Propriedades coligativas I - Introdução

Propriedades coligativas referem-se à adição de soluto em um solvente puro.

Propriedades coligativas

• I - Introdução
• II - Pressão máxima de vapor e tonoscopia
• III -  Ebulioscopia
• IV - Crioscopia
• V - Osmoscopia

O que são propriedades coligativas?

   Ao adicionar um soluto em um solvente, estamos formando uma solução. Será que ao adicionar soluto no solvente alguma propriedade do solvente puro será alterada em relação à solução? A resposta é sim, e são justamente as propriedades coligativas:

Propriedades coligativas são propriedades de um solvente que se modificam
 com a adição de um soluto, dependendo única e exclusivamente da 
concentração do soluto e não de sua natureza.

   Essas propriedades só se aplicarão a soluções ideais, em que todas as forças intermoleculares são iguais, e a variação de volume da mistura é nula.

Soluções moleculares

   São soluções que possuem moléculas dissolvidas, como a glicose. Nesse caso, o número de moléculas é igual ao número de moléculas dissolvidas. Lembre-se que:

1 mol de partículas = 6,02 × 10²³ partículas

Soluções iônicas

   São soluções que possuem íons dissolvidos por ionização ou dissociação. Numa solução iônica, nem todos os íons estão dispersos. O que mede isso é o grau de dissociação ou ionização (⍺). Se o ácido clorídrico apresenta 92% como grau de ionização, significa que a cada 100 moléculas de determinado composto, 92 sofrerão ionização.
   Veja, por exemplo, a ionização do ácido sulfúrico:

H₂SO₄ + 2 H₂O → 2 H₃O⁺ + SO₄²⁻

   Perceba que a cada 1 mol de moléculas de ácido sulfúrico que ioniza, são formados 3 mols de íons (2 cátions hidrônio e 1 ânion sulfato), supondo ionização de 100%.

   Sendo 61% o grau de ionização do ácido sulfúrico, temos que:

   Em 100 mols de H₂SO₄, 61 mols ionizam e 39 mol de moléculas não ionizam.
   Generalizando, podemos dizer o seguinte:

número de partículas em solução = número de partículas dissolvidas × i

   i é chamado de fator de van't Hoff em homenagem ao cientista que o elaborou, e pode ser calculado assim: (ele será usado durante todo o estudo de propriedades coligativas em soluções iônicas)

i = 1 + ⍺ × (q - 1)
⍺ = grau de ionização / dissociação (entre 0 e 1)
q = número de íons liberados na ionização de 1 molécula ou na dissociação de 1 fórmula mínima.

   No nosso caso, o grau de ionização será 0,61 (61%), e q será igual a 3, portanto i será igual a 2,22.
   Ou seja, quantas partículas estariam em solução se dissolvêssemos 1 mol de ácido sulfúrico?

número de partículas em solução = número de partículas dissolvidas × i

número de partículas em solução = 6,02 × 10²³ × 2,22

número de partículas em solução = 13,364 × 10²³ partículas

Diagrama de fases

   O diagrama de fases mostra as mudanças de estado da matéria em relação à pressão e temperatura. Veja o diagrama de fases da água:

   O ponto T é chamado de ponto triplo, e nele é possível encontrar a água nas fases sólida, líquida e vapor em equilíbrio. No caso, as coordenadas para a água representam 0,0098 ºC e 4,579 mmHg.

• A curva 1, entre o sólido e o líquido, é chamada de curva de solidificação, substâncias nessa faixa existem no estado sólido e líquido. 
• A curva 2, entre o líquido e o vapor, é chamada de curva de ebulição, substâncias nessa faixa existem no estado líquido e vapor.
• A curva 3, entre o sólido e o vapor, é chamada de curva de sublimação, substâncias nessa faixa existe no estado sólido e vapor.

   As curvas também determinam as transições dos estados físicos da matéria.

   O grau de liberdade (L) mede a quantidade variáveis de um sistema que podem ser modificadas sem que ocorra o desaparecimento ou formação de uma fase. Por exemplo, no sistema composto somente por água no ponto sólido, qual é o grau de liberdade? A resposta é 2. Pois existem várias pressões para uma mesma temperatura que determinem o estado sólido ou vice-versa. Josiah Willard Gibbs (1839 - 1903) deduziu uma equação chamada de regra de fases para determinar o grau de liberdade de um sistema em função de seus componentes e número de fases, que é a seguinte:

L = C + 2 - F

   Sendo C o número de componentes e F o de fases. Por exemplo, para a água no ponto triplo, qual é o grau de liberdade? Ora, só existe um componente, e no ponto triplo a água possui 3 fases, o grau de liberdade é 0! Portanto, não é possível alterar alguma variável para se chegar ao ponto triplo, só há um ponto de pressão e temperatura em que há água no estado sólido, líquido e vapor em equilíbrio.

   Já no caso de alótropos como o carbono, que cristaliza na forma hexagonal, dando origem à grafita, ou na forma tetraédrica em pressões altíssimas, dando origem ao diamante, o diagrama de fases também mostra a faixa de pressão e temperatura em que ocorre a transformação de uma forma alotrópica em outra:

   Acima da grafita é a forma de diamante.