Propriedades Coligativas

Algumas propriedades físicas das soluções são diferentes das dos solventes puros. Por exemplo: sabemos que a água pura congela a 0 °C, porém, soluções aquosas congelam a temperaturas mais baixas.

O etilenoglicol é adicionado à água nos radiadores de carros para elevar a temperatura de ebulição da água e evitar que a água do radiador entre em ebulição. Essa mesma substância é usada para diminuir o ponto de congelamento da água em países onde o inverno é muito rigoroso.

A redução do ponto de congelamento e o aumento da temperatura de ebulição são propriedades físicas das soluções que dependem da quantidade (concentração) de soluto na solução, mas não do tipo de partículas do soluto.

Essas propriedades são chamadas de propriedades coligativas e incluem:

• a tonoscopia;
• a ebulioscopia;
• a crioscopia;
• a osmose.

Todas estas propriedades estão relacionadas com a pressão máxima de vapor das soluções.

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Imagine dois recipientes abertos: um com água e outro com éter, ambos no estado líquido.

Notamos que, em razão das colisões intermoleculares, algumas moléculas ganham energia para romper as ligações intermoleculares, resultando na evaporação dos líquidos e a diminuição de seus volumes.

Percebemos também que, em um mesmo intervalo de tempo, o volume do éter diminui mais que o da água. Isso significa que o éter é mais volátil que a água, pois a molécula do éter é pouco polar e suas forças intermoleculares são mais fracas que as da água.

Suponhamos, agora, que esses dois recipientes estejam providos de manômetro. As pressões indicadas pelos manômetros correspondem àquelas exercidas pelos vapores em uma situação de equilíbrio entre o líquido e o vapor, ou seja, quando a velocidade de vaporização se iguala à velocidade de condensação.

Essa pressão é denominada pressão máxima de vapor (P_V). Como o éter evapora mais do que a água, sua pressão de vapor será maior.

A pressão de vapor depende apenas da natureza do líquido e da temperatura. Ela não depende da quantidade de líquido e nem do espaço ocupado pelo vapor.

Quanto mais fortes forem as forças intermoleculares, mais difícil será a vaporização e menor será a pressão de vapor.

Pressão Máxima de Vapor e a Temperatura de Ebulição

A temperatura de ebulição de um líquido é aquela na qual a pressão máxima de vapor se iguala à pressão exercida sobre a superfície desse líquido, isto é, à pressão atmosférica.

Em condições ambientes, quanto maior for a pressão máxima de vapor, menor será o ponto de ebulição e mais volátil será o líquido.

Em relação à altitude, quanto menor for, menor será a pressão exercida sobre a água, facilitando, assim, sua evaporação e, consequentemente, abaixando seu ponto de ebulição.

Toda substância apresenta seu respectivo diagrama de fases. Portanto, todas apresentarão um ponto triplo em diferentes condições de temperatura e pressão.

O ponto triplo corresponde à condição em que os três estados físicos coexistem em equilíbrio, como mostra o gráfico abaixo.

As curvas indicam as condições de pressão e temperatura nas quais duas fases se encontram em equilíbrio.

As áreas delimitadas por essas linhas representam as condições de pressão e temperatura nas quais a substância existe em um só estado físico. Encontramos o ponto triplo na intersecção das três linhas.

Como já foi dito, a intensidade com que as propriedades coligativas ocorrem depende apenas da quantidade de partículas na solução, e não da natureza dessas partículas.

Esses fenômenos dependem das interações que existem entre as partículas do soluto e as moléculas do solvente, que dificultam a passagem do solvente para o estado de vapor e também seu congelamento.

Existem duas formas de classificar as soluções:

• Soluções moleculares: todas as partículas dissolvidas no solvente são moléculas.
• Soluções iônicas: todas partículas presentes na solução são íons, que se formaram pela dissociação de uma substância iônica ou pela dissociação de uma substância molecular que interagiu com o solvente.

Tonoscopia ou Tonometria

Tonoscopia ou tonometria é o estudo da diminuição da pressão máxima de vapor de um solvente por meio da adição de um soluto não volátil.

Quanto maior o número de partículas do soluto não volátil, maior será a diminuição absoluta da pressão máxima de vapor. Matematicamente, temos:

ΔP = P₀ – P₂

• ΔP é o abaixamento absoluto da pressão máxima de vapor;
• P₀ é a pressão de vapor do solvente;
• P₂ é a pressão de vapor da solução.

Ebulioscopia ou Ebuliometria

Ebulioscopia ou ebuliometria é o estudo do aumento do ponto de ebulição do solvente em uma solução, ocasionado pela dissolução de um soluto não volátil.

Quanto maior a concentração do soluto, maior é a elevação do ponto de ebulição do solvente e maior é a temperatura de ebulição desse solvente. Matematicamente, temos:

t_e = t_e/solução – t_{e/solvente puro}

Crioscopia ou Criometria

Crioscopia ou criometria é o estudo da redução do ponto de congelamento de um solvente em uma solução pela adição de um soluto não volátil.

Quanto maior for a concentração desse soluto, maior será o abaixamento do ponto de congelamento do solvente e menor será a sua temperatura de congelamento. Matematicamente, temos:

t_c = t_{c/solvente puro} – t_e/solução

De forma resumida:

Quanto maior for o número de partículas do soluto não volátil na solução:

• Maior será a elevação da temperatura de ebulição do solvente;
• Maior será o abaixamento da temperatura de congelamento do solvente.

Osmose é a passagem, através de uma membrana semipermeável, do solvente (fase líquida) para uma solução - ou de uma solução diluída para outra mais concentrada.

A representação esquemática deste processo está ilustrada abaixo.

Já a pressão osmótica (π) é a pressão externa que deve ser aplicada a uma solução para evitar sua diluição, ou seja, evitar o processo de osmose.

A pressão osmótica está relacionada com a molaridade da solução (M) e com a temperatura (T) em Kelvin, através da seguinte expressão:

π = M x R x T

Observação: R = 0,082 atm.L.mol^-1.K^-1 ou 62,3 mm.Hg.L.mol^-1.K^-1