Propriedades coligativas: Conheça as características e os efeitos dessas propriedades

Jacques Antonio de Miranda e Erivanildo Lopes da Silva

O estudo das propriedades coligativas é um dos conteúdos mais importantes a serem estudados, pois facilita a compreensão de fenômenos químicos simples, que ocorrem diariamente, e/ou mais complexos.

Um efeito coligativo é uma modificação que ocorre em certas propriedades de um solvente quando adicionamos nele um soluto não volátil. Essa modificação só depende do número de partículas (moléculas ou íons) dissolvidas - e não de suas naturezas. Usamos a expressão soluto não volátil quando o ponto de ebulição do soluto for superior ao do solvente.

Sabemos que, para cada temperatura, a pressão de vapor de um líquido puro depende da fração de suas moléculas, que têm suficiente energia cinética para escapar da atração das moléculas vizinhas:

  • Figura 1 - (a) o equilíbrio na superfície do líquido (ilustra a passagem das espécies entre as fases líquido e vapor); (b) gráfico da pressão de vapor da água pura (note que a pressão de vapor correspondente à temperatura de 100oC equivale a 1 atm). Fonte: Kotz, Treichel Jr., Química geral 1 e reações químicas, 2005.

Para simplificar um pouco a discussão, levaremos em conta apenas soluções contendo solutos não voláteis, podendo inclusive tratar-se de espécies iônicas ou moleculares. Em virtude dos efeitos coligativos dependerem do número de partículas presentes, e não da natureza dessas partículas (um mol de íons exerce o mesmo efeito que um mol de moléculas), o efeito será proporcional ao número de íons originados por fórmula do composto iônico (para solutos iônicos).

Em síntese, faz-se necessário que o leitor considere a seguinte situação:

a) Compostos moleculares, quando em solução, apresentaram o número de partículas dispersas, iguais à quantidade molar dos compostos dissolvidos, ou seja:

Soluto
Concentração, mol.L-1
Cada molécula corresponde a
Total de partículas dispersas
Glicose
0,01
1 partícula
1 x 0,01 x 6,02x1023
Glicose
0,1
1 partícula
1 x 0,1 x 6,02x1023
Etilenoglicol
0,01
1 partícula
1 x 0,01 x 6,02x1023
Etilenoglicol
0,1
1 partícula
1 x 0,1 x 6,02x1023
  • Onde: 6,02x1023 = número de Avogadro

b) Compostos iônicos, quando em solução, apresentaram o número de partículas dispersas, iguais à quantidade molar dos íons dissolvidos, ou seja:

Soluto
Concentração, mol.L-1
Cada molécula corresponde a
Total de partículas dispersas
NaCl
0,01
2 íons (Na + (sol)) + Cl -(sol))
2 x 0,01 x 6,02x1023
NaCl
0,1
2 íons (Na + (sol)) + Cl -(sol))
2 x 0,1 x 6,02x1023
MgCl2
0,01
3 íons (Mg 2+ (sol)) +2 Cl -(sol))
3 x 0,01 x 6,02x1023
MgCl2
0,1
3 íons (Mg 2+(sol)) +2 Cl -(sol))
3 x 0,1 x 6,02x1023
  • Onde: 6,02x1023 = número de Avogadro

Repare que uma solução de NaCl contém o dobro de partículas dispersas em solução, quando comparada com uma solução de glicose (na mesma concentração).

Mas, enfim, quais são os efeitos provocados em um sistema com estas características?
 

Efeitos coligativos

Para cada propriedade considerada, teremos um efeito observado:

a) Pressão de vapor efeito tonoscópico
O efeito consiste na diminuição da pressão de vapor (aquela exercida pelas moléculas de maior energia do solvente contra a interface - para passar ao estado de vapor -, ou seja, a capacidade de evaporação) do solvente quando se adiciona um soluto não volátil:

  • Figura 2 - Efeito tonoscópico, provocado pela presença de partículas do soluto na solução.

Podemos afirmar que o soluto dificulta a evaporação do solvente. Em síntese, com a adição de partículas de soluto (íons ou moléculas) intensificam-se as forças atrativas moleculares e, consequentemente, a pressão de vapor do solvente diminui. b) Ponto de ebulição efeito ebulioscópico
Nosso foco agora se direciona para o aumento da temperatura de ebulição do solvente, quando se adiciona um soluto não volátil. Do mesmo modo, o efeito é explicado pelo aumento da intensidade das forças interativas e pela presença das partículas do soluto. Quanto maior o número de partículas de soluto, maior o número interações soluto-solvente e, consequentemente, menor a tendência de escape das moléculas de solvente para o estado gasoso:

  • Figura 3 - Efeito ebulioscópico, provocado pela presença de partículas do soluto na solução.

Ao adicionarmos açúcar à água de preparo do café, aumentamos a temperatura de ebulição da água. A interpretação simples seria dizer que água com açúcar irá demorar mais a ferver. Quanto maior for a quantidade de soluto, maior será o efeito. Qualquer dona de casa sabe dizer qual queimadura é mais dolorida: a causada por água quente ou por melado (água com açúcar).

c) Ponto de fusão efeito crioscópico
O efeito crioscópico consiste na diminuição da temperatura de congelamento ou fusão do solvente quando se adiciona um soluto não volátil:

  • Figura 4 - Efeito crioscópico, provocado pela presença de partículas do soluto na solução.

Exemplos de aplicação deste efeito podem ser observados na fabricação de sorvete e na adição de etilenoglicol em radiadores de automóveis, para evitar seu congelamento (em regiões onde as temperaturas estão abaixo de 0oC). Nas regiões polares, a água não congela por causa da presença de elevada quantidade de sais dissolvidos, principalmente NaCl.

d) Pressão osmótica efeito osmoscópico
Por fim, o efeito osmótico, que consiste na variação da pressão osmótica entre duas soluções separadas entre si por uma membrana semipermeável (m.s.p.) ou de uma solução com o solvente puro. Em resumo, a pressão osmótica é aquela pressão exercida pelo solvente contra a m.s.p. para que ocorra a osmose. Uma membrana semipermeável deve permitir apenas a passagem de solvente (ex.: citoplasma, papel celofane,...). A passagem de solvente através da membrana ocorre até que as soluções tornem-se isotônicas, isto é, exerçam a mesma pressão osmótica.

Deparamos com exemplos deste efeito todos os dias. Quando adicionamos açúcar à salada de frutas, verificamos o aumento no volume do caldo. Da mesma forma, o charque é preparado pela adição de sal sobre a carne, o que provoca a sua desidratação:

  • Figura 5 - Osmose: (a) movimento resultante de um solvente puro ou de uma solução com baixa concentração para uma solução com alta concentração de soluto; (b) a osmose para quando as pressões exercidas pelos dois lados da membrana se igualam. Fonte: Brown; LeMay; Bursten, Química - a ciência central, 2007.

Vale ressaltar que a pressão osmótica () pode ser estimada em uma dada temperatura. A dedução da fórmula é simples. Basta que tomemos como referência a lei dos gases ideais:

Reprodução

Assim, podemos, por analogia, assumir que:
 

Reprodução

Rearranjando,

 

Reprodução

Sendo: R = constante universal dos gases (0,082 atm.L/mol.K); M = massa molar soluto; Cmolar = molaridade da solução; T = temperatura absoluta (Kelvin).

Esses efeitos são bastante úteis para estudos biológicos, bem como no estudo de polímeros. Qualquer uma das propriedades coligativas permite aos químicos estimar a massa molar de compostos, principalmente macromoléculas, como é o caso dos polímeros.

Jacques Antonio de Miranda e Erivanildo Lopes da Silva são professores do curso de Química da Universidade Federal da Bahia - Campus ICADS-Barreiras.

Bibliografia

  • KOTZ, J.C.; TREICHEL Jr,P.M. Química geral 1 e reações químicas. 5ª ed. São Paulo: Pioneira Thomson Learning, 2005.
  • BROWN, T. L.; LEMAY, H. E.; D. E. BURSTEN. Química - a ciência central. São Paulo: Pioneira, 2007.
  • RUSSEL, J. B. Química Geral. 2ª ed. São Paulo: Makron Books, 2006.


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