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Propriedades coligativas

As propriedades coligativas são propriedades da solução que dependem apenas da concentração do soluto, mas não de sua natureza.

Esquema ilustrativo com as propriedades coligativas. (Crédito da imagem: Paulo José Soares Braga | Brasil Escola)
Esquema ilustrativo com as propriedades coligativas. (Crédito da imagem: Paulo José Soares Braga | Brasil Escola)
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As propriedades coligativas são propriedades de uma solução que possuem relação apenas com a quantidade de soluto dissolvido, e não com sua natureza, ou seja, não importando se ele é de natureza iônica ou covalente. Tais propriedades estão intimamente ligadas à presença de solutos não voláteis, ou seja, solutos que não evaporam da solução com facilidade.

A tonoscopia, a ebulioscopia, a crioscopia e a osmose são as propriedades coligativas. As três primeiras têm relação com a pressão de vapor, enquanto a última tem a ver com o fluxo de solvente entre soluções. Tais propriedades apresentam grandes aplicações em nosso dia a dia, como no preparo ou conservação de alimentos.

Leia também: Equilíbrio químico — o estudo do comportamento e das características de reações reversíveis

Tópicos deste artigo

Resumo sobre as propriedades coligativas

  • As propriedades coligativas são propriedades de uma solução que apenas têm relação com a quantidade de soluto dissolvido, não importando a natureza do soluto em si.

  • São consideradas propriedades coligativas a tonoscopia, a ebulioscopia, a crioscopia e a osmose.

  • A tonoscopia é a diminuição da pressão de vapor pela presença de um soluto não volátil.

  • A ebulioscopia e a crioscopia são o aumento da temperatura de ebulição e a queda da temperatura de congelamento, respectivamente, consequências diretas da presença do soluto não volátil na solução.

  • A osmose é o fluxo de solvente de um meio menos concentrado para um meio mais concentrado por intermédio de uma membrana semipermeável.

Videoaula sobre propriedades coligativas

O que são propriedades coligativas?

As propriedades coligativas são propriedades de uma solução que dependem da concentração do soluto, independentemente de ele ser molecular ou iônico.

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Solução, soluto e solvente

Sendo propriedades atreladas à solução, é importante fazer a distinção entre termos importantes nesse caso. Quando uma substância dissolve uma ou mais substâncias e assim atingimos uma mistura homogênea, estamos diante de uma solução. A substância responsável por dissolver as demais substâncias é chamada de solvente, enquanto as substâncias que foram dissolvidas são chamadas de soluto. Uma vez dissolvido, o soluto pode estar na forma iônica ou molecular, não sendo detectado por nenhum instrumento óptico disponível.

Água mineral, um tipo de solvente, sendo derramada em copo.
A água mineral é um exemplo de solução, em que a água é o solvente e os íons presentes são os solutos.

Embora as propriedades coligativas aqui apresentadas versem sobre soluções líquidas, também existem soluções sólidas, como é o caso das ligas metálicas.

Saiba mais: Diferenças entre soluto e solvente

Quais são as propriedades coligativas?

Serão apresentadas quatro propriedades coligativas: a tonoscopia (diminuição da pressão de vapor), a ebulioscopia (aumento do ponto de ebulição), a crioscopia (diminuição do ponto de congelamento) e a osmose.

  1. Tonoscopia

Mesmo abaixo da temperatura de ebulição, é possível que uma parte do líquido evapore, formando vapor sob sua superfície. Em um sistema fechado, esse vapor estabelece um equilíbrio dinâmico com a fase líquida da substância e, ao permanecer sobre a superfície, exerce pressão, já que possui massa. Essa pressão exercida por determinada quantidade de vapor é chamada de pressão de vapor.

Líquidos cuja interação intermolecular é fraca tendem a possuir maior pressão de vapor, visto que suas moléculas evaporam com mais facilidade. Quanto maior a pressão de vapor de um líquido, mais volátil ele é. A pressão de vapor é também diretamente proporcional à temperatura, pois quanto maior a temperatura, maior a energia cinética das moléculas, facilitando assim a sua evaporação (rompimento das interações intermoleculares). Veja o exemplo a seguir:

Gráfico com variações da pressão de vapor do mercúrio.
Gráfico com variações da pressão de vapor do mercúrio.

O mercúrio, no nível do mar, atinge uma altura de 76 cm em um tubo. Ao se adicionar substâncias no tubo, como água, álcool e éter, percebe-se uma diminuição da altura, por conta do aumento da pressão de vapor exercida. Quanto maior a queda da altura do mercúrio, maior a pressão de vapor.

Quando esse líquido forma uma solução por meio da dissolução de um soluto não volátil, ocorre o chamado efeito tonoscópico, que é a queda da pressão de vapor. Isso porque as moléculas do soluto bloqueiam o escape de moléculas do solvente da superfície da solução. Com menos moléculas na fase vapor, menos pressão será exercida.

Representação esquemática de como a temperatura influencia na pressão de vapor.
Representação esquemática de como a temperatura influencia na pressão de vapor.
  • Lei de Raoult

A queda da pressão de vapor de um líquido pode ser quantificada por meio de uma equação desenvolvida pelo cientista francês François-Marie Raoult, conhecida como lei de Raoult.

PA = xA ∙ PA*

PA é a pressão de vapor do líquido A, xA é a sua fração molar (varia de 0 a 1) e PA* é a pressão de vapor do líquido A quando puro.

Quando o líquido A deixa de ser puro e se torna um solvente em uma solução, a sua fração molar já não é de 100%, pois já não compõe mais a totalidade do sistema. Assim, quanto maior a presença de soluto, menor a fração molar do solvente (xA) e, consequentemente, menor a pressão de vapor.

  1. Ebulioscopia

Uma das consequências da queda da pressão de vapor é o aumento da temperatura de ebulição. Isso porque um líquido atinge ebulição quando a pressão de vapor se iguala à pressão atmosférica.

Imagine um líquido puro em ebulição. Nesse ponto, a pressão de vapor é igual à pressão atmosférica. Agora, adiciona-se ao líquido um soluto não volátil, e, consequentemente, a pressão de vapor cai (a temperatura não). Para que a pressão de vapor se iguale novamente à pressão atmosférica, ela deve ser elevada. A elevação da pressão de vapor ocorre então com o aumento da temperatura, e, por conseguinte, a igualdade entre pressão de vapor e pressão atmosférica (ebulição) ocorrerá em uma temperatura maior do que quando o líquido estava puro.

 Gráficos para a pressão de vapor nos casos da ebulioscopia (acima) e crioscopia (abaixo).
 Gráficos para a pressão de vapor nos casos da ebulioscopia (acima) e crioscopia (abaixo).

No caso da ebulioscopia, a queda da pressão de vapor (de vermelho para azul) faz com que a solução se iguale à pressão atmosférica em uma menor temperatura. Já no caso da crioscopia, a queda da pressão de vapor (de vermelho para azul) faz com que a solução se iguale à pressão de vapor do solvente sólido em uma menor temperatura.

  1. Crioscopia (ou abaixamento crioscópico)

A queda da pressão de vapor também impacta o ponto de congelamento do líquido. Porém, dessa vez, ocasiona a diminuição da temperatura de solidificação do líquido.

Conforme diminuímos a temperatura de um líquido, suas moléculas se aproximam até que se inicie a solidificação. Os sólidos também possuem uma pressão de vapor, e quando a pressão de vapor do líquido se iguala à do sólido, ocorre a solidificação. E o que se percebe é que quando se parte de uma solução, essa igualdade ocorre em uma temperatura menor do que o ponto de congelamento caso o solvente estivesse puro.

Isso porque a pressão de vapor do sólido não se altera por conta de um soluto não volátil, já que se admite que o soluto não solidifica junto ao solvente, e apenas o solvente passa para a fase sólida. Entretanto, conforme o solvente vai congelando, mais concentrada de soluto fica a fase líquida, dificultando ainda mais o congelamento das moléculas de solvente restantes. Por isso, a temperatura deve cair para facilitar o congelamento, de modo que as moléculas do solvente possam se aproximar ainda mais.

Assim, quanto menor a pressão de vapor da solução, menor a temperatura de congelamento.

  1. Osmose

É o fluxo de solvente através de uma membrana para uma solução mais concentrada. Tal membrana deve ser seletiva (semipermeável), de modo a permitir a passagem do solvente, mas não do soluto.

Representação esquemática da osmose.
Representação esquemática da osmose.

A passagem de solvente através da membrana faz com que haja um aumento na altura da parte que recebe o fluxo de solvente, havendo assim um aumento de pressão. Quando o fluxo de solvente cessa é porque a pressão é suficientemente alta para impedir esse trânsito.

A pressão capaz de cessar o fluxo de solvente é então chamada de pressão osmótica. Quanto maior for a pressão osmótica, maior deverá ser a altura da solução necessária para impedir o fluxo de solvente. Nesse ponto de fluxo nulo de solvente entre as soluções, é possível dizer que ambas estão isotônicas, ou seja, têm a mesma pressão osmótica.

Saiba mais: Como calcular a pressão osmótica

Propriedades coligativas no dia a dia

Diversas receitas exigem que aqueçamos a água até sua fervura, isto é, até a ebulição. É o caso, por exemplo, do preparo de massas, como o espaguete. Recomenda-se que após a fervura, adicione-se sal à água fervente. Perceba que após esse movimento, a fervura cessa imediatamente. Isso é consequência da queda de pressão de vapor causada pela adição de um soluto não volátil, o sal.

Veículos automotores, como carros, ônibus e caminhões, resfriam os seus motores por meio da água. Ocorre que a temperatura ideal de trabalho do motor é muito próxima da temperatura de ebulição de água, e por mais que o sistema seja, em condições ideais, selado, isso pode acarretar maior taxa de evaporação do líquido. Se o usuário do veículo não percebe essa queda no volume de água, ele corre o risco de causar superaquecimento no sistema, trazendo consequências significativas ao motor. Por isso, recomenda-se a utilização de uma solução refrigerante, que consiste em água e aditivo (etilenoglicol). Tal solução, com maior ponto de ebulição, diminui a taxa de fervura do líquido no nosso carro durante sua utilização.

Não é o caso do Brasil, mas nos países com inverno rigoroso, há o risco de a água do sistema de arrefecimento do veículo congelar. O aditivo também auxilia nesse caso, por meio do abaixamento crioscópico, pois diminui a temperatura de congelamento do líquido e assim dificulta que o líquido de arrefecimento se solidifique.

Adição de aditivo em radiador automotivo.
Aditivos para radiador diminuem a probabilidade de a água de arrefecimento do motor ferver e congelar.

Ainda no cotidiano dos países que sofrem com invernos rigorosos, uma prática comum para desobstruir vias e pavimentos cobertos com gelo e neve é o ato de atirar sal, um soluto não volátil que fará com que a temperatura de congelamento da água diminua. Com a menor temperatura de congelamento (e, consequentemente, fusão), a neve será derretida mais rapidamente.

Caminhão jogando sal em rua com neve.
Jogar sal em vias e pavimentos congelados auxilia no processo de derretimento da camada de gelo.

Embora nos dias atuais o ato de salgar carne seja atrelado a práticas culinárias, como no caso da produção de carne de sol, essa técnica foi também uma das primeiras formas de manter a carne livre de bactérias. Quando salgada, a carne desidrata por meio de osmose, eliminando bactérias nocivas e impedindo a sua proliferação. Essa prática era tão importante que os soldados romanos recebiam seus pagamentos (chamados de “soldo”) na forma de sal, dando origem à palavra “salário”.

Exercícios resolvidos sobre propriedades coligativas

Questão 1

(UFPR 2013) Em festas e churrascos em família, é costume usar geleiras de isopor para resfriar bebidas enlatadas ou engarrafadas. Para gelar eficientemente, muitas pessoas costumam adicionar sal e/ou álcool à mistura gelo/água. A melhor eficiência mencionada se deve ao fato de que a presença de sal ou álcool:

(A) aumenta a taxa de transferência de calor.

(B) abaixa a temperatura do gelo.

(C) aumenta a temperatura de ebulição.

(D) abaixa a temperatura de fusão.

(E) abaixa a dissipação de calor para o exterior.

Resposta: Letra D

A adição de sal, soluto não volátil, faz decair a pressão de vapor e, consequentemente, causa a queda da temperatura de fusão/congelamento do gelo. Isso permite, então, que o gelo congele em uma menor temperatura, aumentando a eficiência de resfriamento das bebidas.

Questão 2

(UCS-RS 2014) Flores recém-cortadas se mantêm viçosas quando seus caules estão imersos em água. Isso acontece porque a água, ao ser absorvida pelo caule, chega até as pétalas das flores, mantendo-as inturgescidas. Analogamente, frutas secas “incham” quando colocadas em água. Por outro lado, verduras cruas “murcham” mais rapidamente após serem temperadas com sal de cozinha. A propriedade coligativa que explica essas situações é estudada pela

(A) crioscopia.

(B) tonoscopia.

(C) termometria.

(D) ebuliometria.

(E) osmometria.

Resposta: Letra E

Quando existe uma diferença de concentração entre dois meios, há fluxo de solvente entre eles no sentido do menos concentrado para o mais concentrado. Assim, uma fruta seca, que é um meio mais concentrado, ao receber água (solvente), incha. De modo análogo, o sal aumenta a concentração do meio externo das verduras, fazendo com que elas percam água também por osmose.

 

Por Stéfano Araújo Novais
Professor de Química

Escritor do artigo
Escrito por: Stéfano Araújo Novais Stéfano Araújo Novais, além de pai da Celina, é também professor de Química da rede privada de ensino do Rio de Janeiro. É bacharel em Química Industrial pela Universidade Federal Fluminense (UFF) e mestre em Química pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ).

Gostaria de fazer a referência deste texto em um trabalho escolar ou acadêmico? Veja:

NOVAIS, Stéfano Araújo. "Propriedades coligativas"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/propriedade-coligativa.htm. Acesso em 13 de abril de 2024.

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