Propriedades coligativas

Propriedades coligativas, ponto triplo e muitas outras informações

1. Joanna de Paoli Propriedades Coligativas

2. Para que serve?

3. Aplicação Está em um dos principais laboratórios de química que você conhece: A COZINHA!       

4. Propriedades Coligativas São mudanças que ocorrem no comportamento de um líquido. Quando comparamos, em análise química, um líquido puro e uma solução desse líquido como solvente, a presença de soluto provoca mudanças.

5. Propriedades Coligativas As propriedades coligativas dependem unicamente do número de partículas do soluto dissolvidas , não dependendo da natureza do soluto. Quanto maior for o número de partículas do soluto dissolvidas, maiores serão os efeitos coligativos .

6. 1 C 6 H 12 O 6(s) 1C 6 H 12 O 6(s) H 2 O 1 mol de glicose 1 mol de partículas dissolvidas 1NaCl (s) 1Na + + 1Cl - H 2 O 1 mol de NaCl 2 mols de partículas dissolvidas 1CaCl 2(s) 1Ca 2+ + 2Cl - H 2 O 1 mol de CaCl 2 3 mols de partículas dissolvidas Solubilização: solutos não-voláteis Relembrando...

7. TONOSCOPIA EBULIOSCOPIA CRIOSCOPIA OSMOSCOPIA Propriedades Coligativas

8. Pressão de vapor é a pressão exercida por um vapor . A pressão de vapor é uma medida da tendência de evaporação de um líquido. Líquidos com maior pressão de vapor em temperaturas ordinárias são ditos voláteis . *Pressão de vapor Inicialmente entendendo...

9. *Pressão de vapor Qualquer que seja a temperatura, a tendência é o líquido vaporizar até atingir equilíbrio termodinâmico. Esse equilíbrio (sistema fechado) se manifesta quando a taxa de líquido vaporizado é igual à taxa de vapor condensado.

10. A velocidade de vaporização é igual à velocidade de liquefação: LÍQUIDO VAPOR = EQUILÍBRIO No equilíbrio, à temperatura constante, concentração das moléculas no estado de vapor não varia com o tempo. Dessa forma a pressão exercida pelo vapor sobre o líquido permanece constante . Propriedade intensiva = independe da quantidade de líquido vaporização liquefação *Pressão de Vapor Equilíbrio Dinânico

11. Observe a seguinte situação onde há três recipientes fechados providos de um manômetro: As pressões indicadas correspondem àquelas exercidas pelos vapores numa situação de equilíbrio. *Pressão de Vapor

12. É a pressão exercida pelo vapor quando existe um equilíbrio entre as fases líquida e de vapor numa dada temperatura. Líquidos diferentes, numa dada temperatura, apresentam diferentes pressões máximas de vapor, as quais dependem da intensidade das interações intermoleculares da substância no estado líquido. *Pressão Máxima de Vapor

13. Ligação de Hidrogênio: moléculas polares com Hidrogênio ligado a algum dos três átomos mais eletronegativos (F, O, N). Dipolo-dipolo: moléculas polares que não realizam ligação e hidrogênio Dipolo-induzido: moléculas apolares Ligação de Hidrogênio > Dipolo-dipolo > Dipolo-induzido Relembrando: Forças Intermoleculares

14. Qual das moléculas é mais volátil? cis -dibromoeteno trans -dibromoeteno Resposta: Trans -dibromoeteno por ser apolar. Exemplo

15. *Pressão Máxima de Vapor A pressão máxima de vapor aumenta com o aumento da temperatura. Porque mais energia está disponível para esta fuga. Sólidos também exercem pressão de vapor, mas esta é muito menor comparada aos líquidos. Porque as moléculas no estado sólido estão fortemente presas devido as forças de interação. No caso de substâncias que sublimam há um equilíbrio entre o estado sólido e vapor.

16. Exemplos Curiosidade!

17. *Pressão Máxima de Vapor Fatores que não acarretam alteração na pressão de vapor de um líquido: Volume da fase gasosa Volume da fase líquida Fatores que acarretam alteração na pressão de vapor de um líquido: Temperatura Natureza do líquido

18. A ebulição acontece quando a pressão de vapor de um líquido for igual à pressão atmosférica. Forças intermoleculares fortes normalmente levam a elevados pontos de ebulição. *Temperatura de Ebulição P vapor P atm = Um líquido entra em ebulição (ferve) quando a pressão de vapor é maior ou igual pressão atmosférica.

19. *Temperatura de Ebulição Quando um líquido é aquecido em recipiente aberto, observa-se, no fundo do recipiente a formação de bolhas (ar dissolvido dentro do líquido). Um líquido entra em ebulição quando sua pressão de vapor (P 1 ) iguala a pressão exercida sobre ele (P 2 ).

20. *Temperatura de Ebulição

21. *Variação da Pressão Atmosférica e o Ponto de Ebulição

22. Nível do Mar Pressão Atmosférica = 760 mmHg = 1 atm Água ferve à 100 °C Onde a pressão for menor, a temperatura de ebulição será menor. Ex: [La Paz (Bolívia) 90 °C] Onde a pressão for maior que 1 atm , a temperatura de ebulição será maior. Ex: [panela de pressão 120 °C]

23. Pressão de Vapor ↑ com T↑

24. Exemplo (ITA-SP ) 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 a água pura exposta à pressão atmosférica de 0,7 atm entra em ebulição em uma temperatura de 90 °C? Resolução: A pressão de vapor de uma substância aumenta com o aumento da temperatura. Quando a pressão de vapor se iguala à pressão local (pressão atmosférica), o líquido entra em ebulição, portanto, em um local onde a pressão atmosférica é 0,7 atm , a água entra em ebulição em uma temperatura menor que 100°C.

25. Exemplo A tabela fornece a pressão de vapor de alguns líquidos em mmHg em função da temperatura: Qual a ordem decrescente de volatilidade dos compostos a 20 °C?

26. Quanto maior a pressão de vapor = maior volatilidade Analisando a tabela: Água: 100 °C = pressão de vapor = 760 mmHg = 1 atm Água: 20 °C = pressão de vapor = 17,5 mmHg Éter dietílico : 20 °C = pressão de vapor = 442,2 mmHg Logo: volatilidade éter > acetona > hexano > benzeno > etanol > água > octano Resolução do Exemplo

27. Estuda o abaixamento da pressão máxima de vapor (PMV) de um solvente causada pela adição de um soluto não-volátil . ↑ N° de partículas do soluto = ↓ PMV A pressão máxima de vapor do solvente puro é sempre maior do que na solução Tonoscopia

28. Tonoscopia

29. Tonoscopia Quando adiciona-se sal de cozinha, ( NaCl ) á água fervente nota-se que a fervura imediatamente pára. Por quê ? Influência no comportamento da solução frente ao aquecimento, congelamento e quantidade de vapor do solvente produzido.  AUMENTO DE FORÇAS INTEMOLECULARES

30. Tonoscopia As partículas dispersas constituem uma barreira que dificulta a movimentação das moléculas do solvente do líquido para a fase gasosa.

31. Tonoscopia

32. Lei de Raoult

33. Calcule a pressão de vapor de água a 20 °C em uma solução preparada pela dissolução de 10g do não-eletrólito sacarose, C 12 H 22 O 11 , em 100g de água. Dado: PV água pura (20 °C) = 17,54 Torr Resolução: M (H 2 O) = 18,02g/mol  100g  5,549mol M (C 12 H 22 O 11 ) = 342,3g/mol  10g  0,02921mol Total mols = 5,578mol Xágua = 5,549mol / 5,578mol = 0,9948 P = 0,9948 . 17,54 Torr P = 17,45 Torr (PV água na solução) Exemplo

34. Calcule a pressão de vapor da água a 90 °C para uma solução preparada dissolvendo-se 5g de glicose (C 6 H 12 6 ) em 100g de água. A pressão de vapor da água pura a 90 °C é 524 Torr. Exercício 01

35. Lei de Raoult

36. Lei de Raoult

37. Exercício 02

38. Um aluno, interessado em estudar as propriedades de soluções colocou em uma caixa dois copos contendo volumes iguais de soluções aquosas de um mesmo soluto não-volátil , fechando-a hermeticamente, conforme ilustra a figura a seguir: A solução contida no copo I era mais concentrada que a contida no copo II. A temperatura externa à caixa permaneceu constante durante o experimento. Acerca das observações que poderiam ser feitas a respeito desse experimento, julgue os itens seguintes. (1) Após alguns dias, o volume da solução contida no copo I diminuirá. (2) As concentrações das soluções nos dois copos não se alterarão com o tempo porque o soluto não é volátil. (3) O ar dentro da caixa ficará saturado de vapor d'água. (4) Após alguns dias, as duas soluções ficarão com a mesma pressão de vapor. Exercício 03

39. Exercício 04

40. Estuda o aumento na temperatura de ebulição (TE) do solvente pela adição de um soluto não-volátil . ↑ N° de partículas do soluto = ↑ TE Ebulioscopia

41. Ebulioscopia É como se as partículas do soluto "segurassem" as partículas do solvente, dificultando sua passagem ao estado gasoso. O aumento (variação) da temperatura de ebulição pode ser justificado pela diminuição da pressão máxima de vapor, que se deve à presença das partículas do soluto.

42. Ebulioscopia

43. Ebulioscopia

44. Exemplo (ENEM) A tabela a seguir registra a pressão atmosférica em diferentes altitudes, e o gráfico relaciona a pressão de vapor da água em função da temperatura

45. Exemplo A temperatura de ebulição será: A) Maior em Campos do Jordão. B) Menor em Natal. C) Menor no Pico da Neblina. D) Igual em Campos do Jordão e Natal. E) Não dependerá da altitude. Um líquido, num frasco aberto, entra em ebulição a partir do momento em que a sua pressão de vapor se iguala à pressão atmosférica. Assinale a opção correta, considerando a tabela, o gráfico e os dados apresentados, sobre as seguintes cidades: Resolução: ↑altitude ↓PE Letra C

46. Estuda o abaixamento do ponto de solidificação do solvente causado pela adição de um soluto não-volátil . ↑ N° de partículas do soluto = ↓Ponto de congelamento Crioscopia

47. Um líquido solidifica quando suas moléculas têm energia tão baixas que elas são incapazes de mover-se entre as suas vizinhanças. No estado sólido, as moléculas vibram em torno de suas posições médias,mas raramente movem-se de um lugar para outro. A temperatura de congelamento varia ligeiramente com a pressão. Na prática, um líquido às vezes não congela até que a temperatura esteja alguns graus abaixo do seu ponto de congelamento. Um líquido que sobrevive abaixo de seu ponto de congelamento é chamado de super-resfriado. Crioscopia

48. Crioscopia A adição do soluto diminui a pressão de vapor do líquido. Conseqüentemente, a temperatura de ebulição desse líquido aumenta e a de congelamento diminui.

49. Crioscopia

50. Crioscopia

51. ( FVG-SP) Em países onde os invernos são rigorosos, coloca-se sobre o leito de ruas consideradas prioritárias ao trânsito , uma mistura de sal ( NaCℓ ), cloreto de cálcio (CaCℓ 2 ) e areia, para diminuir os riscos de derrapagens dos veículos, durante os períodos de nevadas. Cada um desses produtos tem uma função definida, que associadas são muito eficientes . Indique a afirmação correta. a ) O sal abaixa o ponto de congelamento da água, o cloreto de cálcio quando se dissolve, absorve calor, e a areia aumenta a aderência dos pneus ao solo. b ) O sal eleva o ponto de congelamento da água, o cloreto de cálcio quando se dissolve, absorve calor, e a areia aumenta a aderência dos pneus ao solo. c ) O sal abaixa o ponto de congelamento da água, o cloreto de cálcio quando se dissolve, libera calor, e a areia aumenta a aderência dos pneus ao solo. d) O sal abaixa o ponto de congelamento da água, o cloreto de cálcio dissolve-se através de uma reação endotérmica, e a areia aumenta a aderência dos pneus ao solo. e ) O sal eleva o ponto de congelamento da água, o cloreto de cálcio dissolve-se através de uma reação endotérmica, e a areia aumenta a aderência dos pneus ao solo. Exercício 05

52. Estuda a passagem espontânea de solvente de uma solução mais diluída para outra mais concentrada através de membranas semipermeáveis. Osmose: Solvente → Solução Solução – conc. → Solução + conc. Osmocopia

53. Osmocopia

54. Osmose no nível submicroscópico

55. Osmocopia

56. Osmose e Células Vivas

57. Utilidades da Osmose

58. Osmocopia

59. Exercício 06

60. Osmocopia Se quisermos interromper a osmose, basta exercer sobre o sistema formado por duas soluções ou uma solução e um solvente, separados por uma membrana semipermeável, uma pressão no sentido inverso ao da osmose ou no mínimo com a mesma intensidade daquele que o solvente faz para atravessar a membrana semipermeável. A essa pressão, capaz de impedir o fenômeno da osmose, damos o nome de pressão osmótica

61. É a pressão que é preciso exercer sobre um sistema para impedir que a osmose ocorra.  = C(mol/L).R.T ↑ C(mol/L) = ↑  Pressão Osmótica ( )

62. Pressão Osmótica

63. Osmose Sejam duas soluções A e B de pressões osmóticas A e B. Solução A é hipertônica em relação à solução B quando: A > B. Solução A é hipotônica em relação à solução B quando: A < B. Solução A é isotônica em relação à solução B quando: A = B.

64. Exemplo a) Algum tempo após o início do experimento, o que ocorrerá com os níveis das soluções nos ramos A e B? b) Utilizando este dispositivo, é possível obter água potável a partir da água do mar, aplicando-se uma pressão adicional sobre a superfície do líquido em um de seus ramos. Em qual ramo do dispositivo deverá ser aplicada esta pressão? Resolução: a ) A água atravessa a membrana semipermeável da região de maior pressão de vapor (meio hipotônico: água pura) para o meio de menor pressão de vapor (hipertônico: água do mar), deduzimos que o nível da solução no ramo A vai aumentar e no ramo B vai diminuir. b) A água potável pode ser obtida a partir de água do mar pelo processo de osmose reversa. Deve-se aplicar uma pressão superior à pressão osmótica, no ramo hipertônico, ou seja, no ramo onde estiver a água do mar. A pressão osmótica é uma " contra-pressão ", ou seja, deve ser aplicada para que não ocorra a migração do solvente. Num processo inverso à osmose, deve-se aplicar uma pressão superior à pressão osmótica.

65. (Unicamp-SP) As informações a seguir foram extraídas de rótulos de bebidas chamadas "energéticas", muito comuns atualmente, e devem ser consideradas para a resolução da questão. “ Cada 500 mL contém”: valor energético = 140 cal, carboidratos (sacarose) = 35 g, sais minerais = 0,015 mol, proteínas = 0 g , lipídios = 0 g A pressão osmótica (π) de uma solução aquosa de íons e/ou de moléculas pode ser calculada por π = M.R.T . Esta equação é semelhante àquela dos gases ideais. M é a concentração, em mol/L, de partículas (íons e moléculas) presentes na solução . O processo de osmose que ocorre nas células dos seres vivos, inclusive nas do ser humano, deve-se, principalmente , à existência da pressão osmótica. Uma solução aquosa 0,15 mol/L de NaCl é chamada de isotônica em relação às soluções contidas nas células do homem, isto é, apresenta o mesmo valor de pressão osmótica que as células do corpo humano. Com base nestas informações e admitindo R = 8,3 kPa — litro/mol — K: a) Calcule a pressão osmótica em uma célula do corpo humano em que a temperatura é 37 ºC. b) A bebida do rótulo é isotônica em relação às células do corpo humano? Justifique. Considere que os sais adicionados são constituídos apenas por cátions e ânions monovalentes. Exercício 07

66. Ocorre quando se aplica uma pressão no lado da solução mais salina ou concentrada, revertendo-se a tendência natural. Neste caso, a água da solução salina passa para o lado da água pura, ficando retidos os íons dos sais nela dissolvidos. A pressão a ser aplicada equivale a uma pressão maior do que a pressão osmótica característica da solução. Osmose Reversa

67. Dessalinizadores Osmose Reversa

68. *Diagrama de Fases Um mapa que mostra qual fase é a mais estável a diferentes pressões e temperaturas. As linhas que separam as regiões são as divisórias de fase. Nelas as duas fases vizinhas coexistem em equilíbrio dinâmico.

69. O ponto triplo de uma substância é a temperatura e a pressão nas quais os três estados da matéria (sólido, líquido e gasoso) coexistem em equilíbrio termodinâmico. A localização o ponto tríplo é uma propriedade fixa daquela substância e não muda com as condições. *Ponto Tríplice

70. Exemplo: Água Ponto triplo: 4,6 Torr e 0,01 °C Acontece na mesma taxa: Moléculas de água deixam o gelo para se tornar líquido e voltam a formar gelo. Líquido vaporiza e vapor condensa. Gelo sublima e vapor condensa diretamente novamente a gelo. *Ponto Tríplice

71. Água *Ponto Tríplice

72. A Figura ilustra o ponto triplo. Gelo (iceberg) coexistindo com o líquido no qual flutua, e com a fase gasosa (ar e vapor de água). Representação (idealização)

73. Representação Microscópica

74. Exemplo

75. Resolução: Exemplo 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.

76. Temperatura em que a superfície que separa o líquido do seu vapor desaparece. Não podemos mais identificar a fase líquida. Uma única fase uniforme e densa enche o recipiente, por definição, temos apenas o estado gasoso . *Ponto Crítico Uma substância acima de sua temperatura crítica é chamada de fluido supercrítico. Apesar de ser formalmente um gás, por ser tão denso, pode comportar-se como um solvente. A densidade do gás torna-se a mesma do líquido

77. Exemplo: Água Ponto crítico: 218 atm e 34 °C *Ponto Crítico

78. Para produzir café descafeinado , os grãos de café são imersos em CO 2 supercrítico, que dissolve apenas cafeína existente nos grãos (diz-se que o CO 2 extrai a cafeína dos grãos de café); em seguida, o CO 2 com cafeína é separado dos grãos, que só então são torrados e moídos. Esse processo é chamado de extração supercrítica. Também utilizado, por exemplo, para retirar nicotina de tabaco. *Ponto Crítico

79. 521 Torr Letra B E E C C Letra D Letra A Letra D a) 77,1 kPa ; b) não, pois a concentração em g/L de íons na bebida é 0,06 mol/L. Gabarito

80. Surpreendemente , a água quente congela primeiro. Na verdade a água quente não congela mais rápido que a água fria, é claro. Mas se você ferve água e depois deixa que ela resfrie até a temperatura ambiente, ela congelará mais rápido que uma outra quantidade de água que não tenha sido aquecida antes. Curiosidade

81. Curiosidade Quando você aquece a água, ela perde parte do ar dissolvido nela , que sai em forma de bolhas, e o ar é um mau condutor térmico. Assim, o ar presente na água dificulta as trocas de calor com o meio e dificulta a perda de calor que a água precisa sofrer para que aconteça o congelamento. Por essa mesma razão, o gelo formado por água previamente fervida tem densidade maior do que aquele que se obtém com água que não passou por esse processo. Em países muito frios, o que não é o caso do Brasil, os canos de água quente tendem a arrebentar antes do que os de água fria, pois congelam primeiro.

82. Referências Bibliográficas Atkins, P., Jones, L. “ Princípios De Química - Questionando A Vida Moderna e o Meio Ambiente ”, 5ª Ed., Editora Bookman , 2012, cap.8.