Propriedades Coligativas das Soluções

O que são propriedades coligativas?

As propriedades coligativas são efeitos que ocorrem quando um soluto é dissolvido em um solvente, alterando algumas características físicas da solução. O mais importante sobre essas propriedades é que elas dependem apenas da quantidade de partículas dissolvidas, e não da sua natureza química.

Isso significa que diferentes substâncias dissolvidas no mesmo solvente terão efeitos semelhantes, desde que estejam na mesma concentração e que suas partículas se dispersem de forma equivalente. Esse conceito é essencial para diversas aplicações, como na fabricação de sorvetes, na regulação da pressão osmótica no organismo e no uso de anticongelantes em motores de automóveis.

As quatro principais propriedades coligativas são:

Tonoscopia – Diminuição da pressão de vapor
Crioscopia – Diminuição do ponto de congelamento
Ebulioscopia – Aumento do ponto de ebulição
Osmose e pressão osmótica – Movimento do solvente através de membranas semipermeáveis

Agora, vamos entender cada uma delas de forma mais detalhada.

1. Tonoscopia – Diminuição da Pressão de Vapor

A tonoscopia ocorre quando um soluto não volátil (ou seja, que não evapora facilmente) é dissolvido em um solvente, diminuindo sua pressão de vapor.

A pressão de vapor é a força exercida pelas moléculas de um líquido quando elas passam para o estado gasoso. Quanto mais moléculas conseguirem escapar do líquido, maior será essa pressão. Quando adicionamos um soluto ao solvente, algumas partículas ocupam a superfície da solução e dificultam a evaporação do líquido, reduzindo sua pressão de vapor.

🔬 Exemplo prático:

Ao adicionar sal ou açúcar à água, sua taxa de evaporação diminui, pois as partículas do soluto dificultam a saída das moléculas do solvente para o estado gasoso.

A tonoscopia é explicada matematicamente pela Lei de Raoult, que relaciona a redução da pressão de vapor à quantidade de soluto dissolvido.

2. Crioscopia – Diminuição do Ponto de Congelamento

A crioscopia ocorre quando a adição de um soluto reduz a temperatura na qual um solvente congela.

O congelamento acontece quando as moléculas do líquido se organizam em uma estrutura sólida. No entanto, ao adicionar um soluto, suas partículas dificultam essa organização, fazendo com que o líquido precise atingir temperaturas mais baixas para se solidificar.

🔬 Exemplo prático:

No inverno, espalha-se sal nas estradas cobertas de neve para evitar o congelamento da água, pois isso faz com que a água congele a uma temperatura inferior a 0°C.
Em motores de veículos, usa-se anticongelante, que evita que a água do radiador congele em temperaturas muito baixas.

A variação da temperatura de congelamento pode ser calculada pela seguinte fórmula:

\Delta T_f = K_f \cdot m

Onde:

$\Delta T_f$
é a variação da temperatura de congelamento,
$K_f$
é a constante crioscópica do solvente,
$m$
é a molalidade (mol de soluto por kg de solvente).

3. Ebulioscopia – Aumento do Ponto de Ebulição

A ebulioscopia ocorre quando a adição de um soluto faz com que o solvente ferva a uma temperatura mais alta do que o normal.

A ebulição acontece quando a pressão de vapor do líquido se iguala à pressão atmosférica. Como o soluto reduz a pressão de vapor, é necessário um aumento de temperatura para que o líquido entre em ebulição.

🔬 Exemplo prático:

Adicionar sal na água usada para cozinhar alimentos faz com que a água ferva a uma temperatura superior a 100°C, acelerando o cozimento.
Nos motores dos carros, os líquidos refrigerantes ajudam a elevar o ponto de ebulição da água, prevenindo o superaquecimento do motor.

A elevação da temperatura de ebulição pode ser calculada pela fórmula:

\Delta T_e = K_e \cdot m

Onde:

$\Delta T_e$
é a elevação da temperatura de ebulição,
$K_e$
é a constante ebuliométrica do solvente,
$m$
é a molalidade da solução.

4. Osmose e Pressão Osmótica

A osmose é um processo natural que ocorre quando um solvente atravessa uma membrana semipermeável, movendo-se do meio menos concentrado para o meio mais concentrado.

Esse fenômeno busca equilibrar a concentração de partículas entre os dois meios. A força necessária para impedir esse movimento do solvente é chamada de pressão osmótica.

🔬 Exemplo prático:

Se uma célula vegetal for colocada em uma solução muito concentrada, perderá água por osmose e ficará murcha (plasmólise). Se estiver em um meio menos concentrado, absorverá água e ficará cheia (túrgida).
O princípio da osmose é usado na produção de soro fisiológico, que deve ter uma concentração semelhante à dos fluidos do corpo para evitar que as células inchem ou murchem.

A pressão osmótica pode ser calculada pela equação de Van’t Hoff:

\pi = M R T

Onde:

$\pi$ é a pressão osmótica,
$M$ é a molaridade da solução,
$R$ é a constante dos gases (0,082 atm.L/mol.K),
$T$ é a temperatura em Kelvin.

As propriedades coligativas são fundamentais para entender como as soluções se comportam e possuem muitas aplicações no cotidiano. Elas explicam desde processos simples, como a fervura da água salgada, até fenômenos mais complexos, como a regulação da pressão osmótica no organismo e o funcionamento de anticongelantes em motores.

Compreender essas propriedades é essencial para a química, a biologia, a medicina e a engenharia, ajudando a resolver problemas e desenvolver novas tecnologias.

Exercícios de Múltipla Escolha – Lei de Raoult e Propriedades Coligativas

1. Pressão de Vapor e a Lei de Raoult

A pressão de vapor de um solvente puro é maior do que a de uma solução contendo um soluto não volátil. Isso acontece porque:

A) O soluto reage quimicamente com o solvente, reduzindo sua volatilidade.
B) O soluto ocupa parte da superfície do líquido, dificultando a evaporação das moléculas do solvente.
C) O soluto aumenta a temperatura de ebulição, reduzindo a evaporação.
D) O soluto se torna mais volátil do que o solvente, reduzindo a pressão de vapor.

2. Cálculo da Pressão de Vapor

A pressão de vapor da água pura a 25°C é de aproximadamente 23,8 mmHg. Se adicionarmos um soluto não volátil em uma concentração que faz com que a fração molar da água na solução seja 0,9, qual será a nova pressão de vapor da solução?

A) 21,4 mmHg
B) 23,8 mmHg
C) 20,5 mmHg
D) 25,0 mmHg

3. Influência do Número de Partículas

Duas soluções diferentes contêm a mesma concentração molar de soluto em água. No entanto, a solução A contém glicose ( $C_6H_{12}O_6$ ) e a solução B contém cloreto de sódio ( $NaCl$ ). Qual delas terá uma menor pressão de vapor?

A) A solução A, pois a glicose é um composto molecular.
B) A solução B, pois o NaCl se dissocia em íons na água.
C) Ambas terão a mesma pressão de vapor, pois possuem a mesma concentração molar.
D) Nenhuma das duas será afetada pela presença do soluto.

4. Aplicações das Propriedades Coligativas

Qual das alternativas abaixo é um exemplo da aplicação da crioscopia, a diminuição do ponto de congelamento causada pela dissolução de um soluto?

A) A adição de açúcar ao café para adoçá-lo.
B) A adição de etilenoglicol à água do radiador de um carro para evitar o congelamento.
C) O uso de perfume, que evapora rapidamente devido à alta pressão de vapor.
D) A fervura da água com sal para cozinhar alimentos mais rápido.

5. Osmose e Pressão Osmótica

A osmose é um processo no qual o solvente se move através de uma membrana semipermeável. Esse movimento ocorre:

A) Do meio mais concentrado para o menos concentrado.
B) Do meio menos concentrado para o mais concentrado.
C) Em ambas as direções igualmente.
D) Somente se houver um aumento na temperatura.

Gabarito

1️⃣ B
2️⃣ A
3️⃣ B
4️⃣ B
5️⃣ B

Illustraquímica