Defina propriedades coligativas. O que elas têm em comum?
Passo 1
O enunciado pede duas coisas: (1) definir o que são propriedades coligativas e (2) explicar o que elas têm em comum. Não foi dado nenhum dado numérico ou figura — só a pergunta conceitual.
Passo 2
Definição direta e prática: uma propriedade coligativa é uma propriedade física de uma solução que depende apenas da quantidade (número de partículas) de soluto presente na solução, e não da identidade química dessas partículas. Vou traduzir isso devagar: quando dizemos “quantidade de partículas” queremos dizer o número de entidades (moléculas ou íons) efetivamente presentes e livres na solução.
Passo 3
Quais são as propriedades coligativas mais importantes? Listei as quatro clássicas e explico cada uma:
-
Queda da pressão de vapor (lowering of vapor pressure).
- Considere um solvente puro
com pressão de vapor . Ao misturar um soluto não volátil , a fração molar do solvente fica ) menor. Pela lei de Raoult (válida para soluções ideais), a pressão parcial do solvente sobre a solução é
- A redução da pressão de vapor é
onde ) é a fração molar do soluto. Intuição: menos moléculas de solvente na superfície = menos vapor formando-se. - Considere um solvente puro
-
Elevação do ponto de ebulição (boiling point elevation).
- Como a pressão de vapor da solução é menor, é preciso uma temperatura maior para que a pressão de vapor alcance a pressão externa (p.ex.
atm) e comece a ebulição. O aumento na temperatura de ebulição é dado empiricamente por
onde ) é a elevação do ponto de ebulição, ) é a constante ebuliométrica do solvente (depende do solvente), e ) é a molalidade do soluto (moles de soluto por quilograma de solvente). Explico o que é molalidade abaixo. - Como a pressão de vapor da solução é menor, é preciso uma temperatura maior para que a pressão de vapor alcance a pressão externa (p.ex.
-
Depressão do ponto de congelamento (freezing point depression).
- De forma análoga, a presença do soluto reduz a tendência do solvente se organizar em sólido (cristal), fazendo com que a solução congele a uma temperatura menor que o solvente puro. A expressão empírica é
onde ) é quanto o ponto de congelamento cai e ) é a constante crioscópica do solvente. -
Pressão osmótica (osmotic pressure).
- Quando uma solução está separada de solvente puro por uma membrana semipermeável, o solvente tende a atravessar para o lado da solução; a pressão necessária para impedir esse fluxo é a pressão osmótica
. Para soluções diluídas existe a relação de van ’t Hoff (análoga à equação dos gases ideais):
onde ) é a pressão osmótica, ) a molaridade (moles de soluto por litro de solução), ) a constante dos gases, ) a temperatura em kelvin, e ) é o fator de van ’t Hoff (explico em seguida). - Quando uma solução está separada de solvente puro por uma membrana semipermeável, o solvente tende a atravessar para o lado da solução; a pressão necessária para impedir esse fluxo é a pressão osmótica
Passo 4
Explicando as quantidades usadas nas fórmulas (pra você saber o que calcular na prova):
- Molalidade
): é definida por
onde ) é o número de moles do soluto. - Molaridade
): é
- Constantes
e : são propriedades do solvente (valores tabulados); você não precisa derivar na prova, só aplicar. - Constante dos gases
): valor conhecido (aprox.
) quando usar unidades compatíveis.
Passo 5
Fator de van ’t Hoff
) e efeitos de eletrólitos:
- Para solutos que não se dissociam (p.ex. glicose), ).
- Para eletrólitos fortes que se dissociam (p.ex. NaCl), cada fórmula se torna proporcional ao número de partículas geradas: NaCl → Na+ + Cl- (idealmente
). Assim, as fórmulas ficam - Atenção: na prática
) pode ser menor que o valor inteiro esperado por causa de associações iônicas e concentrações finitas (não-idealidade). Em provas básicas costuma-se usar
inteiro para cálculos ideais.
Passo 6
Intuição unificadora (por que todas essas propriedades são “coligativas”):
- Em todas elas a razão física fundamental é que o soluto altera a participação do solvente (número de moléculas de solvente livres) nas propriedades que dependem do equilíbrio entre fases (liquido-vapor, líquido-sólido) ou do fluxo de solvente. Assim, o que importa é quantas partículas estão presentes e capazes de interferir nesses equilíbrios, não a identidade química do soluto.
- Resumindo em uma frase curta: propriedades coligativas dependem do número (contagem) de partículas de soluto por unidade de solvente, não da natureza química dessas partículas.
Passo 7
Limitações e quando desconfiar na prova:
- Fórmulas acima valem para soluções diluídas e próximas do comportamento ideal. Em concentrações altas, interações soluto-solvente e soluto-soluto alteram os resultados.
- Para solutos voláteis ou soluções não ideais, a lei de Raoult precisa ser aplicada com cuidado (cada componente tem sua pressão parcial) e pode ser necessário usar atividade em vez de fração molar.
Passo 8
Um exemplo rápido (mental) para fixar: adicionar sal na água reduz a pressão de vapor e o ponto de congelamento (por isso o gelo com sal derrete a temperaturas mais baixas) e eleva o ponto de ebulição (por isso água salgada ferve ligeiramente mais quente). A razão é sempre a mesma: mais partículas dissolvidas → efeito coligativo maior.
Resposta
Propriedades coligativas são propriedades físicas de soluções que dependem apenas do número de partículas de soluto presentes na solução (e não da identidade química dessas partículas).
O que elas têm em comum é que todas dependem unicamente da quantidade (contagem) de partículas de soluto por unidade de solvente (ou por volume), sendo afetadas pela dissociação em íons via o fator de van ’t Hoff , e são válidas sobretudo para soluções diluídas e ideais.
O que elas têm em comum é que todas dependem unicamente da quantidade (contagem) de partículas de soluto por unidade de solvente (ou por volume), sendo afetadas pela dissociação em íons via o fator de van ’t Hoff