Propriedades Coligativas

Propriedades Coligativas

As moléculas no estado líquido são atraídas pelas forças de Van Der Walls (ligações intermoleculares). A mais forte delas são as pontes de hidrogênio.

Quanto maior é a força de atração (ligação) entre as moléculas, mais difícil será distanciá-las; portanto, maior é o ponto de ebulição.

Lembrando

O ponto de ebulição da água é de 100°C ao nível do mar; já o ponto de ebulição do éter comum é de 35°C. Por que?

Na água (H₂O) há moléculas atraídas por pontes de hidrogênio; portanto para distanciá-las (passando a água para o estado gasoso) é mais difícil. É necessário que a água seja mais aquecida que o éter comum.

No éter comum, não há pontes de hidrogênio. Portanto, suas moléculas estão mais fracamente atraídas que as moléculas da água. Portanto, o afastamento (passar o éter para o estado gasoso) é mais fácil do que o da água. O ponto de ebulição do éter é menor que da água.

Sabe-se que as substâncias são compostas por moléculas que têm um determinado estado de agitação (velocidade). Cada molécula num mesmo sistema tem uma velocidade diferente. As que têm maior estado de agitação se afastam das demais com maior facilidade.

Esse fenômeno ocorre com qualquer líquido, ou seja, na superfície dos líquidos há uma certa quantidade de vapor em equilíbrio com o líquido. A pressão que o vapor exerce – denominada de pressão máxima de vapor ou simplesmente pressão de vapor – é fundamental para se entender as propriedades coligativas.

Estudaremos agora como se determina a pressão de vapor de substâncias. Observe bem as seguintes figuras:

Inicialmente (no tubo A) há uma coluna de mercúrio; na parte superior do tubo há um vácuo. Adiciona-se uma gota d’água. Por esta apresentar menos densidade, ela sobe e evapora, exercendo pressão e abaixando a coluna de mercúrio (tubo B). Água é adicionada até se perceber que ela não mais está evaporando (tubo C). Quando isto ocorre, o vapor de água está em equilíbrio com o líquido. A pressão é medida pela diferença na altura da coluna de mercúrio (h-h₂).

Pode-se também determinar a pressão de vapor ao se utilizar o manômetro, que é um aparelho de medida de pressão.

Observe bem as seguintes figuras:

Em um recipiente de aço cilíndrico, provido de êmbolo e termômetro, coloca-se o líquido.

Êmbolo:
parte móvel semelhante ao da seringa de injeção.

Quando a temperatura é aumentada, também aumenta o estado de agitação das moléculas. O resultado disto é que mais moléculas passam para o estado de vapor, aumentando assim a pressão exercida.

A pressão apresenta várias unidades, na química trabalhamos com:

- Atmosfera = atm
- Milímetro de mercúrio = mmHg

Ao nível do mar temos:

1 atm = 760 mmHg
Pressão normal

Exemplos 1

Água (H₂O)

T°C	10	30	50	70	100
P(mmHg)	9,2	31,8	92,5	233	760

Exemplo 2

Benzeno (benzina C₆H₆)

T°C	7,6	15,4	26,1	42,4	60,6	80,1
P(mmHg)	40	60	100	200	400	760

Colocados os valores no gráfico:

Exemplo 3

Álcool etílico (Etanol) (C₂H₅OH)

T°C	19	63	78
P(mmhg)	40	400	760

Colocados os valores no gráfico:

A construção desses gráficos permite que determinemos aproximadamente a pressão de vapor em outras temperaturas.

Por exemplo

A 20°C a pressão de vapor da água é aproximadamente 18 mmHg; a pressão de vapor do álcool é aproximadamente 43 mmHg (veja no gráfico)

Ao nível do mar P = 760 mmHg

A pressão de vapor da H₂O (18 mmHg) e a pressão de vapor do álcool (43 mmHg) são inferiores à pressão ambiente (760 mmHg). Portanto, os vapores de água e de álcool encontram dificuldade em prevalecer sobre a pressão externa. Porém, algumas moléculas conseguem vencer a pressão externa e se misturam no ar. Quando isso acontece, moléculas que estão em estado líquido se vaporizam e repõem aquelas que escaparam para o meio. Este processo não para de acontecer num sistema aberto.

A todo instante, há vapores vencendo a pressão externa e moléculas líquidas fazendo a reposição desses vapores. É desta forma que os líquidos evaporam. Todo líquido em sistema aberto tende a evaporar; é por isso que um objeto molhado ou úmido fica seco com o passar do tempo.

Voltando à figura anterior, observe que a pressão de vapor do álcool é maior que a da água. Por esse motivo, o álcool consegue vencer com mais facilidade a pressão externa; ou seja, evapora mais rápido que a água.

Uma substância que evapora com mais facilidade é chamada de substância mais volátil.

O álcool é mais volátil que a água.

Vamos ver outros exemplos:

Observe que a pressão do vapor do éter é maior que a pressão de vapor da acetona. O éter é, portanto, mais volátil que a acetona.

É comum aparecer num gráfico de pressão de vapor, em função da temperatura, curvas de várias substâncias.

Observe:

Das quatro substâncias demonstradas no gráfico:

O éter, a 25 °C, apresenta a maior pressão de vapor; portanto é a substância mais volátil (se evapora com maior facilidade).

A água, a 25 °C, é a substância que apresenta a menor pressão de vapor; portanto é a menos volátil (a mais difícil de evaporar).

Se colocarmos uma gota de cada líquido no chão, à temperatura de 25 °C, qual será a ordem de evaporação?

O primeiro a secar é o éter; depois a acetona; em seguida, o álcool; e, por último, a água (ordem decrescente de pressão de vapor).

Ponto de Ebulição

Quando se aquece um líquido continuamente, a pressão de vapor é gradativamente aumentada, até chegar à temperatura em que se iguala à pressão externa (atmosférica). Quando isso ocorre, é alcançado o ponto de ebulição (fervura).

A temperatura de ebulição depende do local onde ocorre o aquecimento. Portanto, uma mesma substância apresenta vários pontos de ebulição.

Por exemplo:

a água apresenta ponto de ebulição (ferve) igual a 100 °C quando o aquecimento é feito ao nível do mar, onde a pressão atmosférica é 760 mmHg ou 1 atm. Isto significa que, à temperatura de 100 °C, o vapor da água exerce pressão de 760 mmHg. 

P = 760 mmHg (nível do mar)

Acima do nível do mar, a pressão atmosférica é menor. Na cidade de São Paulo, por exemplo, a pressão atmosférica é 700 mmHg. Na cidade de São Paulo, a água entra em ebulição na temperatura em que seu vapor exerce pressão de 700mmHg. Isto ocorre quando a temperatura é de 98 °C.

Numa cidade como Campos do Jordão, que se localiza na montanha, há uma pressão atmosférica ainda menor que na cidade de São Paulo; portanto, o ponto de ebulição da água em Campos de Jordão é ainda mais baixo.

Em certos lugares, é até possível ferver a água a 25 °C.

Analise o seguinte gráfico:

O gráfico a seguir demonstra a curva da pressão de vapor do álcool em função da temperatura.

Exercício Resolvido

Dado o Gráfico

Vamos Responder:

a) Qual o ponto de ebulição de cada substância ao nível do mar?

Ao nível do mar há uma pressão de 760 mmHg; portanto, o ponto de ebulição de cada substância é a temperatura na qual a pressão de vapor é igual a 760 mmHg.

Substância	P.E.
n - Hexano	65 °C (aproximadamente)
Benzeno	80 °C
Água	100 °C
Ácido Acético	120 °C

b) Qual o ponto de ebulição de cada substância num local onde a pressão atmosférica é de 600 mmHg?

Neste caso, cada substância alcança a ebulição na temperatura onde seu vapor está exercendo pressão de 600 mmHg.

Substância	P.E.
n - Hexano	50 °C (aproximadamente)
Benzeno	63 °C (aproximadamente)
Água	80 °C
Ácido Acético	100 °C

c) Qual é a substância mais volátil?

O n - Hexano, pois apresenta maior pressão de vapor ou O n - Hexano, pois apresenta o menor ponto de ebulição

Substância mais volátil é a que se evapora com mais facilidade.

E os sólidos, não apresentam pressão de vapor?

Na superfície dos sólidos também há pressão de vapor, devido ao equilíbrio vapor.

Geralmente, a pressão de vapor de um sólido é muito pequena. Na maior parte dos casos, pode se dizer que ela é nula.

Mas há um caso interessante. Naftalina são bolinhas brancas usadas para matar baratas. Com o passar do tempo, percebe-se que a naftalina vai diminuindo de tamanho sem deixar rastros de líquidos. Mas percebe-se muito bem o seu cheiro (vapor). Este é o caso mais clássico de sublimação (passagem do estado sólido para o estado gasoso). Esta sublimação se deve à pressão de vapor relativamente alta da naftalina.

Estudaremos agora o método para mudar o ponto de ebulição de um líquido.

Quando dissolvemos uma substância não volátil no líquido, diminui o número de moléculas no estado de vapor. Portanto, a pressão de vapor é diminuída. As partículas dissolvidas (soluto) que ficam na superfície do líquido ocupam espaço, ou seja, há menos moléculas do líquido nessa superfície. Portanto, há uma menor quantidade de substância passando para o estado de vapor; logo, há uma menor pressão de vapor.

Observe o desenho:

Observe que na água pura há mais vapor que na solução; portanto, a pressão de vapor na água pura é maior que na solução.

A diminuição da pressão de vapor eleva o ponto de ebulição; por esse motivo, a solução tem um ponto de ebulição maior que o da água.

Quanto maior for a quantidade de substância dissolvida (solução mais concentrada), menor será a pressão de vapor e, portanto, maior é o ponto de ebulição.

A solução 3 é a mais concentrada: apresenta menor pressão de vapor e, portanto, o maior ponto de ebulição.

Quando estudamos, anteriormente, os fatores que alteram a velocidade das reações (Cinética Química), aprendemos que quanto maior a temperatura, maior a velocidade de qualquer reação química.

Ao estudar o ponto de ebulição, aprendemos que numa panela de pressão, a água ferve a 110 °C, e, portanto, cozinha os alimentos mais rapidamente.

- Surge a pergunta: na ausência de uma panela de pressão, há como acelerar o cozimento?

Sim, basta dissolver sal na água que será usada para cozinhar o alimento.

Na solução com sal, o ponto de ebulição é maior, ou seja, o alimento ficará em contato com a água em temperatura maior; portanto, o cozimento ocorrerá mais rapidamente. O fogão será usado por menos tempo, economizando gás.

- Uma outra pergunta: para que servem os aditivos de radiador?

O radiador é o compartimento do motor do carro onde se coloca água. Esta circula pelas partes internas do motor, refrigerando-o. As peças do motor suportam uma determinada temperatura que, quando ultrapassada, pode danificar o motor ou até fundi-lo. Por isso, é necessário verificar o nível da água do radiador, pois essa evapora com o aquecimento. Para que o motorista dirija com mais tranquilidade, pode-se colocar um aditivo de radiador, cuja solução aumenta o ponto de ebulição, garantindo que demorará mais para a água evaporar. 

Ponto de Congelamento ou Congelação

Congelamento é a passagem do estado líquido para o estado sólido.

Quando a temperatura é diminuída, é diminuído o estado de agitação das partículas. Estas se aproximam e o estado líquido passa para o estado sólido.

A água congela a 0 °C (zero grau), ou seja, esta temperatura é o suficiente para fazer com que as moléculas de água pura se aproximem, formando gelo.

Mas se for dissolvida uma substância na água, será alterado o ponto de congelamento?

As partículas dissolvidas interagem com as moléculas de água, dificultando a aproximação, ou seja, o congelamento. Quanto mais substâncias são dissolvidas na água – quanto mais concentrada for a solução resultante – mais difícil será para que ela congele. Isso faz com que a temperatura de congelamento seja menor.

Vejamos alguns resultados experimentais.

Observe as soluções 2 e 3 do desenho acima. Elas apresentam o mesmo n° de partículas (n° de mol) dissolvidas em 1 litro de água e, portanto, apresentam o mesmo ponto de congelamento e também o mesmo ponto de ebulição.

As soluções (1, 2 e 3) apresentam ponto de congelamento menor que o da água. As soluções mais concentradas (onde há mais partículas dissolvidas) são mais difíceis de congelar (menor ponto de congelamento).

No Brasil, os aditivos de radiador são usados para aumentar o ponto de ebulição. Em outros países, onde o inverno é rigoroso, esse aditivo é usado para diminuir o ponto de congelamento, ou seja, em temperaturas inferiores a zero grau (0°C), a água permanece líquida.

Há vários sais dissolvidos na água do mar. Por esse motivo, ela congela apenas em temperaturas negativas (abaixo de zero grau).

Se você desejar que uma bebida fique gelada rapidamente, basta colocar no congelador uma pequena solução de água e sal (NaCl). Há uma solução e, portanto, o ponto de congelamento é menor. Isto garante que mesmo atingindo temperaturas inferiores a zero grau, a solução permanecerá líquida. Ao mergulhar a bebida na panela, em contato com a solução (temperatura negativa), ela ficará gelada mais rapidamente.

Resumindo

O P.E. de uma solução é maior que do solvente puro. Quanto maior for a concentração (n° de partículas dissolvidas) da solução, maior será o ponto de ebulição.

O P.C. de uma solução é menor que o solvente puro. Quanto maior for a concentração (n° de partículas dissolvidas) da solução, menor será o ponto de congelamento.

• P.E. = Ponto de Ebulição
• P.C. - Ponto de Congelamento

Atenção! As partículas dissolvidas dificultam a ebulição e o congelamento; portanto,

• o ponto de ebulição é mais difícil de ser alcançado nas soluções; por isso, é necessário um maior aquecimento (> P.E.).
• o ponto de congelamento é mais difícil de ser alcançado nas soluções; por isso, é necessário um maior resfriamento (< P.C.).