- (Fuvest-SP) Sob mesma pressão, comparando-se as temperaturas de ebulição e de congelamento de uma solução aquosa de açúcar com as correspondentes para a água pura, têm-se:
a) Valores maiores para as temperaturas referentes à solução.
b) Valores menores para as temperaturas referentes à solução.
c) Maior temperatura de ebulição e menor temperatura de congelamento para a solução.
d) Menor temperatura de ebulição e maior temperatura de congelamento para a solução.
a) Valores maiores para as temperaturas referentes à solução.
b) Valores menores para as temperaturas referentes à solução.
c) Maior temperatura de ebulição e menor temperatura de congelamento para a solução.
d) Menor temperatura de ebulição e maior temperatura de congelamento para a solução.
Passo 1
O enunciado pede para comparar, sob a mesma pressão, as temperaturas de ebulição e de congelamento de uma solução aquosa de açúcar com as correspondentes temperaturas da água pura. Informações dadas (explícitas ou implícitas):
- Há uma solução aquosa de açúcar (soluto não iônico).
- A comparação é feita sob a mesma pressão para solução e para água pura.
- As perguntas são: como a temperatura de ebulição da solução se compara com a da água pura; e como a temperatura de congelamento da solução se compara com a da água pura.
Passo 2
Primeiro conceito importante: o que é ponto de ebulição. O ponto de ebulição de um líquido é a temperatura em que a pressão de vapor do líquido iguala a pressão externa. Em outras palavras, a água ferve quando
Se a pressão de vapor do líquido à mesma temperatura for reduzida, será preciso aumentar a temperatura para que essa igualdade ocorra — logo, o ponto de ebulição sobe. Vou explicar por que a pressão de vapor diminui ao adicionar soluto.
Passo 3
Lei de Raoult (ideia central para vapor): para uma solução ideal, a pressão de vapor parcial do solvente é dada por
onde:
-
é a pressão de vapor do solvente na solução, -
é a fração molar do solvente na solução (número de mols do solvente dividido pelo total de mols), -
é a pressão de vapor do solvente puro à mesma temperatura.
Quando se adiciona soluto não volátil (como açúcar) a uma quantidade de água, a fração molar do solventediminui (porque passa a haver moléculas de soluto no total), então, pela fórmula acima, a pressão de vapor do solvente na solução fica menor do que a pressão de vapor do solvente puro à mesma temperatura. Resumo: adicionar soluto não volátil → menor pressão de vapor do líquido à mesma T.
Passo 4
Conclusão para ebulição (ligando Raoult ao ponto de ebulição): como a pressão de vapor à mesma temperatura está reduzida, para atingir
é preciso aumentar a temperatura. Portanto, a solução ferve a uma temperatura maior do que a água pura — fenômeno chamado elevação ebuliométrica (boiling point elevation).
Passo 5
Agora o ponto de congelamento (fusão inversa). Conceito: o ponto de congelamento é a temperatura em que o líquido e o sólido estão em equilíbrio. A presença de soluto diminui o potencial químico (ou, de forma mais elemental, “dificulta” a organização do líquido em rede cristalina pura), então é necessário baixar a temperatura para que o sólido puro (gelo) e a solução voltem a ficar em equilíbrio. Assim, a adição de soluto provoca depressão do ponto de congelamento (freezing point depression): a solução congela a uma temperatura menor do que a do solvente puro.
Passo 6
Fórmulas coligativas (para lembrar e aplicar em provas): variações de ponto de ebulição e de congelamento dependem apenas do número de partículas de soluto por massa de solvente (propriedades coligativas). As expressões comuns são
onde:
-
é a elevação do ponto de ebulição, definida como (positivo quando sobe); -
é a mudança no ponto de congelamento, definida como (negativo quando desce); -
é o fator de van ’t Hoff (número efetivo de partículas formadas por fórmula do soluto ao dissolver; por exemplo, para sais i > 1 se dissociam, para solutos covalentes não iônicos i ); -
e são constantes ebuliométrica e crioscópica do solvente (positivas, dependem do solvente); -
é a molalidade da solução (mols de soluto por quilograma de solvente).
Para açúcar (sacarose), que é um soluto não iônico e não se dissocia em solução, tem-se. Assim:
Passo 7
Aplicando tudo ao caso do enunciado (solução aquosa de açúcar):
- A temperatura de ebulição da solução será maior que a da água pura (elevação da ebulição).
- A temperatura de congelamento da solução será menor que a da água pura (depressão do congelamento).
Passo 8
Resumo final e escolha da alternativa: entre as opções dadas, a que descreve corretamente os efeitos é a que afirma que a solução tem maior temperatura de ebulição e menor temperatura de congelamento em relação à água pura.
Resposta
c) Maior temperatura de ebulição e menor temperatura de congelamento para a solução.