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PROPRIEDADES COLIGATIVAS Físico-Química Profª Tâmara 1 PROPRIEDADES COLIGATIVAS • Propriedades coligativas das soluções são aquelas que se relacionam diretamente com o número de partículas de soluto que se encontram dispersas (dissolvidas) em um determinado solvente; • Dependem do número de partículas dispersas na solução, independente da natureza dessa partícula; • São as alterações que os solutos causam ao solvente. 2 PROPRIEDADES COLIGATIVAS • Durante o estudo das propriedades coligativas sempre é necessário comparar o comportamento da solução com o respectivo solvente puro. Ex.: Solvente puro água e soluto sal de cozinha. Quando misturados provocam alteração nas propriedades físicas do solvente, neste caso o aumento do ponto de fusão (p.f.). 3 PROPRIEDADES COLIGATIVAS • Um exemplo desta comparação é o ponto de ebulição da água. Verifique que ao se aquecer água pura, ao nível do mar, a temperatura de ebulição da água (solvente puro) é igual a 100°C. No entanto, quando se aquece uma solução aquosa de NaCl, percebe-se que o ponto de ebulição da água sofre um aumento. 4 PARTÍCULAS DISSOLVIDAS Soluções Moleculares • São as soluções que possuem moléculas como partículas dispersas. O número de partículas (moléculas dissolvidas) é igual ao número de partículas que se encontram em solução. Exemplos de partículas moleculares: - glicose – C6H12O6 - sacarose – C12H22O11 - uréia – CO(NH2)2 1 mol de partículas = número de Avogadro = 6,02.1023 partículas Exemplo: Calcule o número de partículas de sacarose que contém em 1L de solução 2mol.L- . 5 PARTÍCULAS DISSOLVIDAS Soluções Iônicas • São as soluções que possuem íons como partículas dispersas. Em uma solução iônica, nem todos os íons estão dissociados, ou seja, nem todos os íons estão dissolvidos na solução. • Para realizar o cálculo das partículas dissociadas em soluções iônicas é necessário levar em consideração o grau de dissociação ou ionização ( ) da substância que está dissolvida. • As partículas iônicas podem ser ácidos, bases ou sais; • Se o ácido sulfúrico apresenta um grau de ionização igual a 61%, isto quer dizer que 61% dos seus íons se dissociam e que 39% não se dissociam. 6 PRESSÃO DE VAPOR • Em qualquer temperatura, as moléculas de qualquer líquido estão sempre em movimento. Algumas conseguem escapar do líquido, passando para a atmosfera. • Dizemos, então que há um equilíbrio dinâmico entre o líquido e seus vapores. 7 PRESSÃO DE VAPOR • Pressão máxima de vapor (Pv) é a pressão exercida por seus vapores quando estes estão em equilíbrio dinâmico com o líquido. Pode-se dizer também que é a pressão exercida pelas moléculas do solvente líquido contra a sua superfície para passar para o estado de vapor. • Alguns fatores influenciam na pressão de vapor, como: - temperatura - natureza do líquido 8 PRESSÃO DE VAPOR Temperatura • Quando se aquece um líquido, a quantidade de vapor tende a aumentar conforme o tempo, o que fará com que a pressão de vapor também aumente; • O aumento da temperatura ocasiona a agitação das moléculas. O líquido evapora mais intensamente e causa maior pressão de vapor. 9Quanto maior Pv , mais volátil (mais evapora) PRESSÃO DE VAPOR Natureza do líquido • Considere um frasco que contém água e outro contendo álcool, ambos no estado líquido e com mesmo volume e temperatura; • Conclui-se que a pressão de vapor de uma substância depende apenas de sua natureza química e não da quantidade; • Líquidos mais voláteis que a água, como éter comum, álcool etílico e acetona evaporam mais intensamente e possuem maior pressão de vapor. 10 Quanto menor a temperatura, mais evapora, maior Pv PRESSÃO DE VAPOR 11 PRESSÃO DE VAPOR 12 PONTO DE CONGELAMENTO • Para que uma substância passe da fase líquida para a sólida, as suas moléculas precisam perder energia cinética (energia do movimento). Então, deve haver a diminuição da temperatura. • Entre as substâncias com mesmo tipo de ligação intermolecular, o ponto de solidificação será mais baixo naquela que possuir menor massa molar. • Isto porque quanto menor a massa molar da substância, maior é a mobilidade das suas moléculas (energia cinética). 13 Substância p.s. (°C) Massa Molar (g/mol) n-pentano -129,7 72 n-hexano -95 86 propanona -94 58 ácido acético 16,6 60 PONTO DE CONGELAMENTO • Em moléculas de diferentes ligações intermoleculares, o ponto de solidificação será mais baixo nas substância que tiverem a ligação mais fraca. • Por isso o ácido acético tem PS mais alto que as demais substâncias apresentadas. Possui ligações intermoleculares do tipo pontes de hidrogênio, que é a mais forte das ligações. 14 TEMPERATURA DE EBULIÇÃO Ebulição dos Líquidos Puros • O fenômeno físico onde uma substância passa do estado líquido para gasoso é a vaporização. • Há três tipos de vaporização: - evaporação (A evaporação acontece na superfície do líquido. É uma vaporização mais lenta, mais calma); - ebulição (A ebulição acontece no interior do líquido. É uma vaporização mais turbulenta, com formação de bolhas). - calefação (A calefação é uma passagem muito rápida do estado líquido para vapor. Quase que instantânea). Quando a pressão de vapor é igual a pressão atmosférica o líquido entra em ebulição. 15 Se a pressão de vapor aumenta, o ponto de ebulição (P.E.) também aumenta. PONTO DE EBULIÇÃO E PRESSÃO ATMOSFÉRICA • A pressão atmosférica varia de acordo com a altitude. Com o aumento da altitude, diminui a pressão atmosférica, diminuindo o ponto de ebulição, causando a diminuição da pressão de vapor; • Locais onde tem pressão atmosférica menor, a água ferve mais rápido. As moléculas escapam do líquido com mais facilidade; • Em lugares de grande altitude, as substâncias entram em ebulição a temperaturas mais baixas que ao nível do mar. 16 Cidade / Local Altitude em relação ao nível do mar (m) P.E. aproximado da água (°C) Rio de Janeiro 0 100 São Paulo 750 97 Campos do Jordão 1.628 95 Cidade do México 2.240 92 La Paz 3.636 88 Monte Everest 8.848 70 Quanto maior a altitude, menor o p.e., menor a Patm, menor a Pv. 17 Diagrama de Fases e o Ponto Triplo • Existe um gráfico que representa as curvas de variação da temperatura de ebulição e da variação da temperatura de solidificação de uma substância qualquer em função da pressão de vapor. Essas curvas coincidem num ponto específico de cada substância. 18 Diagrama de Fases e o Ponto Triplo 19 Esta coordenada representa o Ponto Triplo da água e o equilíbrio das fases. Isto quer dizer que a substância pode ser encontrada, neste ponto exato da curva, nos três estados físicos ao mesmo tempo: sólido, líquido e gasoso. Diagrama de Fases e o Ponto Triplo • O deslizamento dos patins no gelo é facilitado porque ao encostá-lo no gelo, ele exerce uma pressão e o gelo derrete momentaneamente, ficando líquido. Quando acaba a pressão, volta a ser gelo. • O uso do gás carbônico (CO2) para a conservação de sorvetes também é um exemplo da utilidade do diagrama de fases. À pressão de 1atm, ele passa diretamente de sólido para gasoso a 78°C abaixo de zero. Por isso é usado como gelo-seco. 20 Diagrama de Fases e o Ponto Triplo • Substâncias simples que sofrem fenômenos como a alotropia também possuem seu diagrama de fases. • É o caso do carbono, que possui os alótropos com diferentes formas geométrica, o carbono grafite e o carbono diamante. Hoje sabe-se que é possível transformar grafite em diamante de acordo com estudos realizados sobre o diagrama de fases do carbono. • O grafite pode ser transformado em diamante catalisado por crômio a uma temperatura de 2000°C e pressão de 100mil atm (equivalente à pressãono subsolo a uma profundidade de 33Km). Este processo pode ser feito em laboratórios especializados (até mesmo no Brasil) e leva cerca de 5 minutos. 21 OSMOSE • Para a realização da osmose existem três tipos de membranas: - permeáveis - impermeáveis - semipermeáveis • As membranas permeáveis deixam passar solvente e soluto. É usado, por exemplo, um pano de algodão fino. 22 OSMOSE • As membranas impermeáveis não deixam passar solvente e nem soluto; • As membranas semipermeáveis tem ação seletiva quanto ao tipo de substância que pode atravessá-la. Deixam-se atravessar por algumas substâncias, mas por outras não. Permite a passagem do solvente e impede a passagem do soluto. • São exemplos de membranas semipermeáveis: - papel vegetal; - papel pergaminho; - tripa de animal (as que envolvem lingüiça e salsicha). 23 OSMOSE Pressão Osmótica é a pressão que se deve aplicar à solução para não deixar o solvente atravessar a membrana semipermeável. É a pressão que é preciso exercer sobre um sistema para impedir que a osmose ocorra naturalmente. Para o cálculo da pressão osmótica, usa-se a seguinte expressão: • Para as soluções iônicas: • Onde: 24 EFEITOS COLIGATIVOS • Estes efeitos são conhecidos como efeitos coligativos, que dependem exclusivamente da concentração (quantidade) de partículas que se encontram dispersas num solvente; • Os efeitos coligativos definem as quatro propriedades coligativas que são as seguintes: - tonoscopia (diminuição da pressão de vapor); - ebulioscopia (aumento do ponto de ebulição); - crioscopia (diminuição do ponto de congelamento); - osmometria (aumento da pressão osmótica). 25 TONOSCOPIA • A tonoscopia é uma propriedade coligativa que ocasiona o abaixamento da pressão de vapor de um líquido, quando a ele se adiciona um soluto não- volátil. • Se adicionarmos um soluto não-volátil em solvente, ocorre a diminuição da pressão de vapor e consequentemente, demora mais tempo para evaporar; A pressão de vapor de um solvente puro sempre será maior do que a pressão de vapor de uma solução; • Com a adição das partículas do soluto intensificam-se as forças atrativas moleculares e diminui a pressão de vapor do solvente. Exemplo de pressão de vapor da água pura e em solução: Água pura (25°C): Pv = 23,76mmHg Solução 1mol/L de glicose (25°C): Pv = 23,34mmHg 26 Quanto maior a quantidade de partículas em uma solução, menor será a sua pressão de vapor. TONOSCOPIA OU TONOMETRIA • Em uma solução, quanto maior for o número de mols do soluto, menor será a pressão máxima de vapor dessa solução. 27 EBULIOSCOPIA Elevação do ponto de ebulição • Um solvente atinge a sua pressão máxima de vapor e consequentemente a sua temperatura de ebulição quando há um equilíbrio entre as suas fases líquida e gasosa. • Ao adicionar um soluto não-volátil, como as partículas do solvente estão "presas" pelas partículas do soluto, elas têm maior dificuldade em passar para o estado gasoso, necessitando de maior energia para tal. • Dessa forma, ocorre um aumento na temperatura de ebulição. Vale ressaltar que a pressão máxima de vapor é reduzida durante o processo, pois há menos partículas sendo desprendidas e exercendo pressão na fase líquida da substância. 28 EBULIOSCOPIA • A ebulioscopia é uma propriedade coligativa que ocasiona a elevação da temperatura de ebulição de um líquido quando a ele se adiciona um soluto não-volátil e não-iônico; • A temperatura em que se inicia a ebulição do solvente em uma solução de soluto não- volátil é sempre maior que o ponto de ebulição do solvente puro (sob mesma pressão). 29 Quanto maior a quantidade de partículas em uma solução, maior será o seu p.e. EBULIOSCOPIA Exemplo: Água pura: p.e. = 100°C Água com açúcar: p.e. maior que 100°C 30 Quantidade de matéria de sacarose (por Kg de água) P.E. Água Pura a 1atm P.E. água na solução a 1atm 0,01 100 100,01 0,2 100 100,10 0,8 100 100,42 CRIOSCOPIA OU CRIOMETRIA Queda do ponto de fusão • Ponto de congelamento, ou o equilíbrio entre uma fase líquida e sólida geralmente diminui na presença de um soluto em relação a um solvente puro. • As partículas de soluto não podem entrar na fase sólida, por isso, menos moléculas participam do equilíbrio. 31 CRIOSCOPIA OU CRIOMETRIA • CRIOSCOPIA É uma propriedade coligativa que ocasiona a diminuição na temperatura de congelamento do solvente. • É provocado pela adição de um soluto não-volátil em um solvente. Esta relacionado com o ponto de solidificação (p.s.) das substâncias. • Quando se compara um solvente puro e uma solução de soluto não-volátil, é possível afirmar que o ponto de congelamento da solução sempre será menor que o ponto de congelamento do solvente puro. Quanto maior o número de partículas dissolvidas em uma solução, menor será o seu ponto de congelamento. 32 CRIOSCOPIA OU CRIOMETRIA • Em países onde o inverno é muito rigoroso, adiciona-se sal nas estradas para provocar a diminuição da temperatura de congelamento da água, evitando que se forme gelo. • Esta propriedade também explica porque grande parte da água do mar não congela a 0°C. A imensa quantidade de sal dissolvida nos mares e oceanos faz com que o seu ponto de congelamento diminua. 33 CRIOSCOPIA OU CRIOMETRIA • É comum adicionar nos carros um anticongelante nos radiadores, o etilenoglicol. • Esta substância em solução com a água diminui a temperatura de congelamento para -37°C. 34 OSMOMETRIA ou OSMOSCOPIA • A Osmose estuda a passagem espontânea de solvente de uma solução mais diluída para outra mais concentrada através de uma membrana semipermeável; • A palavra osmose vem grego osmós, que significa impulso. As soluções devem ser do mesmo soluto, afim de igualar concentração. 35 OSMOMETRIA • A osmometria, por sua vez, é conhecida por estudar o surgimento da pressão osmótica nas soluções. • Esse aumento acontece quando ocorre a separação de duas soluções com o mesmo solvente através de uma membrana semipermeável, que faz com que o resultado apresente duas soluções com a mesma concentração. (Osmose) 36 OSMOMETRIA ou OSMOSCOPIA 37 EFEITO IÔNICO X EFEITO MOLECULAR O efeito coligativo iônico é maior do que o efeito coligativo molecular. • A pressão osmótica é muito importante e explica uma série de fenômenos que ocorrem. • O fato das verduras murcharem após serem temperadas com sal acontece porque o sal retira a água das células das verduras; 38 EFEITO IÔNICO X EFEITO MOLECULAR • Ajuda na conservação dos alimentos, por exemplo, a carne salgada e frutas cozidas em calda muito doce impedindo que não se estraguem com facilidade; 39 EFEITO IÔNICO X EFEITO MOLECULAR • As frutas secas, como a ameixa-preta, incham quando colocadas em água; 40 EFEITO IÔNICO X EFEITO MOLECULAR • Os peixes tem metabolismos diferentes de acordo com o tipo de água em que vivem. O corpo do peixe é formado por muita água e outras substâncias dissolvidas nela; • Como na água salgada possui mais sais do que na água doce, um peixe de água salgada não poderia viver em água doce e vice-versa. Causaria um desequilíbrio entre a pressão osmótica interna do organismo do peixe e a pressão osmótica externa da água. 41 Em casos de desidratação, é necessário repor ao organismo soro fisiológico, composto de água fervida, uma colher de sal de cozinha e duas colheres de açúcar, para reequilibrar a pressão osmótica do organismo. RESUMO DAS PROPRIEDADES COLIGATIVAS 42 PROPRIEDADE COLIGATIVA CAUSA Tonoscopia Diminuição da pressão de vapor do solvente Ebulioscopia Aumento da temperatura de ebulição Crioscopia Diminuição da temperatura de congelamento Osmometria Aumento da pressão osmótica
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