O que aconteceria (e porque) se fossem misturadas as seguintes substâncias:
água e etanol?
água e etanol?
Passo 1
O enunciado pergunta o que acontece quando misturamos água e etanol e por quê. O conteúdo envolve miscibilidade de líquidos polares, interações de hidrogênio, entalpia de mistura e alterações de volume.
Passo 2
Água e etanol são moléculas polares que possuem grupos –OH capazes de formar ligações de hidrogênio. Ao misturá-las, as moléculas de etanol inserem-se na rede de hidrogênio da água, formando novas ligações H-bond entre o átomo de hidrogênio de uma e o oxigênio da outra. Essas interações água–etanol são tão fortes ou mais fortes do que as interações água–água e etanol–etanol originais, o que torna a mistura espontaneamente homogênea (totalmente miscível).
Passo 3
A formação dessas novas ligações de hidrogênio libera energia, portanto a entalpia de mistura é negativa. Em notação química isso se escreve
ou seja, a mistura é exotérmica e a temperatura do sistema sobe ligeiramente ao misturar.
Passo 4
Além da liberação de calor, a reorganização das moléculas reduz os espaços “vazios” entre elas, provocando contração volumétrica. Na prática, o volume final da solução fica cerca de
menor que a soma dos volumes individuais dos componentes puros.
Passo 5
Como consequência das interações não ideais entre água e etanol, a solução exibe desvio negativo da Lei de Raoult e forma um azeótropo aproximado com
(v/v) de etanol, ponto em que o líquido e o vapor possuem a mesma composição e não podem ser separados por destilação simples.
Resposta
Ao misturar água e etanol forma-se uma solução completamente homogênea por ligações de hidrogênio água–etanol. A mistura é exotérmica
, liberando calor, e ocorre contração de volume de cerca de
. Além disso há desvio negativo da Lei de Raoult, resultando em um azeótropo em torno de
de etanol.