A mistura água e etanol forma uma solução ideal? Por que o volume na formação de uma solução usando estes dois componentes não é aditivo?

Passo 1

O enunciado pergunta se a mistura de água e etanol se comporta como uma solução ideal e por que, ao formarmos essa solução, o volume resultante não é simplesmente a soma dos volumes iniciais. Para responder vamos usar conceitos de termodinâmica de soluções: definição de solução ideal, entalpia e volume de mistura, e volume molar parcial.

Passo 2

Uma solução é dita ideal quando, ao misturar os componentes, a entalpia de mistura é zero ( \Delta H_{\text{mix}}=0) e o volume de mistura também é zero ( \Delta V_{\text{mix}}=0). Isso ocorre se as interações entre moléculas A–A, B–B e A–B forem idênticas. Em tal caso, as propriedades parciais de cada componente na mistura (entalpia e volume parciais) coincidem com as dos líquidos puros.

Passo 3

No sistema água–etanol as interações etanol–água são dominadas por ligações de hidrogênio mais fortes e numa geometria diferente das interações H-ligações água–água ou etanol–etanol. Como consequência, há liberação de calor na mistura ( \Delta H_{\text{mix}}<0), o que já indica desvio negativo de idealidade em termos de entalpia.

Passo 4

Para o volume, definimos o volume molar parcial de cada componente i como \bar V_i = \bigl(\partial V/\partial n_i\bigr)_{T,p,n_{j\neq i}}. O volume total da solução vale
V = n_1\,\bar V_1 + n_2\,\bar V_2.
Em solução ideal teríamos \bar V_i = V_i^0, o volume molar puro de i, e portanto
V = n_1\,V_1^0 + n_2\,V_2^0.
Porém, em água–etanol observa-se \bar V_i \neq V_i^0, resultando em \Delta V_{\text{mix}} = V - (n_1V_1^0 + n_2V_2^0) \neq 0. No caso, ocorre contração volumétrica ( \Delta V_{\text{mix}}<0) porque as moléculas de água e etanol se “encaixam” melhor, ocupando menos espaço.

Passo 5

Como há variação de entalpia ( \Delta H_{\text{mix}}\neq0) e de volume ( \Delta V_{\text{mix}}\neq0), a mistura água–etanol não é ideal. O volume não é aditivo justamente porque o volume molar parcial de cada componente difere do volume molar puro, devido às interações específicas (ligações de hidrogênio) que provocam contração ao misturar.

Resposta

Não, água e etanol não formam solução ideal. O volume não é aditivo porque, em solução real, o volume molar parcial de cada componente difere do volume molar puro, resultando numa contração volumétrica ( \Delta V_{\text{mix}}<0) em função das interações específicas (ligações de hidrogênio) entre as moléculas.

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