uma quantidade igual (em mol) de sulfato de sódio, pergunta-se: a pressão a ser aplicada na osmose à nova solução seria maior, menor ou igual à do caso anterior? Justifique sua resposta. Questão-14 - (UEG GO/2007/Janeiro) Considere que 68 g de uma proteína são dissolvidos em água suficiente para obtenção de 0,5 L de solução, a qual tem pressão osmótica igual a 38 mmHg a 27 ºC. De posse destas informações e de acordo com seus conhecimentos sobre as estruturas das proteínas, responda: Dado: R = 0,082 atm.L.K–1.mol–1 ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 45 a) Estruturalmente, do ponto de vista químico, o que é uma proteína? b) Qual a massa molecular da proteína? Questão-15 - (UERJ/2006/2ªFase) Para evitar alterações nas células sanguíneas, como a hemólise, as soluções utilizadas em alimentação endovenosa devem apresentar concentrações compatíveis com a pressão osmótica do sangue. Foram administradas a um paciente, por via endovenosa, em diferentes períodos, duas soluções aquosas, uma de glicose e outra de cloreto de sódio, ambas com concentração igual a 0,31 mol·L1 a 27ºC. Considere que: - a pressão osmótica do sangue, a 27ºC, é igual a 7,62 atm; - a solução de glicose apresenta comportamento ideal; - o cloreto de sódio encontra-se 100% dissociado. a) Calcule a pressão osmótica da solução de glicose e indique a classificação dessa solução em relação à pressão osmótica do sangue. b) As curvas de pressão de vapor (PV) em função da temperatura (t) para as soluções de glicose e de cloreto de sódio são apresentadas no gráfico a seguir. Aponte a curva correspondente à solução de glicose e justifique sua resposta. Questão-16 - (IME RJ/2005) Determine o abaixamento relativo da pressão de vapor do solvente quando 3,04 g de cânfora (C10H16O) são dissolvidos em 117,2 mL de etanol a 25oC. Questão-17 - (UNESP SP/2004/Biológicas) O soro glicosado é uma solução aquosa contendo 5% em massa de glicose (C6H12O6) e isotônica em relação ao sangue, apresentando densidade aproximadamente igual a 1g·mL–1. a) Sabendo que um paciente precisa receber 80 g de glicose por dia, que volume desse soro deve ser ministrado diariamente a este paciente? ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 46 b) O que aconteceria com as células do sangue do paciente caso a solução injetada fosse hipotônica? Justifique sua resposta, utilizando as propriedades coligativas das soluções. Questão-18 - (ITA SP/2002) Explique por que água pura exposta à atmosfera e sob pressão de 1,0 atm entra em ebulição em uma temperatura de 100°C, enquanto água pura exposta à pressão atmosférica de 0,7 atm entra em ebulição em uma temperatura de 90°C. Questão-19 - (UNIFESP SP/2002/2ªFase) Uma solução aquosa contendo 0,9% de NaCl (chamada de soro fisiológico) ou uma solução de glicose a 5,5% são isotônicas (apresentam a mesma pressão osmótica) com o fluido do interior das células vermelhas do sangue e são usadas no tratamento de crianças desidratadas ou na administração de injeções endovenosas. a) Sem calcular as pressões osmóticas, mostre que as duas soluções são isotônicas a uma mesma temperatura. b) O laboratorista preparou, por engano, uma solução de NaCl 5,5% (ao invés de 0,9%). O que deve ocorrer com as células vermelhas do sangue, se essa solução for usada em uma injeção endovenosa? Justifique. Dados: As porcentagens se referem à relação massa/volume. Massas molares em g/mol:NaCl ........................... 58,5. Glicose ........................... 180. Questão-20 - (IME RJ/2001) Uma solução contendo 0,994g de um polímero, de fórmula geral (C2H4)n, em 5,00g de benzeno, tem ponto de congelamento 0,51ºC mais baixo que o do solvente puro. Determine o valor de n. Dado: Constante crioscópia do benzeno = 5,10ºC/molal Questão-21 - (UFG GO/1999/2ªFase) Médicos do mundo inteiro prescreveram uma quantidade surpreendente de testosterona nos últimos anos. Essa terapia de reposição, destinada originalmente a homens com dificuldade de produzir hormônios sexuais devido a danos ou a doença nos testículos ou em outras partes do sistema endócrino, O H OH H H Testosterona ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 47 tornou-se cada vez mais popular entre pacientes de meia-idade e mais idosos que não apresentam déficits claros do hormônio, mas espera reduzir alguns sintomas do envelhecimento, inclusive fadiga e perda de massa muscular. Quando a terapia com testosterona estava disponível apenas por injeção, seu uso ficava restrito a pessoas com lesões testiculares ou outras doenças graves. O tratamento melhora sensivelmente o humor e a libido em homens com essas condições, e a FDA aprovou o medicamento para esses casos, mas o medo de agulhas, sem dúvida, manteve alguns homens longe do tratamento. (STORRS, 2014, p. 24-25). STORRS, Carina. O outro lado da terapia com testosterona. Scientific American Brasil. São Paulo: Duetto, n. 150, ano 13, nov. 2014. O gráfico a seguir representa a dependência da pressão de vapor com a temperatura, para um solvente volátil puro e para uma solução desse solvente com um soluto não volátil. Considerando o gráfico, atenda ao que se pede a seguir: a) qual a influência da adição de um soluto não volátil, na temperatura de ebulição de um solvente volátil. Justifique b) descreva os comportamentos esperados para dois sistemas, um constituído pelo solvente puro e outro pela solução, que, inicialmente estando no estado líquido, fossem conduzidos a 70oC e 500mmHg. Justifique. Questão-22 - (ITA SP/1998) Motores de automóveis refrigerados a água normalmente apresentam problemas de funcionamento em regiões muito frias. Um desses problemas está relacionado ao congelamento da água de refrigeração do motor. Admitindo que não ocorra corrosão, qual das ações abaixo garantiria o maior abaixamento de temperatura do início do congelamento da água utilizada num sistema de refrigeração com capacidade de 4 (quatro) litros de água? Justifique. a) Adição de 1 mol de glicerina na água. b) Adição de 1 mol de sulfato de sódio na água. T (celsius) - - - - - - -- - 100 200 300 400 500 600 700 760 800 807060403020 Lìquido VaporSolvente puro Solvente + soluto ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 48 c) Adição de 1 mol de nitrato de sódio na água. Questão-23 - (UFRJ/1998) Certas propriedades físicas de um solvente, tais como temperatura de ebulição e de solidificação, são alteradas quando nele dissolvemos um soluto não volátil. Para verificar esse fato, quatro sais distintos foram dissolvidos em frascos contendo a mesma quantidade de água, como indica o esquema a seguir: a) Coloque as soluções I, II, III e IV em ordem crescente de abaixamento da temperatura de solidificação que ocorre devido à adição do soluto. b) Sabendo que o volume final da solução do frasco II é de 3 litros, calcule a concentração de K2SO4, em g/L. Questão-24 - (UFG GO/1996/2ªFase) Um sistema, que contém um volume definido de solução aquosa de decanoato de sódio com concentração igual a 0,5 mol/L e limitado por uma membrana elástica e permeável ao solvente, é submetido a dois experimentos: (i) imersão em água e (ii) imersão em solução aquosa de pentanoato de sódio 0,5 mol/L. a) Explique como varia o volume do sistema quando imerso em água. b) Explique como varia o volume do sistema quando imerso na solução aquosa de pentanoato de sódio. Questão-25 - (UFRJ/1995) As hemácias apresentam mesmo volume quando estão no sangue ou em solução aquosa de NaCl 9g/L (solução isotônica). No entanto, quando as hemácias são colocadas em solução aquosa de NaCl mais diluída (solução hipotônica) elas incham podendo até arrebentar. Esse processo chama-se hemólise. O gráfico a seguir apresenta curvas da pressão de vapor (Pv), em função da temperatura (T) para soluções aquosas de diferentes concentrações de NaCl. 0,2 mol 0,1 mol 0,1 mol 0,1 mol I II III IV K SOMgSO Al (SO ) ZnSO4 42 4 32 4 ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 49 a) Qual das curvas representa a solução de NaCl que pode ser usada para o processo de hemólise? Justifique sua resposta, utilizando a propriedade coligativa adequada. b) Com o objetivo de concentrar 2 litros da solução isotônica, evapora-se cuidadosamente 10% de seu volume. Determine a concentração, em g/L, da solução resultante. Questão-26 - (FEI SP/1994) Para o equilíbrio líquido-vapor de água encontramos os seguintes valores de pressão de vapor em função da temperatura: t (ºC) 0 30 50 70 100 115 Pressão de vapor (mmHg) 4,6 32 92 234 760 1140 a) Qual é a temperatura de ebulição da água pura ao nível do mar (1 atm.)? b) Numa panela de pressão, a pressão interior é igual a 1,5 atm , qual é a temperatura de ebulição da água pura nessa panela de pressão? Questão-27 - (UFGD MS/) A superfície do Oceano Antártico frequentemente se apresenta líquida, apesar de sua temperatura estar abaixo de 0º C. Como se pode explicar tal fato? Pv A B T Solução Isotônica ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 50 5. GABARITO DAS QUESTÕES EXTRAS 1) Gabarito: Na2 HPO4 2 Na+ 142 g = 1 mol 1 mol 2 mol Na+ NaH2PO4 Na+ + H2PO–4 120 g 1 mol 60 g x x = 0,5 mol 0,5 mol 0,5 mol Na+ [Na+] = 2 + 0,5 = 2,5 mol/L Sal: di-hidrogenofosfato de sódio. Propriedade: osmometria ou aumento da pressão osmótica. 2) Gabarito: A ponto de sublimação. B ponto triplo. C ponto de fusão/solidificação. D ponto de vaporização/condensação. E ponto crítico. 3) Gabarito: a) Para que a água entre em ebulição é necessária a formação de bolhas, cuja pressão interna deverá ser igual ou maior à pressão atmosférica. Quanto maior a pressão atmosférica, maior deverá ser a quantidade de calor inserida no sistema para que as pressões se igualem e, consequentemente, maior será a temperatura de ebulição. b) ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 51 c) A pressão atmosférica nos locais Serra da Mantiqueira, Uberlândia e Santos é inversamente proporcional à altitude, ou seja, quanto maior a altitude, menor a pressão atmosférica. Considerando que ao ser aquecida a água entra em ebulição na temperatura em que sua pressão de vapor se igualar a pressão atmosférica a temperatura de ebulição da água aumentará na sequência: Serra da Mantiqueira (T1), Uberlândia (T2) e Santos (T3). 4) Gabarito: a) O composto A é mais volátil do que o composto B, pois, conforme o gráfico, a uma mesma temperatura, o composto A apresenta maior pressão de vapor. b) O gráfico mostra que a solução A é menos concentrada do que a solução B. Portanto, quando essas soluções são colocadas em compartimentos separados por uma membrana semipermeável, havendo a passagem de solvente do meio menos concentrado para o mais concentrado, ou seja, do meio A para o meio B. 5) Gabarito: a) O composto A é mais volátil do que o composto B, pois, conforme o gráfico, a uma mesma temperatura, o composto A apresenta maior pressão de vapor. b) O gráficomostra que a solução A é menos concentrada do que a solução B. Portanto, quando essas soluções são colocadas em compartimentos separados por uma membrana semipermeável, havendo a passagem de solvente do meio menos concentrado para o mais concentrado, ou seja, do meio A para o meio B. 6) Gabarito: a) A rolha do frasco B foi injeta e a do frasco A é decorrente da maior pressão de vapor do líquido presente no frasco B. b) O líquido A apresenta maior temperatura de ebulição do que o líquido A, uma vez que segundo a figura, esse apresenta menor pressão de vapor e portanto, nas mesmas condições, é necessário uma maior quantidade de calor para que esse entre em ebulição. 7) Gabarito: Em uma primeira etapa, deve-se congelar a solução contendo água e café, à pressão constante. Em uma segunda etapa, mantém-se a temperatura constante, diminui-se a pressão, de modo a manter as propriedades do pó solúvel. A água, de acordo com o gráfico, sofrerá sublimação, restando o pó outrora solubilizado em água. 8) Gabarito: a) x = 5,4g de ureia b) Como a concentração no meio salino é maior, o sapo irá perder água. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 52 9) Gabarito: a) Quanto maior a temperatura, maior a pressão do vapor da água no interior da panela b) Economia de gás ou diminuição do tempo de cozimento Explicação: A temperatura da água na panela de pressão é superior à temperatura de ebulição de uma panela comum e, por consequência provoca redução no tempo de cozimento e também economia de gás. c) Não se altera Explicação: Não haverá mudança na temperatura de fervura. 10) Gabarito: Comparando-se soluções de mesma concentração molar de NaCl e glicose, temos que a primeira apresenta uma maior concentração de partículas devido à dissociação iônica. Dessa forma, a solução de NaCl apresenta maiores efeitos coligativos, ou seja, uma menor temperatura de fusão e uma maior temperatura de ebulição do que a solução de glicose. 11) Gabarito: a) Hidrofílico significa o que tem afinidade com água. O açúcar é composto basicamente por sacarose, cujas moléculas possuem vários grupos hidroxila (–OH) que, através de ligações (pontes) de hidrogênio, se ligam às moléculas de água. b) A pressão osmótica também existe quando o soluto é o sal, mas no caso do arroz salgado, pode-se colocar o sal no início e, mesmo assim, consegue-se uma cocção uniforme, porque a quantidade de NaCl adicionado é pequena quando comparada à quantidade de sacarose acrescentada ao arroz-doce. 12) Gabarito: a) Na cidade A. De acordo com o diagrama de fases, a pressão a ser exercida na água para que ocorra a liquefação é menor. b) Como B está a aproximadamente 2400 m de altitude, a pressão atmosférica é menor. Consequentemente a temperatura de fusão da água será maior que em A, e a temperatura de ebulição será menor que em A. 13) Gabarito: a) 40.000 mg L–1 b) c) Se a água salobra contivesse Na2SO4 ao invés de NaCl, mas na mesma concentração, então a pressão a ser aplicada seria maior, já que o Na2SO4 contém três íons (índice de vant’Hoff) por fórmula, enquanto o NaCl contém só dois. Pa 105,8 5 ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 53 14) Gabarito: a) São macromoléculas obtidas por condensação de aminoácidos (reação de polimerização). b) 66,912 u 15) Gabarito: a) 7,62atm, trata-se de uma solução isotônica; b) A curva A que corresponde à curva de pressão de vapor da glicose. A pressão de vapor depende da concentração das soluções: quanto maior for o número de partículas do soluto presente na solução (mais concentrada) menor será a pressão de vapor. 16) Gabarito: Pela Lei de Raoult: = fração molar do soluto. etanol 785.103g ________ 1m3 x’ ________ 117,2.10–6 m3 x’ = 92 g etanol ; Logo: , ou seja, o abaixamento relativo da pressão de vapor do solvente foi de 1%. 17) Gabarito: a) 80mL b) uma solução hipotônica apresenta menor pressão osmótica quando comparada a outra (sangue). Assim, as células do sangue (hipertônica) ganhariam solvente, podendo, até mesmo, sofrer ruptura (lise). 18) Gabarito: Um líquido entra em ebulição quando a pressão máxima de vapor iguala a pressão atmosférica do local. A pressão máxima de vapor depende da temperatura. Quanto maior a temperatura, maior a pressão máxima de vapor. Quanto menor a pressão atmosférica, menor a temperatura de ebulição do líquido. 1 2 x P P mol02,0 152 04,3 M m n cânfora mol2 46 92 M m n oltane 01,0 02,2 02,0 202,0 02,0 x1 01,0 P P 2 ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 54 30 19) Gabarito: a) Verifiquemos a quantidade de partículas (íons ou moléculas) dissolvidas em um mesmo volume (por exemplo, 1L) de cada solução: * soro fisiológico 3 . 10–4 mol de íons * solução de glicose 3 . 10–4 mol de moléculas Como as quantidades são iguais, as soluções são isotônicas. b) A solução de NaCl 5,5%, por estar mais concentrada, apresentará maior pressão osmótica que o fluido do interior das células vermelhas do sangue. Haverá, então, desidratação destas células por osmose, ou seja, este fluido migrará de dentro para fora das células, com o intuito de igualar as pressões interna e externa. 20) Gabarito: m1 = massa do soluto M1 = massa molecular do soluto m2 = massa do solvente 21) Gabarito: a) há um aumento da temperatura de ebulição , como podemos perceber pelo gráfico dado acima. b) o solvente puro estará no estado de vapor, enquanto o soluto + o solvente estarão no estado líquido. 22) Gabarito: O maior efeito coligativo ocorre no sistema que apresentar maior número de partículas dispersas. Assim: 90 100 T ( C) Pressão máxima de vapor (atm) 1,0 o ESTRATÉGIA VESTIBULARES – PROPRIEDADES COLIGATIVAS AULA 14 – PROPRIEDADES COLIGATIVAS 55 1 mol Na2 SO4 -------------------------3 mols de íons Gabarito: C 23) Gabarito: a) IV<II<I<III b) C = 5,8g/L 24) Gabarito: a) o solvente tende a atravessar a membrana semipermeável no sentido do solvente puro (exterior) para solução de decanoato de sódio (interior), aumentando o volume do sistema. Esse processo de transferência de massa, através de membranas semipermeáveis, é conhecido como osmose. b) o volume não irá variar pois a concentração nos dois meios é a mesma, isto é, o sistema estará em equilíbrio. 25) Gabarito: a) a curva A b) 10g/L 26) Gabarito: a) Para entrar em ebulição a pressão de vapor do líquido deve ser igual ã pressão atmosférica local. Ao nível do mar a água pura ferve a 100°C, pois sua Pv = Patm. b) 1,5 atm = 1.140 mmHg. Sendo a pressão interior na panela igual a 1.140 mmHg, a água deve ferver a 115°C. 27) Gabarito: A presença de um soluto não-volátil na água do mar impede seu congelamento na temperatura de 0º C.
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