Osmose e Pressão Osmótica

Teoria Completa

Eae? Vambora continuar nas propriedades coligativas?

Osmose

Quando temos duas soluções de diferentes concentrações em contato através de uma membrana semipermeável (que só deixa um dos componentes passar), o solvente passa da solução mais diluída para a mais concentrada, com o objetivo de igualar as concentrações!

A ideia, então, é que a diferença de concentração faz com que o solvente passe da solução menos concentrada para a mais concentrada! Essa passagem de solvente se chama osmose 😊

Pressão osmótica

A pressão osmótica é a pressão necessária para impedir a osmose!

Ou seja, é a pressão necessária para deter o fluxo de solvente da solução menos concentrada para a mais concentrada. A gente pode medir a pressão osmótica de uma solução à partir da equação de van’t Hoff:

P r e s s ã o   o s m ó t i c a = π = i R T C s o l u t o

Onde R   é a constante universal dos gases, T a temperatura, C s o l u t o é a concentração molar de soluto em solução (não é a molalidade, é a molaridade!!) e i o fator de van’t Hoff.

OBS: Assim como no cálculo do abaixamento do ponto de congelamento, o fator de van’t Hoff é 1 para solutos moleculares e diferente de 1 para soluções com eletrólitos fortes, por conta da interação entre os íons. Relaxa que o exercício vai te dar esse valor e, se ele não der, pode considerar que é 1!

Assim, podemos ver que o aumento da concentração de soluto na solução aumenta sua pressão osmótica – propriedade chamada osmometria.

Osmose e pressão osmótica na vida: o caso das células

A propriedade coligativa mais importante é sem dúvida a pressão osmótica, porque o funcionamento do nosso corpo depende dela!

As hemácias (células vermelhas do sangue, responsáveis por carregar oxigênio para os tecidos) precisam estar num meio isotônico para funcionar corretamente! Isso é: em um meio onde a concentração de soluto dentro da célula é igual à concentração fora dela.

Se o meio for muiiito concentrado (hipertônico), a água sai de dentro da célula (para tentar igualar as concentrações), e a célula murcha. É como se a célula pensasse: tenho muito solvente em mim, e tá faltando solvente lá fora. Daí ela manda tudo pro meio e fica murcha!

Já se o meio for muito diluído (hipotônico), a água entra na célula e pode a inchar até que a parede celular se rompa! A água entra pela mesma razão, mas dessa vez é o meio que acha que tem muita água nele e que ele precisa mandar essa água pra célula.

Recapitulativo de todas as propriedades coligativas

O aumento do número de partículas não voláteis em uma solução...

  • diminui a pressão de vapor da solução (tonoscopia)
  • aumenta o ponto de ebulição da solução (ebulioscopia)
  • diminui o ponto de congelamento da solução (crioscopia)
  • aumenta a pressão osmótica da solução (osmometria)

Vamos praticar? 😊

Expandir

Exercício Resolvido #1

BROWN, Theodore; LEMAY, H. Eugene; BURSTEN, Bruce E. Química: a ciência central. 9 ed.Prentice-Hall, 2005, Exercício 13.62.

Uma solução aquosa diluída de um composto orgânico solúvel em água é preparada pela dissolução de 2,35g do composto em água para formar 0,250L de solução. A solução resultante tem pressão osmótica de 0,605atm à 25 o C . Supondo que o composto orgânico é um não-eletrólito, qual sua massa molar?

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Passo 1

Vamos lembrar a equação de van’t Hoff:

π = i R T C s o l u t o

Onde i   é o fator de van’t Hoff, T a temperatura e R a constante universal dos gases.

Como o soluto não é um eletrólito, consideramos i = 1 !

Substituindo os valores...

0,605 a t m = 1   x   0.082 a t m . L m o l . K   x   298   K   x   C s o l u t o

C s o l u t o = 0,0248 m o l L

Passo 2

Sabemos que a solução foi feita com uma concentração mássica de 2,35g/250 ml.

Em 1L de solução, portanto, vamos ter 2,35   x   4 = 9,4 g .

Sabemos também que a concentração molar é 0,0248 mol/L, ou seja:

0,0248   m o l - 9,4   g

1   m o l - M M

M M = 379 g

Resposta

A massa molar do composto é 379g.

Exercício Resolvido #2

Lista de exercícios UnB.

Os compartimentos A, B e C são iguais e separados por uma membrana semipermeável ao solvente. Em um dos compartimentos colocou-se água destilada e nos outros, igual volume de soluções de cloreto de sódio (sistema I). Após algum tempo os volumes iniciais se modificaram como ilustrado no sistema II. Use estas informações e outras que forem necessárias para julgar os itens.

(1) A alteração de volumes se deve à osmose.

(2) A concentração inicial das soluções é a mesma.

(3) A água destilada foi colocada no compartimento B.

(4) A pressão osmótica em A é maior que em C.

(5) As soluções tem a mesma pressão de vapor, a uma dada temperatura.

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Passo 1

(1) Verdadeira! A diferença de concentração entre a água destilada e as soluções de cloreto de sódio fez com que a água passasse para as soluções, na tentativa de igualar as concentrações. O nome desse processo é osmose.

Passo 2

(2) Falsa. Se a concentração inicial das soluções fosse a mesma, não haveria passagem de água para os compartimentos A e C.

Passo 3

(3) Verdadeiro! O solvente passa por osmose sempre do menos concentrado para o mais concentrado. Como a água destilada é, obviamente, a solução menos concentrada em NaCl das 3, a água sai do compartimento B para os outros, com soluções mais concentradas.

Passo 4

(4) Falso! Como no sistema II o volume de água em C é maior do que em A, podemos perceber que a concentração de soluto em C é maior do que em A (já que mais água passou pela membrana para tentar igualar a concentração em C). Se a gente lembrar da equação de van’t Hoff, π = i R T C s o l u t o , podemos ver que ↑ C s o l u t o ,   ↑ π . Assim, π C > π A .

Passo 5

(5) Falso também! Já vimos que a adição de partículas não voláteis à uma solução diminui a pressão de vapor do solvente. Assim, o compartimento com maior concentração de NaCl vai ter a menor pressão de vapor (o C), e o compartimento B, que só tem água destilada, vai ter a maior pressão de vapor!

Resposta

Exercício Resolvido #3

Adaptado de BROWN, Theodore; LEMAY, H. Eugene; BURSTEN, Bruce E. Química: a ciência central. 9 ed.Prentice-Hall, 2005, Exercício 13.58

A água do mar contém 3,4g de sais para cada litro de solução. Supondo que o soluto consiste unicamente de NaCl (é mais do que 90%), calcule a pressão osmótica da água do mar a 20 o C . (considere i = 2 ).

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Passo 1

A concentração mássica de NaCl é 3,4g/l. Para a equação de van’t Hoff precisamos da concentração molar!

π = i R T C s o l u t o

Onde i é o fator de van’t Hoff e R a constante universal dos gases.

3,4   g   d e   N a C l / l   x   1   m o l 58,5 g = 0,058   m o l / l

π = 2   x   0,082 a t m . l m o l . K   x   293   K   x   0,058 m o l l = 2,787   a t m

Resposta

2,787 atm

Exercício Resolvido #4

Peter Atkins & Loretta Jones. Princípios da Química, 5ª ed. Porto Alegre: Bookman, 2012, pp377-Exercício 9.68.

Quando 0,10 g de insulina se dissolve em 0,2L de água, a pressão osmótica é 2,3 Torr em 20 o C . Qual a massa molar da insulina?

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Passo 1

Usando a equação de van’t Hoff:

π = i R T C s o l u t o

Como a insulina é um composto molecular, i = 1 . Para acharmos a concentração em mol/l, vamos passar a pressão para atm:

2,3   T o r r   x 0,0013   a t m 1   T o r r = 2,99   x   10 - 3 a t m  

π = 1   x   0,082 a t m . l m o l . K   x   293   K   x   C s o l u t o = 2,99   x   10 - 3 a t m

C s o l u t o = 1,2445   x   10 - 4   m o l / l

Passo 2

A concentração em massa da insulina é 0,10g em 0,2L, ou seja, 0,5g/L.

Sabemos que a concentração em mol é 1,2445   x   10 - 4   m o l / l ...

Logo:

0,5 g - 1,2445   x   10 - 4   m o l

x   g - 1   m o l                                                

x = 4017 g

Resposta

4017g/mol.

Exercício Resolvido #5

Peter Atkins & Loretta Jones. Princípios da Química, 5ª ed. Porto Alegre: Bookman, 2012, pp377-Exercício 9.72.

Calcule a pressão osmótica, em 20 o C , de cada uma das seguintes soluções. Suponha dissociação completa dos solutos iônicos.

a) 3   x   10 - 3 M de C 6 H 12 O 6 (aq);

b) 2   x   10 - 3 M de C a C l 2 (aq);

c) 0,010 M de K 2 S O 4 (aq).

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Passo 1

a) A glicose é um composto molecular, então podemos só aplicar a equação de van’t Hoff:

π = i R T C s o l u t o

π = 1   x   0,082   a t m . l m o l .   K   x   293   K   x   0,003   m o l / l

π = 0,072   a t m

Passo 2

b) Quando a gente supõe a dissociação completa dos solutos iônicos, isso quer dizer que cada mol de sal que a gente usa forma um mol de cada tipo de íon que ele libera! Por exemplo, 1 mol de C a C l 2 vai liberar 1 mol de C a + 2 e 2 mol de C l - . O fator de van’t Hoff vai ser, portanto, 3, já que vou ter que multiplicar a concentração de sal por 3 para calcular a pressão osmótica.

π = i R T C s o l u t o

π = 3   x   0,082   a t m . l m o l .   K   x   293   K   x   0,002 m o l l

π = 0,144   a t m

Passo 3

c) O K 2 S O 4 se dissocia em:

K 2 S O 4 → 2 K + + S O 4 - 2

Ou seja, para cada mol de sal temos 3 mols de íons! O fator de van’t Hoff também vai ser 3!

π = i R T C s o l u t o

π = 3   x   0,082   a t m . l m o l .   K   x   293   K   x   0,0 1 m o l l

π = 0,72   a t m

Resposta

a) 0,072 atm

b) 0,144 atm

c) 0,72 atm

Exercício Resolvido #6

Adaptado de Peter Atkins & Loretta Jones. Princípios da Química, 5ª ed. Porto Alegre: Bookman, 2012, pp 376-Exercício 9.100.

Uma solução 0,020 M de C 6 H 12 O 6 ( a q ) (glicose) é separada de uma solução 0,050 M de C O N H 2 2 ( a q ) (ureia) por uma membrana semipermeável, em 25 o C .

a) Que solução tem a pressão osmótica mais alta?

b) Que solução se torna mais diluída com a passagem de moléculas de H 2 O pela membrana?

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Passo 1

a) Como ambas as soluções são moleculares e estão na mesma temperatura, o diferencial entre elas é a concentração de soluto! Pela equação de van’t Hoff, π = i R T C s o l u t o , podemos ver que quanto maior a C s o l u t o ,   maior a pressão osmótica. Então a solução de ureia tem uma pressão osmótica mais alta do que a de glicose.

Passo 2

b) A água sai da solução menos concentrada (a de glicose) para a mais concentrada, de ureia. Assim, a solução de ureia, por ser a mais concentrada, vai receber o solvente e se tornar mais diluida.

Resposta

Exercício Resolvido #7

BROWN, Theodore; LEMAY, H. Eugene; BURSTEN, Bruce E. Química: a ciência central. 9 ed.Prentice-Hall, 2005, Exercício 13.63.

Encontra-se que a pressão osmótica de uma solução aquosa, 0,010 mol/L de C a C l 2 é 0,674 atm a 25 o C .

a) Calcule o fator de van’t Hoff i   para a solução.

b) Como você espera que o valor de i varie à medida que a solução torne-se mais concentrada? Justifique sua resposta.

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Passo 1

a) Pela equação de van’t Hoff:

π = i R T C s o l u t o

π = 0,674   a t m = i   x   0,082 a t m . l m o l . K   x   298   K   x   0,01 m o l l

i = 2,758

Passo 2

b) Quando a solução vai ficando mais concentrada, a tendência é que i se aproxime à 3.

Isso porque o sal se dissocia em:

C a C l 2 → C a + 2 + 2 C l -