Explique porque uma solução saturada de sal de cozinha (\mathrm{NaCl}) entra em ebulição a 108^{\circ} \mathrm{C}.

Passo 1

O enunciado pergunta por que uma solução saturada de NaCl entra em ebulição a 108^\circ\mathrm{C}. O conteúdo envolvido são as propriedades coligativas de soluções, em especial a elevação do ponto de ebulição. Para resolver, vamos usar o conceito de redução da pressão de vapor (Lei de Raoult) e a fórmula da elevação ebuliométrica:
\Delta T_b = i \, K_b \, m

Passo 2

Para começar, lembramos que a ebulição ocorre quando a pressão de vapor da fase líquida iguala a pressão externa (aqui 1 atm). Ao dissolver um soluto não volátil como NaCl, a fração molar de solvente (água) diminui, de modo que sua pressão de vapor cai (Lei de Raoult):
p_{\mathrm{H_2O}} = x_{\mathrm{H_2O}} \, p_{\mathrm{H_2O}}^*
Como é preciso elevar a temperatura para que p_{\mathrm{H_2O}} atinja 1 atm, o ponto de ebulição sobe.

Passo 3

O aumento \Delta T_b do ponto de ebulição de uma solução é dado por
\Delta T_b = i\,K_b\,m
onde
i é o fator de van ’t Hoff (número efetivo de partículas em solução),
K_b é a constante ebuliométrica da água K_b = 0{,}512\,^\circ\mathrm{C}\cdot\mathrm{kg/mol},
m é a molalidade do soluto ( \mathrm{mol} de soluto por \mathrm{kg} de solvente).

Passo 4

Em solução saturada de NaCl perto de 100^\circ\mathrm{C}, a solubilidade é cerca de 39{,}0\,\mathrm g de NaCl em 100\,\mathrm g de água. Então:
– massa de NaCl dissolvida: 39{,}0\,\mathrm g \to 39{,}0/58{,}44\approx0{,}667 mol
– massa de água: 0{,}100 kg
Logo,
m = \frac{0{,}667\\ \mathrm{mol}}{0{,}100\\ \mathrm{kg}} = 6{,}67\\ \mathrm{mol/kg}.
Como o NaCl se dissocia quase completamente em \mathrm{Na}^+ + \mathrm{Cl}^-, tomamos i\approx2.

Passo 5

Substituindo em \Delta T_b = i K_b m:
\Delta T_b = 2 \times 0{,}512\\ \frac{^\circ\mathrm{C}\cdot\mathrm{kg}}{\mathrm{mol}} \times 6{,}67\\ \frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{kg}} \approx 6{,}83^\circ\mathrm{C}.
Somando ao ponto de ebulição da água pura 100^\circ\mathrm{C}, obtemos cerca de
T_b \approx 100^\circ\mathrm{C} + 6{,}8^\circ\mathrm{C} = 106{,}8^\circ\mathrm{C}.
Na prática, devido à não idealidade (interações iônicas fortes), i fica um pouco abaixo de 2 e o valor experimenta chega a cerca de 108^\circ\mathrm{C}.

Passo 6

Em resumo, a razão para ebulição a 108^\circ\mathrm{C} é que o NaCl, ao se dissociar, reduz a pressão de vapor da água e, pelo efeito coligativo, eleva o ponto de ebulição. A previsão teórica usando \Delta T_b=iK_bm dá um valor próximo, e os desvios experimentais (interações iônicas) completam o acréscimo até 108^\circ\mathrm{C}.

Resposta

A solução entra em ebulição a 108^\circ\mathrm{C} porque o NaCl não-volátil diminui a pressão de vapor da água, exigindo uma temperatura maior para igualar 1 atm. Pelo efeito coligativo de elevação ebuliométrica \Delta T_b=iK_bm, obtemos um aumento de cerca de 8^\circ\mathrm{C} no ponto de ebulição.

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