Discuta como a termodinâmica de misturas é utilizada para prever e controlar comportamentos em soluções, como solubilidade, pressão de vapor e ponto de ebulição.
Passo 1
O exercício pede para a gente discutir como a termodinâmica de misturas ajuda a prever e controlar três coisas em soluções: solubilidade, pressão de vapor e ponto de ebulição. Isso cai na parte de Termodinâmica Química ou Físico-Química, e a gente vai precisar entender conceitos como potencial químico, atividade, Lei de Raoult e propriedades coligativas.
Passo 2
Primeiro, vamos falar do potencial químico (μ). Ele é tipo a “energia por partícula” que impulsiona processos. Em uma mistura ideal, a gente escreve:
onde μᵢ° é o potencial químico puro, R é a constante dos gases, T a temperatura e xᵢ a fração molar do componente i. Isso mostra que, ao mudar a composição, muda μᵢ, afetando solubilidade e equilíbrio.
Passo 3
Agora, pressão de vapor. Em solução ideal, aplica-se a Lei de Raoult:
Pᵢ é a pressão parcial do componente i na fase vapor, xᵢ sua fração molar no líquido e Pᵢ* a pressão de vapor do líquido puro. Se adiciono soluto não volátil, x_solvente cai e P_solvente cai também – ou seja, a pressão de vapor total diminui.
Passo 4
Com essa queda de pressão de vapor, vem o efeito no ponto de ebulição. Para soluções diluídas de soluto não volátil, temos a elevação ebuliométrica:
Kᵦ é a constante ebuliométrica do solvente e m é a molalidade do soluto. A ideia é: abaixando a pressão de vapor, a temperatura necessária para igualar a pressão externa aumenta.
Passo 5
Sobre solubilidade, a gente compara potenciais químicos do soluto na fase sólida (μ_sólido) e dissolvido (μ_dissolvido). No equilíbrio:
Usando
, a atividade a (próxima da fração molar) nos diz quanto do sólido vai se dissolver até equilibrar.
Passo 6
Resumindo a aplicação prática:
- Ajusto a composição (frações molares) e calculo μ para prever se algo vai dissolver ou sair do equilíbrio.
- Uso Lei de Raoult para saber como a pressão de vapor muda quando misturo componentes.
- Com as propriedades coligativas (ΔT_b, ΔT_f, pressão de vapor), projeto processos de concentração, destilação ou prever congelamento.
Resposta
A termodinâmica de misturas usa o potencial químico e a atividade para quantificar equilíbrio de fases e solubilidade, aplica a Lei de Raoult para prever como solutos alteram a pressão de vapor e emprega fórmulas de propriedades coligativas (como
) para controlar o ponto de ebulição das soluções.