O que são propriedades coligativas? Explique como a presença de um soluto interfere no potencial químico e nas propriedades do solvente.

Passo 1

Propriedades coligativas são aquelas que dependem apenas do número de partículas de soluto num dado volume de solvente, e não da identidade química do soluto. Para analisá-las precisamos da expressão do potencial químico do solvente puro e do solvente em solução ideal.

Passo 2

Em termodinâmica, o potencial químico do solvente puro à pressão e temperatura dadas é
\mu_1^0
e, quando misturado a um soluto num solução ideal, passa a ser
\mu_1 = \mu_1^0 + RT \ln a_1,
onde R é a constante dos gases, T a temperatura absoluta e a_1 a atividade do solvente. Para soluções ideais diluídas toma-se a_1 \approx x_1, fração molar do solvente, que é menor que 1 na presença de soluto. Logo
\mu_1 = \mu_1^0 + RT \ln x_1
e como \ln x_1<0, o potencial químico do solvente em solução é sempre menor que em estado puro.

Passo 3

Essa redução do potencial químico do líquido implica numa queda da pressão de vapor do solvente sobre a solução. Pelas condições de equilíbrio líquido-vapor, igualamos
\mu_1(\text{liq}) \;=\;\mu_1(\text{vap}) \quad\Longrightarrow\quad p_1 = x_1\,p_1^*,
sendo p_1 a pressão de vapor do solvente na solução e p_1^* a pressão de vapor do solvente puro. Como x_1<1, tem-se abaixamento de pressão de vapor.

Passo 4

O abaixamento da pressão de vapor desloca o ponto de congelamento para temperaturas mais baixas e eleva o ponto de ebulição. Aplicando de novo a condição \mu_{\text{fase1}}=\mu_{\text{fase2}} no equilíbrio sólido-líquido ou líquido-vapor e usando expansão aproximadamente linear de \mu em T, obtém-se relações do tipo
\Delta T_f = K_f\,m \quad\text{e}\quad \Delta T_b = K_b\,m,
onde \Delta T_f é a depressão crioscópica, \Delta T_b a elevação ebuliométrica, m a molalidade do soluto, e K_f,K_b constantes características do solvente.

Passo 5

Em osmose, a diferença de potencial químico do solvente nos dois lados de uma membrana semipermeável gera a pressão osmótica \pi. Igualando
\mu_1^0 + RT\ln x_{1,\text{dilu\'ido}} \;=\; \mu_1^0 + RT\ln x_{1,\text{puro}} - \,V_1\,\pi
e aproximando x_{1,\text{dilu\'ido}}\approx1 - n_2V_1/V, chega-se `a equa\c{c}~ao de Van \textquotesingle t Hoff
\pi = c\,R\,T,
com c a concentra\c{c}~ao molar do soluto.

Resposta

Propriedades coligativas são efeitos sobre o solvente que dependem só da quantidade de partículas de soluto. A presença do soluto reduz a fração molar x_1 do solvente, diminui o seu potencial químico segundo
\mu_1 = \mu_1^0 + RT\ln x_1,
e daí surgem quatro manifestações principais: abaixamento da pressão de vapor, depressão crioscópica, elevação ebuliométrica e pressão osmótica.

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