As propriedades coligativas são uma poderosa ferramenta para entender o comportamento das soluções. Elas nos mostram como o simples fato de adicionar partículas a um solvente pode modificar de maneira significativa suas propriedades físicas.
Essas propriedades não se importam com o tipo de soluto, apenas com quantas partículas estão presentes. Ou seja, o que importa é o número, não a natureza das partículas.
Nesse texto, você vai compreender o que são as propriedades coligativas das soluções, mostra como afetam a pressão de vapor, ponto de ebulição, congelamento e osmose e aplicações práticas. Acompanhe abaixo.
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Conceito de propriedades coligativas
As propriedades coligativas são propriedades físicas das soluções que dependem exclusivamente da quantidade de partículas de soluto dissolvidas em uma certa quantidade de solvente. Ou seja, não depende somente do tipo da substância.
Para entender isso melhor, podemos exemplificar com 1 mol de sacarose e 1 mol de NaCl, que embora tenham a mesma quantidade, não produzem o mesmo efeito no solvente. Isso ocorre porque o NaCl gera mais partículas na solução por dissociação.
A explicação para essas alterações está no fato de que as partículas do soluto interferem nas interações intermoleculares do solvente. Quanto maior o número de partículas, maior a perturbação dessas interações.
Nesse caso, o soluto interfere no arranjo natural do solvente puro. Quanto mais partículas, mais alteração da sua pressão de vapor, ponto de ebulição, ponto de congelamento e a pressão osmótica.
+ Veja também: O que cai de Soluções Químicas no Enem?
As quatro principais propriedades coligativas
As quatro principais propriedades coligativas, que mostram como a presença de partículas afeta as características físicas do solvente, são:
- Tonoscopia: abaixamento da pressão de vapor do solvente;
- Ebulioscopia: elevação do ponto de ebulição;
- Crioscopia: abaixamento do ponto de congelamento (ou fusão); e
- Osmometria: pressão osmótica gerada pela solução.
Esses fenômenos ajudam a entender desde a fervura da água até processos biológicos essenciais. Vamos entender cada uma com mais profundidade.
Tonoscopia
A tonoscopia é a diminuição da pressão de vapor provocada pela adição de um soluto não volátil. A pressão de vapor é a tendência de um líquido passar para o estado gasoso.
Ao se adicionar um soluto não volátil, como sal ou açúcar, as forças de coesão dentro do líquido serão maiores. Nesse caso a pressão de vapor é reduzida e, consequentemente, maior a dificuldade de o líquido sofrer vaporização.
Esse fenômeno é explicado qualitativamente pela Lei de Raoult, que mostra que a pressão de vapor da solução é menor do que a do solvente puro. Logo, quanto mais partículas, maior o abaixamento da pressão de vapor.
Ebulioscopia
Ebulioscopia é a propriedade coligativa correspondente ao aumento da temperatura de ebulição, provocada pela dissolução de um soluto não volátil. O ponto de ebulição ocorre quando a pressão de vapor do líquido iguala a pressão atmosférica.
Como o soluto abaixa a pressão de vapor, é necessário aquecer mais para que o líquido ferva, ou seja, o ponto de ebulição aumenta. A equação que representa esse fenômeno é:
- ΔTe: aumento do ponto de ebulição;
- Ke: constante ebulioscópica (específica de cada solvente);
- i: fator de Van’t Hoff (número efetivo de partículas); e
- m: molalidade da solução.
Crioscopia
É a propriedade coligativa correspondente à diminuição da temperatura de congelamento, provocada pela dissolução de um soluto não volátil. Com o soluto presente, é mais difícil formar a estrutura ordenada do sólido. A equação é:
- ΔTc: abaixamento do ponto de congelamento;
- Kc: constante crioscópica; e
- Os demais termos seguem os mesmos conceitos da ebulioscopia.
Osmometria
A osmose é a passagem do solvente por uma membrana semipermeável de um meio menos concentrado (hipotônico) para um meio mais concentrado (hipertônico). A pressão osmótica (Π) é a força necessária para impedir esse fluxo. A equação que a rege é:
- M: molaridade da solução;
- R: constante dos gases ideais (0,082 atm·L·mol⁻¹·K⁻¹);
- T: temperatura em Kelvin; e
- i: número de partículas geradas por fórmula do soluto.
Essa propriedade pode explicar fenômenos como hemólise (ruptura da célula por excesso de entrada de água) e plasmólise (perda de água da célula vegetal).
O fator de Van’t Hoff (i)
O fator Van’t Hoff (i) é um fator de correção para a quantidade reais de partículas dissolvidas em uma solução. É utilizado para considerar a dissociação/ionização de solutos eletrolíticos (sais, ácidos, bases) que geram mais de uma partícula por molécula-fórmula.
Por exemplo:
- Glicose (não eletrolítica): i = 1;
- NaCl (eletrólito forte): i = 2 (Na⁺ e Cl⁻); e
- CaCl₂: i = 3 (Ca²⁺ + 2 Cl⁻).
Para eletrólitos fracos (como o ácido acético), que não se dissociam completamente, usamos:
- α: grau de ionização; e
- q: número de íons gerados por fórmula.
Esse fator é essencial para ajustar os cálculos em todas as propriedades coligativas citadas anteriormente.
Osmolaridade e osmolalidade
A osmolaridade (M·i) é a expressão do número de mols das partículas dispersas em uma solução por volume. Já a osmolalidade (m·i) é a medida do número de mols das partículas dissolvidas por quilograma de solvente.
Elas indicam a concentração real de partículas coligativas. Em comparação entre soluções quanto maior osmolaridade/osmolalidade, maior pressão osmótica, assim, maior ponto de ebulição, menor ponto de congelamento e menor pressão de vapor.
De maneira geral com maior valor de i·M ou i·m terá os efeitos coligativos mais intensos. Assim, pode-se prever, por exemplo, qual ferve antes e qual congela depois, sem sequer saber o nome do soluto.
Diagrama de fases
O diagrama de fases é o gráfico que mostra as condições de equilíbrio entre as diferentes fases de um material. Veja o diagrama para o CO2:
No diagrama de fases existem 3 principais regiões (sólido, líquido e gasoso), separadas por uma linha chamada limite de fase. Se um material apresentar temperatura e pressão localizadas na linha de fase, ele será encontrado nos estados físicos vizinhos, em equilíbrio dinâmico.
Graficamente, a adição de soluto desloca as curvas do diagrama de fases:
- A curva de pressão de vapor se desloca para baixo;
- O ponto de ebulição se desloca para a direita (mais quente); e
- O ponto de congelamento se desloca para a esquerda (mais frio).
Aplicações cotidianas e biológicas
Essas propriedades coligativas aparecem em diversas situações do cotidiano e da ciência:
- Uso de anti congelantes em radiadores automotivos;
- Adição de sal em estradas nevadas para abaixar o ponto de fusão do gelo;
- Soro fisiológico isotônico, que previne hemólise ou plasmólise em células humanas;
- Dessalinização da água do mar por osmose reversa; e
- Determinação da massa molar de solutos desconhecidos com base em ΔTc ou ΔTe.
Dicas essenciais para o ENEM e vestibulares
- Fator de Van’t Hoff (i): Sempre considere esse fator para sais, ácidos e bases, pois ele ajuda a determinar o número efetivo de partículas na solução;
- Unidades e Grandezas: use temperatura em Kelvin nas fórmulas com osmose e lembre-se que ebulioscopia e crioscopia utilizam molalidade (m), enquanto osmometria utiliza molaridade (M);
- Interpretação Correta das Variações: ΔTe e ΔTc representam a variação nos pontos de ebulição e congelamento, não os valores finais; e
- Habilidades cobradas: é importante treinar e aplicar fórmulas como a do fator Van’t Hoff (i), comparar concentrações coligativas (i·M ou i·m) e interpretar gráficos, diagramas de fases e situações reais envolvendo osmose e propriedades coligativas.
Questão do Vestibular sobre propriedades coligativas
URCA (2024)
Sobre o estudo das propriedades coligativas, avalie as afirmações abaixo, julgue e marque a opção que esteja correta.
A) A pressão de vapor de um sistema (soluto + solvente) é aumentada à medida que se aumenta a quantidade de soluto e a diminuição da quantidade de solvente.
B) Um exemplo de crioscopia são os aditivos anticongelantes que se colocam nos radiadores dos automóveis em locais onde a temperatura é muito baixa.
C) Quando sal é espalhado nas ruas dos locais onde o inverno é muito rigoroso, evita-se que o gelo derreta e provoque o alagamento nas estradas.
D)Osmose é um processo físico-químico que envolve a passagem de água de um meio mais concentrado (hipertônico) para outro menos concentrado (hipotônico).
E) Quando acrescentamos açúcar na água que está prestes a entrar em ebulição, a temperatura de ebulição do líquido diminuirá.
Alternativa correta:
B
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