(UNICAMP) O etilenoglicol é uma substância muito solúvel em água, largamente utilizado como aditivo em radiadores de motores de automóveis, tanto em países frios como em países quentes. Considerando a função principal de um radiador, pode-se inferir corretamente que
a) a solidificação de uma solução aquosa de etilenoglicol deve começar a uma temperatura mais elevada que a da água pura e sua ebulição, a uma temperatura mais baixa que a da água pura.
b) a solidificação de uma solução aquosa de etilenoglicol deve começar a uma temperatura mais baixa que a da água pura e sua ebulição, a uma temperatura mais elevada que a da água pura.
c) tanto a solidificação de uma solução aquosa de etilenoglicol quanto a sua ebulição devem começar em temperaturas mais baixas que as da água pura.
a) a solidificação de uma solução aquosa de etilenoglicol deve começar a uma temperatura mais elevada que a da água pura e sua ebulição, a uma temperatura mais baixa que a da água pura.
b) a solidificação de uma solução aquosa de etilenoglicol deve começar a uma temperatura mais baixa que a da água pura e sua ebulição, a uma temperatura mais elevada que a da água pura.
c) tanto a solidificação de uma solução aquosa de etilenoglicol quanto a sua ebulição devem começar em temperaturas mais baixas que as da água pura.
Passo 1
O enunciado dá as seguintes informações e pede para escolher qual afirmação está correta:
- O etilenoglicol é muito solúvel em água e é usado como aditivo em radiadores de automóveis.
- A pergunta é: comparando uma solução aquosa de etilenoglicol com água pura, como mudam as temperaturas de início da solidificação (congelamento) e da ebulição?
As três alternativas possíveis são:
- (a) solidificação começa a uma temperatura mais elevada que a da água pura; ebulição a uma temperatura mais baixa que a da água pura.
- (b) solidificação começa a uma temperatura mais baixa que a da água pura; ebulição a uma temperatura mais elevada que a da água pura.
- (c) tanto solidificação quanto ebulição começam em temperaturas mais baixas que as da água pura.
Passo 2
Entendendo qualitativamente o que acontece quando se adiciona um soluto não volátil (como o etilenoglicol) à água. Vou explicar de modo suave, como se estivéssemos conversando antes da prova.
Quando se dissolve uma substância não volátil em um solvente puro, duas coisas importantes mudam por causa da presença das partículas de soluto:
- Fica mais difícil para as moléculas do solvente organizarem-se em uma estrutura sólida (formar gelo). Em termos simples: as partículas do soluto “atrapalham” a formação do cristal do gelo. Por isso, é preciso esfriar mais (ir a uma temperatura menor) para que o solvente congele. Esse efeito é chamado de depressão do ponto de congelamento (ou depressão do ponto de fusão do solvente).
- A pressão de vapor do solvente acima da solução diminui (porque há menos moléculas de solvente livres na superfície por unidade de volume), então é necessário aumentar a temperatura até que a pressão de vapor atinja a pressão externa (por exemplo, a pressão atmosférica) para que a ebulição ocorra. Ou seja: a temperatura de ebulição aumenta. Esse efeito é chamado de elevação do ponto de ebulição.
Essas duas mudanças (congelamento mais baixo e ebulição mais alto) pertencem ao grupo das chamadas propriedades coligativas — propriedades que dependem do número de partículas de soluto na solução e não da natureza química delas (desde que não ionizem, ou que se leve em conta a ionização).
Passo 3
Apresentando as fórmulas básicas (úteis na prova) e explicando cada símbolo, sem pular etapas.
- Depressão do ponto de congelamento:
onde
-
é a magnitude da queda no ponto de congelamento (sempre positiva na fórmula), -
é o fator de van ’t Hoff (número de partículas efetivas produzidas por unidade de soluto; para solutos não iônicos como o etilenoglicol normalmente ), -
é a constante crioscópica do solvente (um valor tabulado para a água), -
é a molalidade da solução (mol de soluto por quilograma de solvente).
A temperatura de congelamento da solução é então
ou seja, menor que a de água pura.
- Elevação do ponto de ebulição:
onde
-
é o aumento do ponto de ebulição (positivo na fórmula), -
é a constante ebulloscópica do solvente (também tabulada para a água),
e
ou seja, maior que a de água pura.
Observações sobre as variáveis:
- A molalidade
mede quão “concentrada” é a solução; se houver mais soluto, os efeitos são maiores. - Para o etilenoglicol, que não se dissocia em íons na água,
. Portanto, qualquer quantidade dissolvida suficiente vai realmente baixar o ponto de congelamento e aumentar o ponto de ebulição.
Passo 4
Aplicando isso ao caso prático e relacionando ao uso em radiadores:
- Como o etilenoglicol é soluto não volátil e solúvel, sua presença na água reduz o ponto de congelamento da solução. Isso evita que o líquido do radiador congele em climas frios (uma função prática desejada).
- Também reduz a pressão de vapor da solução, o que exige uma temperatura mais alta para a ebulição. Logo, a solução tem ponto de ebulição mais alto que a água pura, o que reduz risco de fervura e formação de bolhas (vapor) em condições de alta temperatura ou sob aquecimento intenso.
Essas duas conclusões são diretas a partir das fórmulas e da explicação física: solidificação (congelamento) começa a temperaturas mais baixas; ebulição começa a temperaturas mais altas que as correspondentes da água pura.
Passo 5
Resumo final do raciocínio para gravar na prova:
- Adição de etilenoglicol (soluto não volátil) → depressão do ponto de congelamento (
menor). - Adição de etilenoglicol → elevação do ponto de ebulição (
maior).
Isso é exatamente o que se espera em um anticongelante/adição para radiadores.
Resposta
b)