Histórico e revisão
Uma substância pura tem um ponto de ebulição específico a 1 atm. Para a água é 100 graus Celsius, para o etanol é 78,4 graus Celsius. O que acontece com o ponto de ebulição de uma solução feita dessas duas substâncias?
O ponto de ebulição de uma solução varia dependendo da quantidade de cada substância presente. Porém, há duas coisas que são sempre verdadeiras: O ponto de ebulição de uma solução é sempre mais alto do que a substância pura e pode ser calculado com relativa facilidade. Antes de mergulharmos nas equações, vamos revisar algumas idéias importantes sobre as soluções.
Uma solução é uma mistura homogênea entre duas substâncias. O soluto é uma pequena quantidade de substância que se dissolve em outra. O solvente é o líquido que dissolve o soluto e ocorre em grande quantidade.
Se você estivesse fazendo leite com chocolate adicionando duas onças de xarope de chocolate a oito onças de leite, a xarope é o soluto e o leite é o solvente.
Uma das propriedades mais importantes de uma solução é a proporção de soluto para solvente, também conhecida como concentração . A letra 'm' representa a molalidade ( m ) , que é um meio de expressar a concentração que compara moles de soluto a quilogramas de solvente. A equação para molalidade é: m = mol soluto / kg de solvente .
A equação de elevação do ponto de ebulição
A equação bastante simples para determinar o ponto de ebulição de uma solução: delta T = m K b .
Delta T refere-se à elevação do ponto de ebulição , ou quanto maior o ponto de ebulição da solução do que o do solvente puro. As unidades são graus Celsius.
K b é a constante de elevação do ponto de ebulição molal. O valor de K b depende do tipo de solvente presente e nada mais. Por ser uma constante, seu valor é sempre o mesmo; você procura K b para o solvente envolvido em uma solução e insere o número. Ele tem as unidades graus Celsius kg / mol. Aqui está uma tabela de alguns solventes comuns, seus pontos de ebulição normais e constantes de elevação do ponto de ebulição molal.
| Solvente | Ponto de ebulição | K b |
|---|---|---|
| Água | 100 graus C | 0,51 |
| Benzeno | 80,1 graus C | 2,53 |
| Éter dietílico | 34,5 graus C | 2.02 |
Por fim, m se refere à molalidade. As unidades são mol / kg. A molécula é um conceito importante para determinar o ponto de ebulição de uma solução. Isso ocorre porque a quantidade de soluto presente é o que determina o ponto de ebulição. A identidade do solvente não é importante.
Exemplo de elevação de ponto de ebulição
Vamos imaginar que precisamos determinar o ponto de ebulição de uma solução feita de 36 gramas de glicose dissolvida em 300 gramas de água. Vamos listar todas as informações que sabemos sobre esse problema e, em seguida, resolvê-lo.
- A glicose é nosso soluto e a água é o solvente.
- K b para água é 0,51 graus Celsius kg / mol.
- A massa molar da glicose é 180 g / mol.
- O ponto de ebulição da água é 100 graus Celsius.
- A equação para elevação do ponto de ebulição é delta T = m K b .
Vamos estudar a equação por um segundo. Estamos resolvendo para delta T e já temos K b . Tudo o que precisamos fazer é determinar a molalidade e inseri-la na equação.
molalidade = moles de soluto / kg de solvente
Para encontrar o soluto moles, dividimos 36 gramas de glicose pela massa molar de glicose, ou 180 g / mol. Isso é igual a 0,20 mol de glicose.
Para encontrar o kg de solvente, precisamos apenas converter nossos 300 gramas de água em quilogramas. Como existem 1000 gramas em um quilograma, podemos encontrar nossos quilogramas de solvente dividindo 300 gramas de água por 1000 gramas para obter 0,3000 quilogramas de água.
Agora, podemos conectar nosso mol de soluto e / ou kg de solvente em nossa equação de molalidade:
molalidade = 0,20 mol de glicose / 0,3000 kg de água = 0,67 mol / kg
Agora que temos nossa molalidade, podemos inseri-la na equação de elevação do ponto de ebulição para encontrar delta T, que é igual a 0,51 graus Celsius kg / mol x 0,67 mol / kg.
Delta T = 0,34 graus Celsius.
Ótimo! Descobrimos que a mudança na temperatura é de +,34 graus Celsius. Este, entretanto, não é o novo ponto de ebulição. Para descobrir isso, devemos adicionar delta T ao ponto de ebulição da água pura.
0,34 graus Celsius + 100 graus Celsius = 100,34 graus Celsius.
Soluções que envolvem eletrólitos
Eletrólitos são compostos iônicos que se quebram em seus íons constituintes quando dissolvidos em água. Isso complica nossa equação de elevação do ponto de ebulição, mas não muito. Vamos considerar o que pode acontecer se fizermos uma solução de cloreto de sódio (NaCl) em água. Quando o sal se dissolve em água, dois íons (Na + e Cl - ) são produzidos para cada composto de NaCl dissolvido. A divisão dos íons afeta a molalidade.
Às vezes, no entanto, os íons não se dissolvem totalmente na solução. O fator van't Hoff é um número que representa o número de íons produzidos quando um composto se dissolve em uma solução. O fator van't Hoff é representado por i . Nossa equação para elevação do ponto de ebulição torna-se:
Delta T = i * m * K b
Na maioria das vezes, um problema envolvendo uma solução eletrolítica assumirá a dissociação completa do composto iônico. Às vezes, um problema exigirá o uso de um fator de van't Hoff responsável pela dissociação incompleta.
Para uma solução 0,05 molar de NaCl, por exemplo, esperaríamos que a solução se desassociasse em uma proporção de 1: 2, conforme mostrado na imagem abaixo:
 |
Na realidade, a taxa de dissociação é 1: 1,9.
Um problema pode exigir que você assuma a dissociação completa; nesse caso, você usaria 2 para o valor de i . Outras vezes, você pode ter que usar um determinado fator de van't Hoff se presumir uma dissociação incompleta. Esses valores devem ser fornecidos a você em uma tabela ou gráfico.
Resumo da lição
O ponto de ebulição de uma solução é baseado no ponto de ebulição do solvente puro. O ponto de ebulição de qualquer solução é sempre superior ao ponto de ebulição do solvente e é calculado usando a equação de elevação do ponto de ebulição : Delta T = m K b .
Delta T é a mudança na temperatura em Celsius, m é a molalidade da solução em mol / kg e K b é a constante de elevação do ponto de ebulição molal para o solvente. As unidades de K b são graus Celsius kg / mol.
K b é uma constante exclusiva do solvente. Ele é encontrado olhando para uma mesa. Uma vez que delta T é determinado, seu valor é adicionado ao ponto de ebulição do solvente puro.
Se um eletrólito é o soluto, então a equação de elevação do ponto de ebulição deve ser modificada para levar em conta a dissociação do eletrólito. O fator van't Hoff , i , é adicionado à equação para soluções eletrolíticas.