Propriedades coligativas exercícios envolvem situações em que uma substância é dissolvida em um líquido e altera temperaturas de mudança de estado, pressão de vapor ou fluxo de solvente por membrana. Para resolvê-los, o ponto principal é relacionar o efeito observado ao número de partículas de soluto presentes na solução, e não simplesmente à massa do material adicionado.
Esse conteúdo é frequente no ensino médio, em vestibulares e no ENEM porque aproxima a Físico-Química de fatos cotidianos: uso de sal em estradas congeladas, preparo de soro fisiológico, conservação de alimentos e funcionamento de células. Neste artigo, você verá os conceitos, as fórmulas mais usadas e exercícios com raciocínio passo a passo.
O conceito fundamental das propriedades coligativas
Propriedades coligativas são alterações nas propriedades físicas de um solvente causadas pela dissolução de um soluto não volátil. Elas recebem esse nome porque dependem da quantidade de partículas dispersas na solução. Assim, em condições equivalentes, uma solução com maior concentração de partículas produz um efeito coligativo mais intenso.
É essencial diferenciar os componentes. O solvente é a substância que dissolve e geralmente está em maior quantidade; a água é o exemplo mais comum. O soluto é a substância dissolvida, como açúcar, sal ou ureia. Quando o soluto é considerado não volátil, ele praticamente não passa para a fase gasosa. Por isso, sua presença interfere no comportamento do solvente.
Imagine dois recipientes idênticos: um contém água pura, e o outro, água com açúcar dissolvido. Na solução, parte da superfície é ocupada ou influenciada pelas partículas de açúcar, diminuindo a tendência de moléculas de água escaparem para o vapor. Essa redução está na origem da diminuição da pressão de vapor e das demais consequências coligativas.
Ideia-chave: para comparar efeitos coligativos, conte partículas efetivas na solução. A identidade química do soluto tem importância menor que sua quantidade de partículas, desde que as soluções estejam nas mesmas condições e o comportamento seja aproximadamente ideal.
As quatro propriedades mais cobradas
As propriedades coligativas tradicionalmente estudadas são tonoscopia, ebulioscopia, crioscopia e osmose. Cada uma descreve uma consequência distinta da presença de soluto no solvente.
| Propriedade | O que ocorre ao adicionar soluto não volátil | Aplicação ou exemplo |
|---|---|---|
| Tonoscopia | A pressão máxima de vapor diminui. | Soluções evaporam menos que o solvente puro. |
| Ebulioscopia | A temperatura de ebulição aumenta. | Água com soluto precisa de temperatura um pouco maior para ferver. |
| Crioscopia | A temperatura de congelamento diminui. | Anticongelantes e sal sobre gelo. |
| Osmose | Há passagem de solvente por membrana semipermeável. | Equilíbrio hídrico de células e soro fisiológico. |
Tonoscopia
A tonoscopia estuda o abaixamento da pressão de vapor do solvente. Em uma solução, há menos moléculas de solvente disponíveis para passar ao estado gasoso do que no solvente puro. Em exercícios conceituais, basta lembrar a relação: quanto maior a quantidade de partículas do soluto, menor será a pressão de vapor da solução.
Ebulioscopia e crioscopia
Na ebulioscopia, o soluto eleva a temperatura de ebulição. Como a solução possui pressão de vapor menor, é necessário aquecê-la mais para que sua pressão de vapor se iguale à pressão externa. Na crioscopia ocorre o contrário em relação à temperatura: a presença de soluto dificulta a organização das moléculas do solvente em um sólido, reduzindo a temperatura de congelamento.
As variações podem ser calculadas pelas expressões: variação da ebulição igual a K e vezes i vezes m; e variação do congelamento igual a K c vezes i vezes m. K e e K c são constantes que dependem exclusivamente do solvente, i é o fator de van't Hoff e m é a molalidade. A temperatura final resulta da soma da variação ao ponto de ebulição normal ou da subtração dessa variação ao ponto de congelamento normal.
Osmose
Na osmose, uma membrana semipermeável permite a passagem do solvente, mas impede ou limita a passagem do soluto. O solvente tende a migrar da solução menos concentrada para a mais concentrada até o equilíbrio. A pressão que seria necessária para impedir essa passagem é chamada de pressão osmótica.
Partículas em solução e fator de van't Hoff
O fator de van't Hoff, representado por i, corrige o cálculo quando o soluto se separa em íons na água. Substâncias moleculares, como glicose e sacarose, não formam íons ao se dissolverem; em exercícios ideais, seu i vale 1. Já compostos iônicos podem originar duas ou mais partículas por unidade de fórmula.
- Glicose: não sofre ionização; i igual a 1.
- Cloreto de sódio: forma íon sódio e íon cloreto; i aproximadamente igual a 2.
- Cloreto de cálcio: forma um íon cálcio e dois íons cloreto; i aproximadamente igual a 3.
- Sulfato de alumínio: em dissociação total, forma dois íons alumínio e três íons sulfato; i aproximadamente igual a 5.
Em soluções reais, especialmente as mais concentradas, os íons podem interagir e o valor efetivo de i pode diferir do inteiro previsto. Contudo, se o enunciado não fornecer informações adicionais, os exercícios escolares normalmente consideram dissociação total para eletrólitos fortes. Leia com atenção expressões como “totalmente dissociado”, “ionização completa” ou “soluto molecular”.
Esse fator explica por que soluções de mesma concentração de NaCl e glicose não têm o mesmo efeito coligativo. Embora apresentem a mesma quantidade de matéria de soluto, a solução de NaCl fornece aproximadamente o dobro de partículas e tende a produzir maior elevação ebuliométrica, maior abaixamento crioscópico e maior pressão osmótica.
Roteiro para resolver exercícios
Antes de escolher uma fórmula, identifique qual fenômeno o problema descreve. Uma questão sobre gelo derretendo com sal aponta para crioscopia; uma sobre água fervendo aponta para ebulioscopia; uma que menciona membrana aponta para osmose. Essa leitura evita aplicar uma expressão correta ao fenômeno errado.
- Determine solvente, soluto e a propriedade coligativa envolvida.
- Verifique se o soluto é molecular ou eletrolítico e defina o valor de i.
- Converta as unidades solicitadas. Para molalidade, use mol de soluto por quilograma de solvente, e não por litro de solução.
- Aplique a constante fornecida para o solvente e calcule a variação de temperatura ou a grandeza pedida.
- Interprete o sinal físico: ebulição aumenta; congelamento e pressão de vapor diminuem.
- Confira se o resultado é coerente com a situação apresentada.
A molalidade merece atenção especial. Primeiro, calcule a quantidade de matéria pela relação número de mols igual à massa dividida pela massa molar. Depois, divida o resultado pela massa do solvente expressa em quilogramas. Se houver 0,50 mol de soluto em 250 g de água, a massa do solvente é 0,250 kg e a molalidade é 2,0 mol por quilograma.
Exercícios comentados
1. Comparação entre soluções
Considere soluções aquosas de mesma molalidade: uma de glicose e outra de cloreto de sódio. Qual apresenta menor temperatura de congelamento?
A glicose é molecular e gera uma partícula por unidade dissolvida. O NaCl, admitindo dissociação total, gera dois íons. Como a solução de NaCl tem maior número de partículas efetivas, seu abaixamento crioscópico é maior. Logo, ela apresenta a menor temperatura de congelamento.
2. Cálculo de elevação ebuliométrica
Uma solução foi preparada com 0,20 mol de ureia em 500 g de água. Considere K e da água igual a 0,52 grau Celsius por molal e i igual a 1. Determine a elevação da temperatura de ebulição.
A molalidade é 0,20 dividido por 0,500, resultando em 0,40 molal. Aplicando a expressão, a variação é 0,52 vezes 1 vezes 0,40, igual a 0,208 grau Celsius. Portanto, a elevação é aproximadamente 0,21 grau Celsius. Ao nível do mar, onde a água pura ferve a 100 graus Celsius, essa solução ferve perto de 100,21 graus Celsius.
3. Abaixamento crioscópico com eletrólito
Uma solução aquosa de NaCl tem molalidade 0,10 molal. Admitindo dissociação total, i igual a 2, e K c da água igual a 1,86 grau Celsius por molal, calcule o abaixamento crioscópico.
A variação é 1,86 vezes 2 vezes 0,10, igual a 0,372 grau Celsius. Isso significa que o ponto de congelamento diminui 0,372 grau Celsius. Assim, em vez de congelar a 0 grau Celsius, a solução começa a congelar aproximadamente a menos 0,37 grau Celsius.
4. Situação de osmose
Uma célula é colocada em uma solução hipertônica, isto é, mais concentrada que seu interior. O que acontece? A água tende a sair da célula por osmose, pois se desloca do meio menos concentrado em solutos para o mais concentrado. Como consequência, a célula pode perder água e diminuir de volume. Esse tipo de questão exige interpretação do sentido do fluxo, não necessariamente cálculo.
Erros frequentes e interpretação de enunciados
Um equívoco comum é comparar apenas a massa de soluto. Dez gramas de substâncias diferentes correspondem a números de mols diferentes e, no caso de eletrólitos, também podem gerar números distintos de íons. A comparação correta exige avaliar concentração, quantidade de partículas e eventual dissociação.
Outro erro é usar a massa total da solução no cálculo da molalidade. A definição usa a massa do solvente. Também é importante não confundir molalidade com molaridade: a molaridade é dada em mol por litro de solução, enquanto a molalidade é dada em mol por quilograma de solvente.
Nas questões qualitativas, observe os termos do enunciado. “Solução hipertônica” indica maior concentração de solutos; “isotônica” indica concentrações efetivas iguais nos dois lados da membrana; e “hipotônica” indica menor concentração de solutos. Em uma solução isotônica, não há fluxo líquido de água, embora moléculas continuem atravessando a membrana nos dois sentidos.
Quando duas soluções têm a mesma quantidade de partículas por quantidade de solvente, seus efeitos coligativos podem ser equivalentes, mesmo que os solutos sejam diferentes.
Síntese e pontos de revisão
As propriedades coligativas mostram que dissolver um soluto não volátil modifica o comportamento físico do solvente. A pressão de vapor diminui, a ebulição ocorre em temperatura maior, o congelamento ocorre em temperatura menor e a osmose envolve o deslocamento de solvente através de uma membrana.
- Maior número de partículas significa efeito coligativo mais intenso.
- Eletrólitos exigem atenção ao fator de van't Hoff.
- Ebulioscopia aumenta a temperatura de ebulição; crioscopia reduz a de congelamento.
- Em osmose, o solvente tende a ir para o meio mais concentrado.
- Para cálculos de molalidade, use quilogramas de solvente.
Ao praticar, comece identificando o fenômeno, organize os dados e só então calcule. Essa sequência reduz erros de unidade e ajuda a transformar fórmulas em interpretações químicas consistentes.
