Propriedades coligativas: quais são, características e aplicações

As propriedades coligativas estão presentes em mais fenômenos do dia a dia do que você imagina! Elas podem ser descritas como transformações que ocorrem quando adicionamos um soluto, como sal ou açúcar, a um solvente, por exemplo, a água.

Além disso, ajudam a explicar porque a água pura congela a uma temperatura específica ou mesmo porque a adição de sal faz com que o gelo derreta mais lentamente. E assim, é a partir delas que podemos entender uma série de fenômenos cotidianos.

Nessa publicação, você irá conhecer as principais propriedades coligativas e como podem aparecer em processos seletivos, como nos vestibulares e no Enem. Vamos nessa?

O que são propriedades coligativas

As propriedades coligativas são propriedades das soluções que se alteram conforme a quantidade de soluto presente, sem levar em conta sua composição molecular ou iônica.

Essas mudanças são determinadas pelo número de partículas do soluto e não pela sua natureza. Assim, seja sal de cozinha ou qualquer outra substância, as propriedades coligativas se manifestam de maneira similar.

Entenda os conceitos de solução, soluto e solvente

Para falarmos sobre as propriedades coligativas, é importante conhecer os conceitos de solução, soluto e solvente.

Uma solução é uma mistura homogênea de duas ou mais substâncias. Ela é formada pela combinação de um ou mais solutos em um solvente.

A solução resultante é uniforme em sua composição, o que significa que não é possível distinguir as substâncias individuais a olho nu. Um exemplo é a água salgada, na qual o sal está dissolvido na água.

O soluto é a substância que está sendo dissolvida na solução, em outras palavras, é a parte da solução que está presente em menor quantidade, pode ser sólida, líquida ou gasosa. No exemplo da água salgada, o sal é o soluto.

O solvente é a substância na qual o soluto é dissolvido para formar a solução. Ou seja, é a parte da solução presente em maior quantidade, geralmente é um líquido. Na água salgada, a água é o solvente.

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Principais propriedades coligativas

Agora, vamos abordar as principais propriedades coligativas: tonoscopia, ebulioscopia, crioscopia e osmometria.

Tonoscopia

A tonoscopia é a propriedade coligativa que estuda a diminuição da pressão de vapor quando um soluto não volátil é adicionado em solução. Vamos analisar as figuras:

Na primeira figura, temos um recipiente fechado com água pura ilustrando o equilíbrio dinâmico entre a fase vapor e a fase condensada.

Agora, repare que na segunda imagem, com adição do soluto, a quantidade de partículas na fase vapor é menor se comparada à fase condensada. Isto ocorre em função das interações entre o soluto e solvente, de forma que uma menor quantidade de partículas de água fique disponível para passar espontaneamente para fase vapor.

A pressão de vapor de uma solução é sempre menor do que quando comparada com o solvente puro.

Além disso, quanto maior o número de partículas, mais pronunciado é o efeito coligativo. Logo, quanto maior a concentração de soluto, mais pronunciado será o efeito tonoscópico e menor será a pressão de vapor do solvente.

Veja a relação na tabela a seguir:

Sistema	Pressão de vapor a 30ºC (mmHg) Á
Água	31,82
Solução de glicose 1 mol/L	31,26
Solução de glicose 2 mol/L	30,70
Solução de glicose 3 mol/L	30,12

Mas, afinal, o quão menor será a pressão de vapor? É possível calcular através da Lei de Raoult.

Essa expressão matemática relaciona a variação da pressão de vapor do sistema com a fração molar do soluto, a pressão de vapor do solvente puro e o fator de correção de Van't Hoff.

ΔP = X_soluto · P_vapor · 𝑖

Ebulioscopia

A ebulioscopia é a propriedades coligativa que estuda o aumento da temperatura de ebulição de um solvente quando um soluto não volátil é adicionado em solução.

Como já vimos na tonoscopia, com a adição de um soluto não volátil, ocorre uma diminuição da pressão de vapor. Mas, qual a ligação da pressão de vapor com a temperatura de ebulição de um solvente?

Um determinado líquido entra em ebulição quando a pressão de vapor do sistema se iguala à pressão exercida sobre ele. Logo, se a pressão de vapor (PV) do solvente diminui, é necessário temperaturas mais altas para gerar o aumento gradativo da pressão de vapor até que se iguale à pressão externa, dando início ao processo de ebulição.

Assim como podemos quantificar a variação da pressão de vapor na tonoscopia, também é possível calcular o quanto irá variar a temperatura de ebulição.

Para isso, utiliza-se uma expressão matemática que relaciona a variação da temperatura com a molalidade (𝑊), com uma constante, chamada de constante ebulioscópica, K_e e o fator de correção de Van't Hoff.

ΔT_e = W · K_e · 𝑖

Crioscopia

A crioscopia é a propriedades coligativa que estuda a diminuição da temperatura de congelamento de um solvente quando um soluto não volátil é adicionado em solução.

A temperatura de congelamento á atingida quando a substância inicia o processo de cristalização, ordenando as moléculas para que ocorra a passagem do estado líquido para o sólido.

Quando um soluto não volátil é adicionado ao solvente, o processo de cristalização é dificultado, sendo necessárias temperaturas menores para que a solidificação ocorra.

Assim como na ebulioscopia, a quantificação da variação da temperatura de congelamento pode ser obtida através de uma expressão que relaciona a molalidade da solução, o fator de correção de Van’t Hoff e uma constante.

Porém, na crioscopia, tal constante será chamada de constante crioscópica e representada por K_c:

ΔT_c = W · K_c · 𝑖

Osmometria (osmose)

A osmometria é uma das propriedades coligativas mais importantes. Para entendê-la, vamos usar como exemplo um sistema separado por uma membrana semipermeável.

Do lado esquerdo, há uma solução aquosa com glicose e do lado direito, há água pura.

Com o passar do tempo, ocorre a passagem de água pela membrana em ambos os sentidos.

Entretanto, o fluxo de água passando da direita para a esquerda é muito maior, de forma que o volume da solução de glicose aumente e o da água pura, do lado direito, diminua.

Esse processo ocorre em função da diferença de concentração entre os recipientes, de forma que a passagem de água ocorra espontaneamente até que as concentrações se igualem e o equilíbrio do sistema seja alcançado.

O processo de passagem espontânea do solvente de um sistema menos concentrado para o mais concentrado é chamado de osmose.

Como mencionamos, a água passa espontaneamente pela membrana semipermeável gerando uma pressão no sistema. Esse processo pode ser impedido com a aplicação de uma pressão contrária ao movimento da água, chamada de pressão osmótica (π).

O valor da pressão osmótica pode ser calculado através de uma equação que relaciona a concentração do soluto em solução ([ ]), a constante universal dos gases (𝑅) e a temperatura do sistema (𝑇).

Além disso, é necessário multiplicá-la pelo fator de correção de Van’t Hoff, 𝑖, para adequação do número de partículas em solução. Então, temos a fórmula:

𝜋 = [ ] · 𝑅 · 𝑇 · 𝑖

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Como aplicamos as propriedades coligativas no cotidiano

As propriedades coligativas têm grande importância no cotidiano, afetando uma variedade de processos e aspectos do ambiente. Vamos explorar alguns exemplos dessas influências.

Por que se joga sal no gelo em estradas?

Em regiões onde ocorrem nevascas, podemos observar o fenômeno da crioscopia. É comum o uso de sal para derreter o gelo das estradas e calçadas. Isso ocorre porque, quando o sal é adicionado à água, ele diminui o ponto em que a água irá congelar.

Portanto, mesmo que a temperatura ambiente esteja abaixo de 0°C, a água salgada continuará líquida, retardando o congelamento e facilitando a remoção do gelo.

Como o sal na água faz ela ferver mais rápido?

Nessa situação, temos duas propriedades coligativas em ação: a ebulioscopia e a tonoscopia.

Como aprendemos na ebulioscopia, ao adicionar sal à água antes de cozinhar alimentos, você aumenta o ponto de ebulição. Isso significa que a água precisará atingir uma temperatura mais alta para mudar de estado físico.

Assim, os alimentos cozinham em temperaturas mais elevadas e mais rapidamente do que se fossem cozidos em água pura. Isso é especialmente útil para alimentos que requerem um tempo de cozimento maior.

Mas a tonoscopia também está envolvida nesse processo! Isso porque o sal reduz a pressão de vapor da água, o que aumenta o ponto de ebulição, e pode resultar em alimentos cozidos mais rapidamente e em um sabor ligeiramente diferente devido à presença do sal.

Como é possível conservar alimentos por mais tempo?

A osmose é frequentemente utilizada na conservação de alimentos, como na preparação de conservas e geleias.

Quando você adiciona açúcar a frutas ou outros alimentos, cria-se uma solução com uma pressão osmótica mais elevada do que a do meio ambiente.

Isso faz com que a água dentro dos alimentos seja puxada para fora por osmose, reduzindo a quantidade de água disponível para as bactérias e microrganismos que causam a deterioração dos alimentos.

Assim sendo, as frutas e os legumes preservados dessa forma tendem a durar mais tempo.

Resumo: propriedades coligativas

• Propriedades coligativas são transformações em soluções devido à adição de soluto ao solvente, independentemente da natureza do soluto;
• Soluto é a substância presente em menor quantidade na solução, enquanto o solvente é a substância em maior quantidade;
• As principais propriedades coligativas são tonoscopia, ebulioscopia, crioscopia e osmometria;
• Tonoscopia estuda a diminuição da pressão de vapor em soluções;
• A ebulioscopia analisa o aumento da temperatura de ebulição de solventes quando um soluto não volátil é adicionado à solução;
• Crioscopia investiga a diminuição da temperatura de congelamento em soluções;
• Osmometria (osmose) estuda a passagem de solvente de uma solução menos concentrada para uma mais concentrada através de uma membrana semipermeável;
• Propriedades coligativas têm aplicações práticas, como derreter gelo, cozinhar alimentos mais rapidamente e conservá-los por mais tempo.

Como as propriedades coligativas caem no Enem e vestibulares

Nas questões dos vestibulares e do Enem, as propriedades coligativas não costumam ser tão recorrentes, no entanto, é sempre bom estar preparado caso elas apareçam.

De modo geral, as questões fazem uma mistura entre os conceitos e as aplicações no cotidiano. Vamos conferir alguns exemplos!

Exemplo de questão no vestibular

(Uece 2023) Nos carrinhos de venda, os picolés estão contidos em uma caixa que está mergulhada em uma solução de sal de cozinha para evitar o seu derretimento. A propriedade que explica a manutenção dos picolés no estado sólido é a

a) ebulioscopia.

b) osmometria.

c) tonoscopia.

d) crioscopia.

Resposta: [D]
A crioscopia é a propriedade que explica melhor a manutenção dos picolés durante o estado sólido. Tendo em vista que ocorre uma diminuição na temperatura de refrigeração da solução salina devido à decomposição de partículas.

Exemplo de questão no Enem

(Enem 2017) Uma das estratégias para conservação de alimentos é o salgamento, adição de cloreto de sódio (NaCl), historicamente utilizado por tropeiros, vaqueiros e sertanejos para conservar carnes de boi, porco e peixe. O que ocorre com as células presentes nos alimentos preservados com essa técnica?

a) O sal adicionado diminui a concentração de solutos em seu interior.

b) O sal adicionado desorganiza e destrói suas membranas plasmáticas.

c) A adição de sal altera as propriedades de suas membranas plasmáticas.

d) Os íons Na⁺ e Cl^- provenientes da dissociação do sal entram livremente nelas.

e) A grande concentração de sal no meio extracelular provoca a saída de água de dentro delas.

Resolução: [E]
O salgamento das carnes funciona como conservante por se tratar de um ambiente fortemente hipertônico que provoca a desidratação osmótica dos alimentos e dos microrganismos decompositores.