Propriedades coligativas
Quem vive em um lugar frio, como eu, conhece o perigo das estradas e calçadas congeladas. Para impedir que carros e pessoas deslizem, as estradas costumam ser tratadas com sal. O sal derrete o gelo e torna as estradas e calçadas muito mais seguras. Você já se perguntou por quê?
O sal se dissolveu no gelo e criou uma solução de lama gelada. O sal é um soluto que afetou as propriedades do solvente puro. Esta propriedade é coligativa. Uma propriedade coligativa é uma propriedade que depende do número de partículas de soluto presentes, mas não do tipo de partícula. Em outras palavras, quanto mais partículas de soluto na solução, maior o efeito. Não se preocupe se isso não fizer muito sentido agora; veremos isso com mais detalhes na próxima parte da lição.
As propriedades coligativas incluem:
- Redução da pressão de vapor
- Elevação do ponto de ebulição
- Depressão do ponto de congelamento
- Pressão osmótica
Nesta lição, vamos nos concentrar na depressão do ponto de congelamento e ver como isso pode ser usado para calcular a massa molar de uma substância desconhecida.
 |
Depressão do ponto de congelamento
Agora, sabemos que em condições normais, a água congela a 0 ° Celsius, mas quando adicionamos um pouco de sal ou outro tipo de soluto, a temperatura de congelamento desce. O gelo é formado abaixo do ponto de congelamento normal e permanece líquido até uma temperatura mais fria.
Isso é chamado de depressão do ponto de congelamento e é a diminuição do ponto de congelamento de um solvente devido à presença de partículas de soluto. Quando um soluto é dissolvido em um solvente, a mudança na temperatura de congelamento é facilmente calculada usando a seguinte equação:
 |
Vamos examinar esta equação. A primeira coisa a notar é o sinal negativo; isso ocorre aqui porque o ponto de congelamento diminui, então a mudança na temperatura, ou Δ T , deve ser um número negativo.
O símbolo i se refere ao número de moléculas ou íons em que o soluto se divide quando se dissolve. Então, esperançosamente, você pode ver que quanto mais partículas ele se divide, maior será o efeito na mudança de temperatura.
K f é a constante de depressão do ponto de congelamento, e cada solvente tem seu próprio valor de K f . (E você ficará satisfeito em saber, você nunca terá que se lembrar desses valores; você sempre pode procurá-los.)
E o símbolo final é m , a molalidade da solução. Este é o número de moles de soluto por quilograma de solvente.
Então, vamos ver um exemplo:
- Quando 20 g de NaCl são adicionados a 100 g de água, qual é a mudança no ponto de congelamento da água? (K f = 1,86 ° C / m)
Ok, para resolver isso, vamos trazer de volta a equação da depressão do ponto de congelamento. Então, recebemos K f e precisamos descobrir m e i .
Em primeiro lugar, a molalidade: lembre-se de que este é o número de moles de soluto por quilograma de solvente. É a medida de concentração. (Não confunda isso com a molaridade mais comumente usada.)
Para calcular a molalidade, primeiro precisamos descobrir o número de moles de NaCl usando a massa e a massa molar. A massa molar de uma substância é geralmente dada como gramas de uma substância por mol. NaCl tem uma massa molar de 58,5 g por mole. Podemos multiplicar a massa de NaCl em nossa solução por um sobre a massa molar para obter o número de moles.
- Portanto, 20 g de NaCl * 1 mole NaCl / 58,5 g NaCl = 0,342 moles NaCl.
Em seguida, calculamos a massa do solvente em quilogramas:
- 100 g de água * 1 kg / 1000 g = 0,1000 kg de água
- m = 0,342 moles NaCl / 0,1000 kg de água = 3,42 m
Para descobrir i , precisamos nos lembrar de como o NaCl se dissolve. O NaCl é iônico e se decompõe em íons em uma solução.
- Para cada molécula de NaCl, um íon Na + e um íon Cl – são formados.
- Portanto, i = 2.
Agora, podemos simplesmente colocar as informações de volta em nossa equação de depressão do ponto de congelamento. Então nós temos:
- ΔT = -2 * 1,86 ° C / m * 3,42 m = -12,7 ° C
Uau, isso é uma diminuição! Em vez de congelar a 0 graus, esta água salgada não congela até atingir quase -13 graus. Não admira que o sal funcione tão bem nas estradas.
Encontrando a massa molar
Agora que você sabe como usar esta equação para determinar a mudança no ponto de congelamento, pode inverter a equação e usar os dados de depressão do ponto de congelamento fornecidos para calcular a massa molar de uma substância desconhecida. Vamos fazer isso agora:
- Você tem uma solução de 500 g de água que contém 10 g de um soluto não iônico desconhecido. Seu ponto de congelamento é de -0,5 ° C. Qual é a massa molar da substância desconhecida? (O K f da água é 1,86 ° C / m)
Para descobrir a massa molar, devemos calcular a concentração da solução. Iremos passo a passo para que você veja como chegamos lá. Em primeiro lugar, vamos calcular a mudança no ponto de congelamento do solvente puro:
- Sabemos que o ponto de congelação da água pura é de 0 ° C , de modo que -0,5 ° C – 0 ° C = -0,5 ° C .
Este é simplesmente o ponto de congelamento da solução menos o ponto de congelamento do solvente puro.
Em segundo lugar, vamos calcular a molalidade usando Δ T = -i * K f * m . Agora, caso você esteja se perguntando onde o i foi, estamos trabalhando com um soluto não-iônico e assim i = 1 e pode ser ignorado em nossos cálculos. Podemos inverter a equação para que:
- m = – (-0,5 ° C ) / 1,86 ° C / m = 0,269 m
Não vou arredondar nesta fase, mas vamos deixá-lo (0,269 m ) com três algarismos significativos por agora.
Agora, podemos calcular o número de moles de soluto. Então, agora que você tem a molalidade, você sabe:
 |
- molalidade = moles de soluto / massa de solvente em kg
Podemos mudar esta equação para resolver os moles de soluto:
- moles de soluto = molalidade * massa de solvente em kg
- Assim, moles de soluto = 0,269 m * 0,5000 kg = 0,135 moles
E, finalmente, podemos calcular a massa molar. Você sabe disso:
- massa molar = os gramas de uma substância por mol
- Então, massa molar = 10 g / 0,135 moles
- E a massa molar da substância desconhecida = 74,1 g / mol.
Woohoo, terminamos!
Resumo da lição
Ok, vamos dar uma olhada no que aprendemos:
Uma propriedade coligativa é uma propriedade que depende do número de partículas de soluto em uma solução e não da identidade de um soluto. A redução da pressão de vapor, elevação do ponto de ebulição, depressão do ponto de congelamento e pressão osmótica são exemplos de propriedades coligativas.
Nesta lição, focamos na depressão do ponto de congelamento , que é a diminuição no ponto de congelamento de um solvente devido à presença de partículas de soluto. Pode ser calculado pela equação:
- ΔT = -i * K f * m , onde i é o número de partículas de soluto dissolvidas na solução, K f é a constante de depressão do ponto de congelamento e m é a molalidade .
Finalmente, vimos como os dados da depressão do ponto de congelamento podem ser usados para determinar a massa molar de uma substância desconhecida.