PROPRIEDADES COLIGATIVAS

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1 PROPRIEDADES COLIGATIVAS
São propriedades observadas em uma solução, quando comparada com seu solvente puro, que dependem exclusivamente do número de partículas do soluto presentes e não da natureza da partículas. PROPRIEDADES FÍSICAS DAS SUBSTÂNCIAS Dentre as propriedades físicas que caracterizam uma substância pura, temos as temperaturas nas quais ocorrem as MUDANÇAS DE ESTADO

2 MUDANÇA DE ESTADO Endotérmica Sublimação Fusão Vaporização Sólido
Gasoso Solidificação Líquido Condensação Sublimação Exotérmica

3 DIAGRAMA DE FASES FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Diagrama de Fase A fase em que uma substância se encontra depende de suas condições de pressão e temperatura, podendo também estar num estado que corresponda ao equilíbrio entre duas fases ou mesmo entre as três fases. Representando os diferentes estados da substância num gráfico do tipo p x t, obtém-se o denominado Diagrama de Fases da Substância.

4 DIAGRAMA DE FASES pressão (atm) LÍQUIDO SÓLIDO GASOSO T
L + G SÓLIDO GASOSO S + G T S + L + G temperatura(°C)

5 DIAGRAMA DE FASES Tipos de curvas FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio
1 pressão (atm) 2 T 3 temperatura(ºC) Curva de fusão (1) Delimita as regiões correspondentes às fases sólida e líquida. Cada ponto dela é representativo de um estado de equilíbrio entre essas fases.

6 FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Diagrama de Fase
Ponto Crítico PC (ponto superior da curva 2) Acima da temperatura, a substância encontra-se na fase gasosa (gás) e não pode ser liquefeita, independente da sua pressão. Ponto triplo ou tríplice (T) Estado comum às três curvas; é representativo do equilíbrio entre as três fases da substância. Curva de sublimação (3) Delimita as regiões correspondentes às fases sólida e de vapor. Cada ponto dela é representativo de um estado de equilíbrio entre essas fases. Curva de vaporização (2) Delimita as regiões correspondentes às fases líquida e de vapor. Cada ponto dela é representativo de um estado de equilíbrio entre essas fases.

7 CO2 DIAGRAMA DE FASES PARA O DIÓXIDO DE CARBONO
Substância que aumenta o volume quando aquecida. Pressão CO2 73 atm Curva de Fusão Líquido PC Sólido Curva de Vaporização 5 atm PT Curva de Sublimação Vapor Gás Temperatura - 56,60C 31 0C

8 H2O DIAGRAMA DE FASES PARA A ÁGUA
FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Diagrama de Fase Substância que reduz o volume quando aquecida. Pressão Curva de Fusão H2O 218 atm Líquido PC Curva de Vaporização Sólido 4,58 mmHg PT Curva de Sublimação Vapor Gás Temperatura 0,01 0C 374 0C

9 01) No diagrama de fases da água:
Pressão (mmHg) 760 tA (°C) tA tB As temperaturas tA e tB são, respectivamente: a) pontos normais de fusão e ebulição. b) pontos normais de ebulição e fusão. c) pontos de sublimação e fusão. d) pontos de ebulição e sublimação. e) dois pontos triplos que a água possui.

10 02) A figura a seguir representa o diagrama de fases da água. Através
desse diagrama, podemos obter importantes informações sobre o equilíbrio entre fases. As linhas nele presentes representam a coexistência das fases: sólido-líquido, líquido-vapor e sólido-vapor. Pressão (mmHg) 760 A B II I III t (°C) 100 0 0 A fase sólida é a fase mais estável na região I. 1 1 A fase mais estável na região III do diagrama é a fase vapor. 2 2 No ponto B do diagrama estão em equilíbrio as fases sólida e vapor. 3 3 No ponto A estão em equilíbrio as fases sólida, líquida e vapor. 4 4 Na região II do diagrama a fase mais estável é a líquida.

11 a) A, tem-se o equilíbrio entre água sólida e água líquida.
03) (Mackenzie-SP) Relativamente ao diagrama de fases da água pura, é incorreto afirmar que, no ponto: Pressão (mmHg) M N A 760 B T C R D t (°C) 0,0098 100 a) A, tem-se o equilíbrio entre água sólida e água líquida. b) B, tem-se o equilíbrio entre água líquida e vapor. c) C, tem-se, somente, água na fase vapor. d) T, as três fases coexistem em equilíbrio. e) D, coexistem as fases vapor e líquida.

12 água pura. A linha que representa o fenômeno de granizo é:
04) (UFRGS) Considere o diagrama que representa o equilíbrio entre fases da água pura. A linha que representa o fenômeno de granizo é: a) (1) – (2). b) (2) – (1). c) (4) – (3). d) (5) – (6). e) (6) – (5). Pressão (mmHg) LÍQUIDO SÓLIDO GASOSO t (°C)

13 EXERCÍCIO EXTRA (Ita 2013) Considere o diagrama de fase hipotético representado esquematicamente na figura abaixo: O que representam os pontos A, B, C, D e E?

14 RESOLUCÃO – ITA-2013 Teremos:
A: Equilíbrio entre a fase sólida e gasosa B: Ponto triplo: equilíbrio entre a fase sólida, líquida e gasosa C: Equilíbrio entre a fase sólida e líquida D: Equilíbrio entre a fase líquida e gasosa E: Ponto crítico, no qual a temperatura é muito elevada e a pressão também. Neste ponto, não se distingui mais gás líquido de gás.

15 EXERCÍCIO EXTRA (Ime 2015) - O poli(metacrilato de butila) é um polímero solúvel em clorofórmio. A o clorofórmio tem ponto de fusão igual a e ponto de ebulição igual a e apresenta estados de agregação definidos conforme o diagrama de fases apresentado na Figura 1. Observe agora, a Figura 2 que representa o clorofórmio confinado em um dispositivo fechado imerso em um banho térmico na situação de equilíbrio térmico e mecânico, e a Figura 3, que apresenta o diagrama de fases de uma solução diluída de poli(metacrilato de butila) em clorofórmio.

16 Considere que o clorofórmio tem calor de fusão constante e independente da pressão e da temperatura, e que a Equação 1 se aplica ao seu equilíbrio sólido-líquido, em que ∆P = variação de pressão na transição, ∆T variação de temperatura na transição, Tfusão= temperatura de fusão (K) e ∆Vfusão variação de volume na fusão. Com base nas informações acima: a) determine a temperatura do banho térmico na Figura 2. Justifique sua resposta; b) faça o esboço da Figura 3 e indique os pontos de fusão e de ebulição da solução diluída de poli(metacrilato de butila) em clorofórmio, a c) justifique, com base na Equação 1, porque o processo de solidificação do clorofórmio é acompanhado de redução de volume.

17 PRESSÃO MÁXIMA DE VAPOR
Uma das propriedades físicas com a qual mais comumente convivemos, e que é facilmente perceptível, é a volatilidade de diferentes substâncias. É senso comum que substâncias diferentes apresentam diferentes volatilidades, ou seja, têm maior ou menor facilidade de passar do estado líquido para o estado gasoso.

18 PRESSÃO MÁXIMA DE VAPOR
VÁCUO 0 mmHg a 20°C TEMPO 17,5 mmHg a 20°C ÁGUA ÁGUA Temos um líquido que se encontra em um recipiente fechado e que entre o líquido e a tampa do recipiente tem vácuo A pressão que o vapor exerce no equilíbrio líquido-vapor denomina-se de PRESSÃO MÁXIMA DE VAPOR Inicialmente o líquido evapora rapidamente e, depois esta evaporação vai diminuindo, até ficar constante

19 NA PRESSÃO MÁXIMA DE VAPOR
FATORES QUE INFLUEM NA PRESSÃO MÁXIMA DE VAPOR 17,5 mmHg a 20°C 442 mmHg a 20°C ÁGUA ÉTER NATUREZA DO LÍQUIDO Líquidos MAIS VOLÁTEIS possuem MAIOR PRESSÃO MÁXIMA DE VAPOR

20 NA PRESSÃO MÁXIMA DE VAPOR
FATORES QUE INFLUEM NA PRESSÃO MÁXIMA DE VAPOR 26 mmHg a 27°C 79 mmHg a 47°C ÁGUA ÁGUA TEMPERATURA EM QUE SE ENCONTRA O LÍQUIDO Como a formação dos vapores é um fenômeno endotérmico, um aumento de temperatura favorece a sua formação, aumentando, assim, a pressão máxima dos vapores.

21 INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA NA PRESSÃO MÁXIMA DE VAPOR
Somente uma fração das moléculas de um líquido tem energia cinética (Ec) suficiente para passar para o estado de vapor. Quando um líquido é aquecido, a Ec média de suas moléculas aumenta, o que facilita a passagem para o estado de vapor. Como consequência, há um aumento do número de moléculas no estado de vapor, isto é, aumenta a pressão máxima de vapor da substância.

22 NA PRESSÃO MÁXIMA DE VAPOR
FATORES QUE INFLUEM NA PRESSÃO MÁXIMA DE VAPOR

23 01) Tendo em vista o momento em que um líquido se encontra em equilíbrio com seu vapor, leia as afirmações a seguir: V I. A evaporação e a condensação ocorrem com a mesma velocidade F II. Não há transferência de moléculas entre o líquido e o vapor V III. A pressão de vapor do sistema se mantém constante F IV. A concentração do vapor depende do tempo Das afirmações citadas, são FALSAS a) I e III. b) II e IV. c) II e III. d) I e II. e) III e IV.

24 02) Temos uma solução de partes iguais de água, éter etílico
e etanol (álcool comum) em um recipiente fechado. As pressões parciais dos vapores dos líquidos estão na seguinte ordem crescente: a) etanol, água, éter. b) água, etanol, éter. c) éter, álcool, água. d) éter, água, álcool. e) água, éter, álcool. ÁGUA < ETANOL < ÉTER

25 3. (Ita 2016) Considere os seguintes compostos químicos que se encontram no estado líquido à temperatura de e pressão ambiente de 1 bar: I. 2-metil-pentano II. 3-metil-pentano III. 2,2-dimetil-butano IV. 2,3-dimetil-butano V. Hexano Nestas condições, assinale a opção que apresenta a ordem decrescente da magnitude da pressão de vapor dos respectivos compostos. a) I > II > III > IV > V b) II > I > V > III > IV c) III > IV > I > II > V d) IV > III > I > II > V e) V > II > I > IV > III

26 EXERCÍCIO EXTRA (Unifesp 2015) A cafeína é um dos estimulantes presentes em bebidas energéticas. Em laboratório, a cafeína pode ser extraída para fase aquosa, aquecendo até fervura uma mistura de chá preto, água e carbonato de cálcio. Após filtração, a fase aquosa é colocada em contato com um solvente orgânico, para extração da cafeína. Com evaporação do solvente, obtém-se a cafeína sólida. O solvente orgânico utilizado deve ter baixa temperatura de ebulição. A evaporação deve ser feita com cuidado, para não degradar a cafeína, pois esta, quando queimada em atmosfera rica de oxigênio, produz gás carbônico, água e gás nitrogênio. No gráfico são representadas as curvas de pressão de vapor para os líquidos e que são os dois solventes citados no procedimento de extração da cafeína.

27 Escreva a equação balanceada para reação de queima da cafeína descrita no texto, utilizando coeficientes estequiométricos inteiros. b) Qual é a curva do gráfico que se refere ao solvente orgânico utilizado? Justifique sua resposta.

28 EXERCÍCIO EXTRA - RESOLUÇÃO
a) Equação balanceada: 2C8H10N4O O CO H2O + 4 N2 b) O solvente orgânico utilizado deve ter baixa temperatura de ebulição, ou seja, elevada pressão de vapor ou para uma dada pressão constante deve apresentar menor temperatura de ebulição (TE). Este solvente é o X. De acordo com o gráfico . Logo, é o solvente mais indicado.

29 A PRESSÃO MÁXIMA DE VAPOR E A TEMPERATURA DE EBULIÇÃO
Quando um líquido está sendo aquecido, algumas moléculas colidem violentamente entre si e tornam-se livres A ebulição de um líquido depende da pressão externa, isto é, quanto menor for a pressão externa menor será a sua temperatura de ebulição Estas bolhas não sobem à superfície imediatamente, isto só ocorre quando a pressão dentro da bolha iguala-se à pressão externa Com isso, forma-se porções de vapores no interior da massa líquida, constituindo desta forma as bolhas A esse fenômeno damos o nome de EBULIÇÃO

30 AS PROPRIEDADES COLIGATIVAS SÃO:
TONOSCOPIA EBULIOSCOPIA CRIOSCOPIA OSMOMETRIA

31 TONOSCOPIA É o estudo da diminuição da
17,5 mmHg a 20°C ÁGUA 15 mmHg + GLICOSE É o estudo da diminuição da pressão máxima de vapor de um solvente, provocada pela adição, a este solvente, de um soluto não volátil

32 GRÁFICO DO EFEITO TONOSCÓPICO
O diagrama mostra o abaixamento da pressão de vapor da solução em relação ao solvente puro, sendo: p2: pressão de vapor do solvente puro; p = pressão de vapor da solução; Δp = p2 – p = abaixamento absoluto da pressão de vapor;  = abaixamento relativo da pressão de vapor.

33 EBULIOSCOPIA t’e te É o estudo da elevação da temperatura de
ÁGUA + GLICOSE te t’e É o estudo da elevação da temperatura de ebulição de um solvente, provocada pela adição, a este solvente, de um soluto não volátil

34 EFEITO EBULIOMÉTRICO A diminuição da pressão máxima de vapor do solvente, devido à adição de um soluto, leva inevitavelmente ao aumento da temperatura de ebulição. Quanto maior a concentração do soluto, maior a elevação da temperatura de ebulição do solvente. Δte = Elevação da temperatura de ebulição Onde temos: te2 = temperatura de ebulição do solvente puro; te = temperatura de ebulição do solvente na solução. Exemplos: – Solução Glicose 1 mol/L: Δte = 100,52 – 100 Δte = 0,52 °C – Solução Glicose 2 mol/L: Δte = 101,04 – 100 Δte = 1,04 °C

35 GRÁFICO DO EFEITO EBULIOMÉTRICO

36 CRIOSCOPIA tC t’C É o estudo da diminuição da
ÁGUA + GLICOSE tC t’C É o estudo da diminuição da temperatura de congelamento de um solvente, provocada pela adição, a este solvente, de um soluto não volátil

37 EFEITO CRIOSCÓPICO A diminuição da pressão de vapor do solvente, devido à adição de um soluto, leva à diminuição da temperatura de congelamento. Quanto maior a concentração do soluto, maior o abaixamento da temperatura de congelamento do solvente. Δtc = Abaixamento da temperatura de congelamento Onde temos: tc2 = temperatura de congelamento do solvente puro; tc = temperatura de congelamento do solvente na solução. Exemplos: – Solução Glicose 1 mol/L: Δtc = 0 – (– 1,86) Δtc = 1,86 °C – Solução Glicose 2 mol/L: Δtc = 0 – (–3,72) Δtc = 3,72 °C

38 GRÁFICO DO EFEITO CRIOMÉTRICO

39 GRÁFICO DOS EFEITOS COLIGATIVOS

40 PROPRIEDADES COLIGATIVAS – ASPECTOS QUANTITAVOS
LEI DE RAOULT Em 1878 o químico francês François-Marie Raoult ( ) afirma que o efeito coligativo de um soluto não volátil molecular em um solvente é diretamente proporcional à molalidade da solução: Efeito Coligativo = K . W onde: K = constante de proporcionalidade

41 PROPRIEDADES COLIGATIVAS – ASPECTOS QUANTITATIVOS
Tonoscopia Onde: KT=Constante tonoscópica molal (Msolvente/1000) Ebulioscopia Onde: Ke=Constante ebulioscópia molal (Msolvelte/1000) Crioscopia Onde: Kc=Constante crioscópica molal (Msolvente/1000)

42 MEMBRANAS SEMIPERMEÁVEIS
Alguns materiais permitem a passagem de moléculas de solvente, mas não permitem a passagem do soluto desta solução SOLUÇÃO DILUÍDA MESMA CONCENTRAÇÃO SOLUÇÃO CONCENTRADA SOLVENTE SOLVENTE O fenômeno da passagem do solvente de um meio mais diluído para um meio mais concentrado, por meio de uma membrana semipermeável chama-se OSMOSE Tais materiais são denominados de MEMBRANAS SEMIPERMEÁVEIS

43 PRESSÃO OSMÓTICA É a pressão externa que deve ser aplicada a uma solução mais concentrada para evitar a sua diluição por meio de uma membrana semipermeável

44 chama-se PRESSÃO OSMÓTICA ( Л )
A pressão externa que deve ser aplicada a uma solução mais concentrada para evitar a sua diluição por meio de uma membrana semipermeável chama-se PRESSÃO OSMÓTICA ( Л ) PRESSÃO EXTERNA SOLVENTE SOLUÇÃO DILUÍDA SOLUÇÃO CONCENTRADA

45 OSMOSCOPIA É a medida da pressão osmótica, que pode ser medida por aparelhos chamados osmômetros. Soluções isotônicas são soluções de mesma pressão osmótica. Uma solução será hipotônica em relação à outra, quando tiver menor pressão osmótica; e será hipertônica quando tiver maior pressão osmótica. Exemplo: Uma solução 0,4 molar de um certo soluto será hipertônica em relação a uma solução 0,1 molar do mesmo soluto, no mesmo solvente e à mesma temperatura.

46 OSMOSCOPIA A pressão osmótica é diretamente proporcional à temperatura absoluta da solução: A pressão osmótica é diretamente proporcional à concentração, em mol/L, da solução: Juntando-se as duas leis pela proporcionalidade mútua, obtém-se:

47 OSMOSCOPIA Sabendo-se que Logo a equação (I) fica: Onde:
k – constante universal dos gases perfeitos (R); π = Pressão osmótica da solução (atm ou mmHg); V = Volume da solução (litros); n = Quantidade em mols do soluto; T = Temperatura absoluta da solução (kelvin).

48 SAIBA MAIS........ Dessalinizadores Osmose Reversa
A osmose reversa 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. Dessalinizadores São equipamentos destinados a produzir água potável a partir de água do mar ou salobra, empregando o processo de osmose reversa e membranas osmóticas sintéticas. As condições de trabalho de um dessalinizador são bastante severas, pois aliam um elemento altamente corrosivo (íon cloreto) a altas pressões (5 600 a atm).

49 Classificação de uma Solução quanto à Natureza do Soluto

50 Como as propriedades coligativas dependem apenas do número de partículas de soluto, e não de sua natureza, temos que, numa solução iônica, os efeitos coligativos são mais intensos que na solução molecular de mesma concentração. Soluções Iônicas São aquelas que possuem íons como partículas do soluto. Observe que uma solução iônica não tem necessariamente apenas íons dissolvidos. Uma solução iônica pode apresentar também moléculas dissolvidas. Sendo assim, o número de partículas de soluto existentes na solução vai depender: – do número de íons presentes em cada fórmula do composto; – do grau de dissociação ou ionização (a) desse composto a uma dada temperatura.

51 Exemplo Considere o ácido sulfúrico, H2SO4(aq), com grau de ionização a = 61% ou 0,61 a 18°C. A ionização de uma molécula de H2SO4 é dada pela equação: Se considerarmos 100 moléculas de H2SO4, nas condições descritas, temos:

52 EXERCÍCIOS 1. Três soluções aquosas de nitrato de sódio, nitrato de alumínio e glicose, com concentrações 0,5 mol/L, foram aquecidas em três béqueres, sob as mesmas condições ambientes, até a ebulição. As temperaturas das três soluções foram monitoradas com três termômetros devidamente calibrados. A solução que a 25 ºC apresenta maior pressão de vapor e a solução que apresenta maior temperatura de ebulição são, respectivamente, a) glicose e nitrato de alumínio. b) glicose e nitrato de sódio. c) nitrato de alumínio e glicose. d) nitrato de alumínio e nitrato de alumínio. e) nitrato de sódio e glicose.

53 EXERCÍCIO 1 - RESOLUÇÃO Teremos:
Quanto menor o número de partículas, maior a pressão de vapor: (glicose). Quanto maior o número de partículas, maior a temperatura de ebulição: (nitrato de alumínio). ALTERNATIVA A

54 2. (Pucmg 2009) Considere as seguintes soluções aquosas a 25 °C e a 1 atm:
X - 0,25 mol.L-1 de glicose (C6H12O6) Y - 0,50 mol.L-1 de sulfato de potássio (K2SO4) Z - 0,25 mol.L-1 de ácido nítrico (HNO3) Sobre essas soluções, é INCORRETO afirmar que: a) a solução X apresenta maior temperatura de solidificação. b) a solução Y apresenta maior temperatura de ebulição. c) a ordem crescente de pressão de vapor é: X < Z < Y. d) as soluções X, Y e Z apresentam temperaturas de ebulição superiores à da água.

55 (Fuvest 2001) Numa mesma temperatura, foram medidas as pressões de vapor dos três sistemas a seguir.
Os resultados, para esses três sistemas, foram: 105,0; 106,4 e 108,2 mmHg, não necessariamente nessa ordem. Tais valores são, respectivamente, as pressões de vapor dos sistemas a) x =105,0; y = 106,4; z = 108,2 b) y =105,0; x = 106,4; z = 108,2 c) y =105,0; z = 106,4; x = 108,2 d) x =105,0; z = 106,4; y = 108,2 e) z =105,0; y = 106,4; x = 108,2

56 Fator de correção de Van’t Hoff
O cientista holandês Jakobus Henricus Van’t Hoff, por volta de 1882, percebeu que o número de partículas, em solução iônica, poderia ser calculado  pelo produto do número de partículas dissolvidas por um certo fator i que, em sua homenagem, é conhecido como fator de correção de Van’t Hoff. Nº de partículas em solução = Nº de partículas dissolvidas . i Observe no nosso exemplo: 222 = 100 · i  onde: i = 2,22 Van’t Hoff demonstrou que o fator de correção (i) podia ser calculado pela relação: Onde: a = grau de ionização ou dissociação do composto; q= no total de íons liberados na ionização de 1 molécula ou na dissociação de 1 agregado iônico.

57 PROPRIEDADES COLIGATIVAS – ASPECTOS QUANTITAVOS – SOLUÇÕES IÔNICAS
Como vimos, o soluto iônico apresenta um número de partículas maior e, conseqüentemente, o efeito coligativo será mais acentuado. Portanto, torna-se necessário, então, corrigir as equações, introduzindo um fator corretivo de Van't Hoff (i). Então temos: Efeito coligativo = K . W . i

58 PROPRIEDADES COLIGATIVAS – ASPECTOS QUANTITAVOS – SOLUÇÕES IÔNICAS
Deste modo, as fórmulas referentes ao efeitos coligativos para solutos iônicos são: Tonoscopia Ebulioscopia Criscopia Osmoscopia

59 EXERCÍCIO (ITA) O soro fisiológico e a lágrima são soluções de cloreto de sódio a 0,9% em água, sendo isotônicos em relação às hemácias e a outros líquidos do organismo. Considerando a densidade absoluta da solução a 1g/mL qual a pressão osmótica do soro fisiológico? Dados: Na = 23; Cl = 35,5; R = 0,082 atm.L/mol.K

60 RESOLUÇÃO - ITA