Considerando um processo de dissolução do cloreto de sódio em água responda:
a) Como deve ser o potencial químico da água e do cloreto de sódio no momento inicial em que eles são misturados?
b) Durante o processo de dissolução, considerando que ainda existem traços do sólido, como os potenciais químico do sal e água se comportam?
c) Se a temperatura for diminuída parte do sal se precipita, discuta como o potencial químico do sal varia neste processo.
a) Como deve ser o potencial químico da água e do cloreto de sódio no momento inicial em que eles são misturados?
b) Durante o processo de dissolução, considerando que ainda existem traços do sólido, como os potenciais químico do sal e água se comportam?
c) Se a temperatura for diminuída parte do sal se precipita, discuta como o potencial químico do sal varia neste processo.
Passo 1
O enunciado descreve o processo de dissolução do cloreto de sódio em água e depois sua parcial precipitação ao diminuir a temperatura. Vamos usar o conceito de potencial químico, definido por
para analisar a espontaneidade da dissolução e o estabelecimento de equilíbrio nas três fases do processo.
Passo 2
No instante inicial de mistura ainda não houve dissolução, então temos apenas as fases puras:
– A água em estado líquido puro, com atividade , logo
– A água em estado líquido puro, com atividade
– O sal na forma de cristal sólido puro, com atividade do sólido puro igual a 1, logo
Imediatamente após o contato, como
(pois no estado dissolvido a atividade seria
), o sal começa a dissolver espontaneamente.
Passo 3
Enquanto ainda restam traços de sólido em contato com a solução, ocorre dissolução contínua até a saturação. Nesse estágio:
– A concentração de NaCl em solução cresce, fazendo a atividade subir e, portanto,
– A concentração de NaCl em solução cresce, fazendo a atividade
aumentar.
– A presença de soluto reduz a atividade da água ( ), então
– A presença de soluto reduz a atividade da água (
diminui em relação ao valor inicial.
O processo prossegue até que atinja
, e então a dissolução para (equilíbrio sólido–solução).
O processo prossegue até que
Passo 4
Ao diminuir a temperatura, a solubilidade do NaCl em água cai. A solução que estava em equilíbrio torna-se supersaturada, isto é, a atividade de NaCl fica tal que
Nessa condição o sal precipita até que a concentração em solução baixe o suficiente para restabelecer
Durante essa precipitação, a diminuição da concentração faz
decrescer.
Resposta
a) No instante inicial, antes de qualquer dissolução, a água está pura com
e o sal está sólido puro com
.
e o sal está sólido puro com
b) Enquanto ainda há traços do sólido, a água em solução tem
(decrescente conforme ) e o sal em solução tem
(crescente até igualar ), quando atinge o equilíbrio.
(decrescente conforme
(crescente até igualar
c) Ao abaixar a temperatura, a solubilidade diminui e a solução fica supersaturada (
), desencadeando precipitação. A medida que precipita, a concentração e a atividade de NaCl caem, fazendo
decrescer até restabelecer
.
decrescer até restabelecer