Vídeo Aula #146: Propriedades Coligativas (Parte 2)

Vídeo Aula #145: Propriedades Coligativas (Parte 1)

Crioscopia

 

Um importante capítulo da química e facilmente relacionável ao nosso cotidiano é aquele que aborda o que se denomina de Propriedades Coligativas, ou seja, as alterações nas propriedades físicas de solventes pela adição de solutos de natureza não iônica e não volátil, constituindo-se assim uma solução verdadeira.

São quatro as propriedades coligativas abordadas na maioria dos livros didáticos de química: a tonoscopia, a crioscopia, a ebulioscopia e a osmose (juntamente com a osmose reversa). Este texto tem finalidade de apresentar e esclarecer algumas propriedades da CRIOSCOPIA.

Como definição, a crioscopia ou o abaixamento crioscópico  representa a redução do ponto de congelamento de uma solução pela adição de um soluto de natureza não iônica e não volátil. Nesse processo, torna-se possível medir a massa molar do soluto adicionado, desde que se conheça a constante crioscópica do solvente, ou vice-versa.

Assim como ocorre às demais propriedades coligativas, não causa diferença no abaixamento do ponto de congelamento de uma solução (crioscopia) a natureza do soluto adicionado, mas apenas sua quantidade em mols ou partículas. Dessa forma, por exemplo, uma solução de concentração a 1 mol/L de glicose (C₆H₁₂O₆) apresentará mesmo efeito crioscópico de qualquer solução de diferente soluto (não iônico), quando esta segunda solução estiver em mesma concentração da primeira.

A interpretação e o estudo físico-químico da crioscopia são realizados a partir das fundamentações da Lei de Raoult, que estabelece que a diferença existente entre a temperatura de solidificação de um solvente puro e a temperatura de início de congelamento desse solvente quando constituinte de uma solução é diretamente proporcional à concentração molar do soluto na solução. Dessa forma, a variação crioscópica (Δc) é aumentada à medida que aumenta a concentração da solução.

Alguns efeitos podem ser observados da crioscopia em nosso dia a dia, tais como:

• A temperatura de congelamento da água poluída é mais baixa do que o da água pura, pois nela estão presentes substâncias que a tornam uma solução, reduzindo assim o seu ponto de congelamento.
• A água do mar (salgada) apresenta um ponto de congelamento inferior à água doce, dessa forma, são necessárias temperaturas muito inferiores para congelar uma amostra de água salgada do que aquelas necessárias para congelar uma amostra de água doce.
• Um iceberg é composto por água doce, uma vez que a temperatura não é baixa o suficiente para congelar a água salgada.
• Se utiliza sal (geralmente cloreto de sódio) para reduzir a temperatura de congelamento da água a assim fundi-la em avenidas cobertas de gelo, procedimento esse comum em cidades nas quais o inverno é muito intenso.

Fonte:http://www.infoescola.com/quimica/crioscopia/

Anticongelantes: Líquidos de Arrefecimento e Aditivos

Quando se deseja resfriar materiais ou peças, utiliza-se um radiador - nos computadores, um dissipador ou heatsink -, uma estrutura metálica que apresenta bom contato com o ar, perdendo calor com mais eficiência que a superfície original. Essa perda de calor pode ser acelerada forçando ar sobre o dissipador, e é isso que os ventiladores fazem dentro dos computadores. Radiadores e dissipadores aparecem também em amplificadores, geladeiras, aparelhos de ar condicionado e carros.

Quando o calor é muito grande, ou deseja-se que o sistema seja mais silencioso, é possível usar um circuito de resfriamento com água, que tem capacidade de absorver bastante calor. Essa água, por sua vez, também precisa ser resfriada, e é bombeada para um radiador externo, onde perde calor para o radiador e volta para resfriar o sistema. Para o circuito de arrefecimento de carros há diversos aditivos no mercado - e é neste ponto que entra a química...

Líquido de arrefecimento

O motor de um carro aquece muito - afinal, a combustão é a base do seu funcionamento. Para remover o excesso de calor, o motor de um carro é resfriado por um líquido que circula continuamente, o líquido de arrefecimento. Esse líquido pode ser água pura, mas há vantagem em utilizar aditivos que modificam as propriedades dessa água. Isso porque a água pura congela normalmente a 0^o C e ferve a 100^o C, mas a água com aditivos apresenta temperatura de congelamento mais baixa e de ebulição mais alta.

Mesmo no Brasil, temperaturas de 0^o C podem ocorrer à noite, nas regiões mais altas ou no Sul, e água pura no circuito de arrefecimento poderia congelar. Por outro lado, em um dia muito quente (o resfriamento do motor é mais difícil) a água de arrefecimento chega facilmente a mais de 100^o C, exigindo que o sistema trabalhe em uma temperatura mais alta. (Parte desse efeito é obtido pela pressurização da água - como em uma panela de pressão, o sistema fechado da água de arrefecimento também suporta uma pressão extra, que impede que a água pura ferva abaixo de cerca de 121^o C.)

O principal soluto nos líquidos de arrefecimento é o etileno glicol, (1, 2 etanodiol), álcool de fórmula HO-CH₂CH₂-OH. A sua temperatura de congelamento é de -12,9^o C, e a de ebulição é de 197,3^o C.

A adição de 50% de etileno glicol à água de arrefecimento faz com que a temperatura de congelamento seja inferior a -33^o C - e a de ebulição, superior a 163^o C! Mas o que explica essas alterações?

Propriedades coligativas

As expressões usadas para determinar a alteração da temperatura de congelamento e de ebulição, estudadas em propriedades coligativas, não servem para calcular a alteração das temperaturas na mistura etileno glicol-água. Isso não significa que a alteração não seja devida à interação das substâncias, mas acontece que soluções concentradas geralmente fogem das idealizações usadas nas equações simples.

O etileno glicol é capaz de fazer pontes de hidrogênio com a água, o que resulta em um abaixamento da temperatura de congelamento - pode-se dizer que a interação dos dois dificulta a "organização" para a formação de um sólido, o que resulta em um ponto de congelamento que é menor que o das duas substâncias separadas.

As mesmas pontes de hidrogênio, e a diluição, diminuem a pressão de vapor da água e fazem com que a temperatura de ebulição seja intermediária - maior que a da água e menor que a do etileno glicol. Outras misturas apresentam esse tipo de comportamento, por exemplo, a mistura álcool-água: destilados com mais de 38% de etanol não congelam em freezers comuns, exigindo temperaturas inferiores a -20^o C.

Outras propriedades dos aditivos para radiador

Geralmente, os aditivos para radiador apresentam a seguinte formulação: etileno glicol (às vezes chamado de MEG, mono etileno glicol), anticorrosivos, corante e tensoativos (antiespumante).

Como o circuito interno de refrigeração de um automóvel é feito de partes metálicas, a presença de água pode ser danosa - com o tempo, acaba havendo lenta corrosão, o que pode até causar perfurações, geralmente no radiador.

Os aditivos para radiadores inibem a corrosão, por apresentarem pequenas quantidades de anticorrosivos: substâncias muito diversas, desde sulfonatos de sódio e ésteres graxos de sódio ou cálcio até carboxi-polímeros. Alguns tensoativos têm a função de evitar a formação de depósitos, enquanto outros têm a função de evitar a formação de espuma. Finalmente, os corantes são apenas para dar um apelo visual à mistura, que de outra forma seria incolor.

Fonte:http://educacao.uol.com.br/disciplinas/quimica/anticongelantes-liquidos-de-arrefecimento-e-aditivos.htm

Colóides

 

- Sistemas onde um ou mais componentes apresentam partículas com dimensões médio inferiores a 1000 nanômetros (1 nanômetro = 1nm = 10-9m).

- A maioria dos coloides tem aspecto turvo ou opaco.

- Disperso é a substância presente em menor quantidade.

- Dispersante: Substância presente em maior quantidade.

- Os coloides tem dois tipos de fases: Sol e Gel.

- Sol tem disperso sólido e dispersante líquido, adquirindo aspecto de solução na forma líquida. Um exemplo é a cola.

- Gel tem disperso sólido e dispersante líquido, adquirindo aspecto sólido. Um exemplo é a geleia de frutas.

- Alguns termos são utilizados para o estudo dos coloides como suspensão, emulsão, aerossóis, hidrossol, espumas.

- Suspensão é um sistema coloidal de um sólido num líquido (sol). O sistema é instável e suas partículas são quase reconhecíveis ao microscópio.

- Emulsão é um sistema coloidal onde as duas fases são líquidas.

- Aerossóis são coloides na forma de grãos de poeira que nunca se sedimentam. Devemos sempre retirar a poeira dos objetos com regularidade. Esses grãos de poeira tem diâmetro de 1000nm e estão em suspensão e tendem a se sedimentar. Mas no ar, há alguns grãos de poeira com dimensões coloidais que não se sedimentam, os aerossóis.

- Exemplos de aerossóis são as neblinas, a fumaça, spray.

- Hidrossol é um sistema coloidal onde a fase dispersante é a água.

- Espumas são sistemas coloidais. Quando um gás é borbulhado num líquido, além da bolhas enormes e visíveis, são formadas também bolhas de dimensões coloidais. Por este motivo, as espumas são coloides. 

- Exemplos de espumas são o chantily, mistura de ar e creme de leite.

- Sólido com poros de dimensão coloidal é classificado como espuma sólida, como a pedra-pomes, que tem ar em microscópicos poros de dimensão coloidal.
Tabela com exemplos de misturas coloidais onde estão evidenciados o disperso, o dispersante e seus nomes:

DISPERSANTE	DISPERSO	NOME	EXEMPLO
Gás	Líquido	Aerossol líquido	NEBLINA: gotículas de água dispersas no ar
Gás	Sólido	Aerossol sólido	FUMAÇA: partículas sólidas com dimensões coloidais
Líquido	Gás	Espuma	ESPUMA DE SABÃO OU BOLHA DE SABÃO: nas espumas, a fase líquida (película da bolha) tem dimensões coloidais, enquanto o gás, no interior da película, é o disperso
Líquido	Líquido	Emulsão	MAIONESE: vinagre, óleo e gema de ovo batidos. A gema é constituída de proteínas (lecitinas) que promovem a interação entre o vinagre e o óleo
Líquido	Sólido	Sol	CREME DENTAL: partículas com dimensões coloidais de substâncias antiácidas e outras que conferem sabor ao creme dental. Todas dispersas em meio aquoso
Sólido	Gás	Espuma sólida	PEDRA-POMES: a fase dispersa é a sólida. Nos microporos da fase sólida permanece o gás
Sólido	Líquido	Gel	GELATINA: as moléculas de proteínas se entrelaçam e confinam as moléculas de água nessa rede de moléculas proteicas
Sólido	Sólido	Suspensão sólida	VIDRO COLORIDO: vidro é a fase dispersante com partículas metálicas dispersas

Fonte:http://www.soq.com.br/formulas/coloides/

Exercícios de Propriedades Coligativas

01. (PUCC) Qual das soluções abaixo apresenta maior grau de dissociação iônica?
                                
a) CaCl2 com fator Vant’Hoff igual a 2,5
b) FeCl3 com fator Vant’Hoff igual a 3
c) NaCl com fator Vant’Hoff igual a 1,9
d) Na2CO3 com fator Vant’Hoff igual a 2,6
e) N. D. A.
                                
                                                            
02. (OSEC) A pressão do vapor de um líquido puro molecular depende:

a) Apenas da estrutura de suas moléculas.
b) Apenas da massa específica do líquido.
c) Apenas da temperatura do líquido.
d) Da estrutura de suas moléculas e da temperatura do líquido.
e) Da estrutura de suas moléculas e do volume do vapor.


03. (UnB) A temperatura da ebulição de água é 100°C, quando a PMV da água, nessa temperatura, é de:

a) 1 atm                          
b) 1 torr                      
c) 1 mmHg  
d) todas estão corretas              
e) N.D.A.


04. (RIO PRETO – JUNDIAÍ) Qual das propriedades abaixo é comum a todos os líquidos?

a) Transformarem-se em gases acima de 100°C.
b) Solidificarem-se abaixo de 0°C.
c) Formarem, entre si, misturas heterogêneas.
d) Ferverem à temperatura constante, independentemente de serem puros ou não.
e) Apresentarem pressões de vapor diferentes a temperaturas diferentes.


05. Qual o número de partículas dispersas em uma solução que contém 460 gramas de álcool etílico?

Dados: C = 12; H = 1; O = 16


06. Um ácido sulfúrico 0,2 molar está 80 % ionizado. Qual o número de partículas dispersas em 1 litro dessa solução?


07. Qual o número de partículas dispersas numa solução que tem 3,65 gramas de ácido clorídrico (mol = 36,5 g) 80 % ionizado?


08. Qual o valor de “i” nos casos:

a) H3PO4   40 % ionizado
b) H3PO3   30 % ionizado
c) H3PO2   20 % ionizado


09. (MAUÁ) A temperatura de ebulição de uma solução aquosa de cloreto de sódio, sob pressão constante, tende a aumentar ou diminuir com o decorrer da ebulição? Justifique.


10. (MACK) Um solvente puro tem temperatura de ebulição (te) e temperatura de solidificação (ts). Adicionando-se soluto não volátil ao solvente, as temperaturas de ebulição e solidificação para a solução serão (t’e) e (t’s), respectivamente. É correto afirmar que:

a) te < t’e e ts < t’s                          
b) te < t’e e ts > t’s                               
c) te > t’s e ts > t’s
d) te = t’s e ts = t’s                          
e) te > t’e e ts < t’s



Respostas:

01. C

02. D

03. A

04. E

05. 6 x 1024 partículas
06. 3,12 x 1023 partículas
  07. 1,08 x 1023 partículas
08. a) 2,2
       b) 1,6
       c) 1,2

09. A temperatura de ebulição da solução tende a aumentar.
      Justificativa: A temperatura de ebulição da solução é função do número de partículas dispersas; à medida que o solvente é retirado pela ebulição, a concentração de partículas aumenta e com isto aumenta a temperatura de ebulição.
10. B

Fonte:  http://www.coladaweb.com/exercicios-resolvidos/exercicios-resolvidos-de-quimica/propriedades-coligativas

Propriedades Coligativas #2

Pressão Máxima de Vapor (PMV)

PMV é a pressão exercida pelo vapor quando está em equilíbrio dinâmico com o liquido correspondente.
A PMV depende da temperatura e da natureza do líquido. Observa-se experimentalmente que, numa mesma temperatura, cada líquido apresenta sua pressão de vapor, pois esta está relacionada com a volatilidade do líquido.
Vejamos alguns exemplos no gráfico abaixo:





Ponto de ebulição  é a temperatura na qual a PMV iguala a pressão atmosférica. Quanto maior a PMV na temperatura ambiente, menor o P.E.
amos então estudar cada um dos efeitos coligativos.

Tonometria ou tonoscopia ou abaixamento da PMV do solvente
Tonoscopia é o estudo do abaixamento da pressão máxima de vapor de um solvente, provocado pela dissolução de um soluto não-volátil.
p = PMV do solvente puro.
p’ = PMV do solvente na solução.
p > p’
O abaixamento da PMV é: ∆p = p – p’
∆p depende da temperatura.
Abaixamento Relativo da PMV do Solvente:
∆p/p = p – p’/p
∆p/p independe da temperatura.
Cálculo do ∆p/p = K_t . W (Lei de Raoult) e Fator de Vant’Hoff (i):
Para soluções moleculares, temos:
∆p/p = K_t . W
onde Kt (K_t = Massa Molar_solvente/1000) é a constante tonométrica e característica de cada solvente e W ( W = n₁/m_solvente(kg)) é a molalidade da solução.
Para soluções iônicas, temos:
∆p/p = K_t . W . i
onde i é a relação:
i = 1 + α(q – 1)
onde:
α = grau de ionização (0 ≤ α ≤ 1).
q = número de íons por fórmula de soluto:
Exemplo → NaCl_(s) → 1Na⁺ + 1Cl^- q = 2
Na₂SO_4(s) → 2Na⁺ + 1SO₄^2- q = 3

Crioscopia ou Criometria ou Abaixamento do Ponto de Congelação do Solvente
A criometria é o estudo do abaixamento da temperatura de solidificação de um solvente, provocado pela adição de um soluto não-volátil, à pressão externa constante.
t_c = temperatura de congelação do solvente puro.
t’_c = temperatura de congelação do solvente na solução.
t_c > t’_c
O abaixamento será: ∆t_c = t_c – t’_c
Cálculo de ∆t_c (Lei de Raoult):
Para soluções moleculares, temos:
∆t_c = K_c . W
sendo K_c = R .T²/100 . L , onde:
R = constante = 1,98 cal/mol. K;
L = calor latente de fusão do solvente (cal/g);
T = ponto de fusão do solvente em Kelvin.
Para soluções iônicas, temos:
∆t_c = K_c . W . i
sendo i = 1 + α(q – 1).

Ebuiliometria ou Ebulioscopia ou Elevação do Ponto de Ebulição do Solvente
Ebulioscopia é o estudo da elevação do ponto de ebulição de um solvente, provocada pela adição de um soluto não-volátil, à pressão externa constante.
t_e = temperatura do P.E. do solvente puro.
t’_e = temperatura do P.E. do solvente na solução.
t’_e > t_e
A elevação será: ∆t_e = t’_e – t_e
Cálculo de ∆t_e (Lei de Raoult)
Para soluções moleculares, temos:
∆t_e = K_e . W
sendo K_e = K_c
Para soluções iônicas, temos:
∆t_e = K_e . W . i
sendo i = 1 + α(q – 1).

Osmose e Pressão Osmótica
Osmose é passagem de um solvente para o interior de uma solução feita desse mesmo solvente, através de uma membrana semipermeável. A osmose é também uma propriedade coligativa das soluções, pois depende do número de partículas dissolvidas
Tipos de membranas:
Permeáveis: são aquelas que permitem a passagem tanto do solvente como do soluto.
Semipermeáveis: são aquelas que permitem apenas a passagem do solvente.
Impermeáveis: são aquelas que não permitem a passagem de soluto e solvente.
O fluxo de solvente ocorre da solução mais diluída para a solução mais concentrada
Pressão Osmótica
Pressão osmótica é a pressão que se deveria aplicar sobre a solução, a determinada temperatura, para impedir a passagem do solvente através da membrana. A pressão osmótica é representada pela letra grega π (Pi).
π = pressão osmótica.
M = concentração em mol/L.
Para soluções moleculares, temos:
π = M.R.T
Para soluções iônicas, temos:
π = M.R.T.i
As soluções que apresentam mesma pressão osmótica denominam-se isotônicas. Em caso contrário, anisotônicas; a de maior pressão osmótica hipertônica; e a de menor pressão osmótica, hipotônica.
Exemplo: a água do mar é hipertônica em relação à água potável.

Fonte: http://www.infoescola.com/quimica/propriedades-coligativas/

Propriedades Coligativas #1

Propriedades coligativas das soluções são propriedades físicas que se somam pela presença de um ou mais solutos e dependem única e exclusivamente do número de partículas (moléculas ou íons) que estão dispersas na solução, não dependendo da natureza do soluto. Isso significa dizer que a quantidade, e não a natureza (como tamanho, estrutura molecular ou massa), das partículas que estão juntas na solução é que irá influenciar na formação das propriedades (ou efeitos) coligativas.

    Tonoscopia: diminuição da pressão máxima de vapor.

    Ebulioscopia: aumento da temperatura de ebulição.

    Crioscopia: abaixamento da temperatura de solidificação.

    Osmose: pressão osmótica.

Os três primeiros foram estudados por Raoult, enquanto que o último foi estudado por Van't Hoff.

Todas as propriedades coligativas surgem da diminuição do potencial químico do líquido solvente como resultado da presença do soluto. A diminuição do potencial químico do solvente implica aumento da temperatura em que ocorrerá o equilíbrio líquido-vapor (o ponto de ebulição é aumentado) e diminui a temperatura em que ocorre o equilíbrio sólido-líquido (o ponto de fusão é diminuído).

A origem molecular da diminuição do potencial químico não está na energia de interação entre o soluto e as partículas do solvente, porque a elevação também ocorre em soluções ideais (as quais tem entalpia de mistura igual a zero).

A entropia do gás reflete a ordem de suas moléculas e a pressão de vapor reflete a tendência da solução em aumentar sua entropia, o que pode ser conseguido se o líquido evaporar para formar um gás mais desordenado. Quando o soluto está presente, ele contribui para aumentar a entropia da solução e a tendência dela em formar gás é diminuida. Assim o ponto de ebulição é aumentado.

Da mesma forma, o aumento da desordem da solução pela adição do soluto contribui para que ela não permaneça em seu estado sólido e funda, diminuindo o ponto de fusão.

A redução do potencial químico é de μ*A (solvente puro) para μ*A + RT ln xA quando o soluto é presente (ln xA é negativo porque xA < 1).

 Fonte: http://pt.wikipedia.org/wiki/Propriedades_coligativas