1. (ITA-SP) A dissolução de um sólido iônico em uma certa quantidade de água faz com que, em relação à água pura e nas mesmas condições de temperatura e pressão, a solução apresente:
    I. Pressão osmótica menor.
    II. Pressão de vapor menor.
    III. Temperatura de início de fusão menor.
    IV. Temperatura de início de ebulição menor.
    V. Densidade maior.
Das afirmações acima estão certas:
a) Apenas I, II e IV.
b) Apenas II, III e IV.
c) Apenas II, III e V.
d) Apenas I, II, III e V.

Passo 1

Vou deixar muito claro o que o enunciado dá e o que pede.
  • Dado: um sólido iônico é dissolvido numa certa quantidade de água; comparar a solução com a água pura, nas mesmas condições de temperatura e pressão.
  • O enunciado apresenta cinco afirmações sobre a solução, e pede que se escolha quais estão certas:
I. Pressão osmótica menor.
II. Pressão de vapor menor.
III. Temperatura de início de fusão menor.
IV. Temperatura de início de ebulição menor.
V. Densidade maior.
O objetivo é dizer quais dessas afirmações são verdadeiras (comparando solução com água pura).

Passo 2

Entendendo o efeito sobre a pressão de vapor (afirmação II).
  • Ideia principal: um soluto não volátil (como um sal iônico dissolvido) reduz a fração molar do solvente (água) na fase líquida. Menos fração molar do solvente => menor pressão de vapor do solvente sobre a solução. Essa é a lei de Raoult para soluções ideais.
  • Fórmula (forma simples e útil):
p_{\text{solução}} = x_{\text{água}}\; p^{*}_{\text{água}}çãáá
onde:
  • \,p_{\text{solução}}\,çã é a pressão de vapor do solvente sobre a solução;
  • \,x_{\text{água}}\,á é a fração molar da água na fase líquida (entre 0 e 1);
  • \,p^{*}_{\text{água}}\,á é a pressão de vapor da água pura na mesma temperatura.
  • Explicação passo a passo: ao adicionar soluto, \,x_{\text{água}}<1á, logo \,p_{\text{solução}}<p^{*}_{\text{água}}çãá. Portanto a pressão de vapor da solução é menor que a da água pura.
  • Conclusão: a afirmação II (“Pressão de vapor menor”) é verdadeira.

Passo 3

Entendendo congelamento/fusão (afirmação III).
  • Ideia principal: a presença de soluto provoca depressão do ponto de congelamento (ou seja, a temperatura de congelação/fusão do solvente diminui). Em linguagem comum: a solução congela (ou começa a fundir) a uma temperatura mais baixa do que o solvente puro.
  • Fórmula (lei da depressão do ponto de congelação):
\Delta T_f = i\,K_f\,m
onde:
  • \,\Delta T_f\, é a queda do ponto de congelação (ou seja, quanto o ponto de congelação diminui em relação ao solvente puro);
  • \,i\, é o fator de van 't Hoff (número efetivo de partículas por fórmula do soluto, por exemplo \,i\approx2\, para \,\text{NaCl} idealmente dissociado em \,\text{Na}^+ e \,\text{Cl}^-);
  • \,K_f\, é a constante crioscópica do solvente (constante característica da água);
  • \,m\, é a molalidade da solução (mol de soluto por kg de solvente).
  • Interpretação: \,\Delta T_f>0\, para qualquer soluto não volátil, então o ponto de congelação da solução é \,T_{f,\text{água pura}}-\Delta T_fá — menor que o da água pura.
  • Conclusão: a afirmação III (“Temperatura de início de fusão menor”) — que diz que o ponto de fusão/igual início de fusão é menor — é verdadeira.

Passo 4

Entendendo ebulição (afirmação IV).
  • Ideia principal: como a pressão de vapor do solvente sobre a solução é menor (Passo 2), é preciso aquecer mais para levar a pressão de vapor até a pressão externa (pressão de ebulição). Assim, o ponto de ebulição da solução aumenta — chama-se elevação do ponto de ebulição.
  • Fórmula (lei da elevação do ponto de ebulição):
\Delta T_b = i\,K_b\,m
onde:
  • \,\Delta T_b\, é quanto o ponto de ebulição aumenta em relação ao solvente puro;
  • \,K_b\, é a constante ebulloscópica do solvente;
  • os outros símbolos já foram definidos no Passo 3.
  • Interpretação: \,\Delta T_b>0\, para soluto não volátil, então o ponto de ebulição da solução é maior do que o da água pura. Logo a afirmação IV (“Temperatura de início de ebulição menor”) está incorreta — deveria ser maior.
  • Conclusão: IV é falsa.

Passo 5

Entendendo pressão osmótica (afirmação I).
  • Ideia principal: a pressão osmótica de uma solução (quando a solução está separada da água pura por uma membrana semipermeável que só permite a passagem de solvente) é maior quanto maior for a concentração de partículas do soluto. A água pura tem pressão osmótica definida como zero em relação a si mesma; qualquer solução com soluto tem pressão osmótica positiva relativamente à água pura (tende a puxar solvente através da membrana).
  • Fórmula (fórmula de van 't Hoff para osmose, em diluições):
\Pi = i\,M\,R\,T
onde:
  • \,\Pi\, é a pressão osmótica da solução;
  • \,i\, é o fator de van 't Hoff;
  • \,M\, é a molaridade da solução (mol por litro de solução);
  • \,R\, é a constante dos gases ideais;
  • \,T\, é a temperatura absoluta (Kelvin).
  • Interpretação: para água pura (sem soluto) a pressão osmótica relativa é zero; para a solução com soluto, \,\Pi>0. Portanto a afirmação I (“Pressão osmótica menor”) é falsa — a pressão osmótica da solução é maior, não menor.

Passo 6

Entendendo a densidade (afirmação V).
  • Ideia principal prática: dissolver um sólido iônico (como sal) na água adiciona massa ao sistema. O volume da solução geralmente aumenta bem menos que a massa adicionada (isto é, a variação de volume não compensa completamente a massa extra), portanto a densidade \rho=\dfrac{\text{massa}}{\text{volume}} tende a aumentar.
  • Explicação passo a passo e exemplo mental:
    • Começa-se com 1 kg de água (volume aproximadamente 1\\ \text{L}, densidade 1{,}0\\ \text{kg/L}).
    • Se dissolvermos, por exemplo, 0{,}1 kg de sal, a massa total passa a 1{,}1 kg. O volume final será um pouco maior que 1\\ \text{L}, mas raramente aumenta até 1{,}1\\ \text{L}. Logo a densidade final \rho_{\text{solução}}çã geralmente será \rho_{\text{solução}}>1{,}0\\ \text{kg/L}çã.
    • Em termos gerais: massa aumenta de forma clara; volume aumenta menos proporcionalmente; assim densidade aumenta.
  • Observação importante (para não gerar confusão): em casos muito específicos de solutos e interações muito particulares o volume pode ter comportamentos menos intuitivos (contratilidade volumétrica, etc.), mas para sólidos iônicos comuns em água a tendência normal é aumento de densidade.
  • Conclusão: a afirmação V (“Densidade maior”) é verdadeira na situação usual descrita.

Passo 7

Resumo e decisão final sobre quais afirmações são corretas.
  • I: falsa (pressão osmótica da solução é maior, não menor).
  • II: verdadeira (pressão de vapor da solução é menor que a da água pura).
  • III: verdadeira (ponto de fusão/congelação é abaixado pela adição do soluto).
  • IV: falsa (ponto de ebulição aumenta; não diminui).
  • V: verdadeira (densidade da solução costuma ser maior).
Portanto as afirmações corretas são exatamente II, III e V.

Resposta

c) Apenas II, III e V.

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