Soluções e Propriedades Coligativas
Química - estudo da composição, propriedades e transformação da matéria, ou seja, de tudo o que tem massa e volume, qualquer que seja o seu estado físico (sólido, líquido ou gasoso).
A água pode ser encontrada sob os três estados físicos existentes: sólido, líquido e gasoso.
Fig. 1 - Estados físicos da água
Aquando da mudança do estado físico da água há mudança das ligações intermoleculares mas não da sua composição:
Fig.2 - Mudança do estado fisico da água
Reacção Química - conversão de uma substância noutra por alteração das ligações entre as moléculas, átomos ou iões.
Fig.3 - Exemplo de uma reacção química
Uma substância pode ser constituída por um único elemento ou por diversos elementos, como mostra a figura:
Fig. 4 - Constituição de diversas substâncias
Equilíbrios químicos - as reacções químicos requerem um acerto da sua estequiometria, ou seja, o número de átomos de uma dada espécie de um lado da reacção tem de ser igual ao número de átomos dessa espécie do outro lado da reacção, pois, numa reacção química normal, não existe criação nem destruição de átomos.
Fig. 5 - Representação dos coeficientes estequiométricos numa reacção química
Por vezes, numa reacção química entre os reagentes e os produtos pode aparecer uma seta dupla, o que indica que a reacção se pode dar no sentido directo (da esquerda para a direita) ou no sentido inverso (da direita para a esquerda):
Quando a velocidade de uma reacção é igual no sentido directo e no sentido inverso, diz-se que a reacção está em equilíbrio. Nesta situação, a concentração dos reagentes é igual à dos produtos:
Fig. 6 - Cálculo da constante de equilíbrio
Quando K > 1 : a concentração dos produtos é maior que a dos reagentes, o equilíbrio está desviado para a direita;
Quando K < 1 : a concentração dos reagentes é maior que a dos produtos, o equilíbrio está desviado para a esquerda.
Princípio de Le Chatelier - se se introduzir uma perturbação num sistema em equilíbrio, o sistema vai deslocar o equilíbrio no sentido de compensar essa perturbação. Ou seja, as concentrações do produtos e reagentes vão variar mas a constante de equilíbrio irá se manter.
O Calor é uma forma de energia que pode ser absorvida ou libertada durante uma reacção química:
- reacções exotérmicas - libertam energia;
- reacções endotérmicas - absorvem energia.
Esta energia, segundo a Lei da Conservação de Energia, não é criada mas está sim, armazenada nos reagentes de uma reacção. A esta energia dá-se o nome de Entalpia (H).
A entalpia varia durante uma reacção: se o valor da sua variação for positivo significa que a reacção é endotérmica, se for negativo significa que esta é exotérmica. Esta variação é medida em kcal/mol.
Variação de temperatura:
Se houver um aumento de temperatura numa reacção endotérmica esta desloca-se para a direita, se a reacção for exotérmica, a deslocação dá-se a favor da reacção inversa.
Variação de pressão:
Quando as substâncias de uma reacção se encontram no estado gasoso, um aumento da pressão faz com que esta se desloque no sentido de diminuir o número de moles, por outro lado, uma diminuição da pressão desloca a reacção o equilíbrio no sentido de aumentar o número de moles.
Soluções
Fig. 7 - Misturas de várias substâncias
As soluções aquosas podem ter a capacidade de conduzir electricidade, neste caso designam-se por electrólitos. Isto acontece porque contêm iões. Se a solução aquosa for constituída apenas por moléculas neutras não conduz electricidade.
Os iões podem ser aniões se a sua carga for negativa ou catiões se a sua carga for positiva.
Fig. 8 - Comparação entre um electrólito e um não electrólito
Solubilidade - define-se como a quantidade de soluto capaz de se dissolver numa certa quantidade de solução (solvente).
Uma solução diz-se saturada quando contém a sua quantidade máxima de soluto capaz de se dissolver, se se colocar mais este irá ficar no estado sólido.
Existem substância incapazes de se dissolverem noutras, como por exemplo, a água e o azeite. Isto deve-se à polaridade destas substâncias. A água é uma molécula polar e o azeite apolar. As substâncias polares são apenas solúveis em solventes polares e as substâncias apolares em solventes apolares.
Uma substância é solúvel quando as moléculas que a constituem estabelecem ligações com as moléculas do solvente.
Solvatação - processo em que um soluto fica envolvido em moléculas de solvente.
Fig. 9 - Substâncias solúveis e insolúveis em água
Variação da solubilidade com a temperatura:
- a solubilidade das substâncias sólidas aumenta com o aumento da temperatura;
- a solubilidade dos gases em líquidos diminui com o aumento da temperatura.
Variação da solubilidade com a pressão:
- não existe qualquer variação da solubilidade de substâncias sólidas;
- a solubilidade dos gases em líquidos aumenta com o aumento da pressão.
Fig. 10 - Variação da solubilidade com a pressão
Propriedades coligativas
Propriedades de uma solução que dependem da concentração do soluto e não do tipo de soluto:
- Diminuição da pressão de vapor - uma solução que contém um soluto não volátil apresenta uma pressão de vapor menor à do solvente em estado puro, ou seja, há menos moléculas de solvente a passar ao estado de vapor. A pressão de vapor diminui com o aumento da concentração de soluto.
Fig. 11 - Diferença da quantidade de moléculas de solvente em relação à concentração de soluto
- Elevação do ponto de ebulição (ebuliscopia) - uma solução que contém um soluto não volátil tem uma ponto de ebulição maior que o ponto de ebulição do solvente se estivesse em estado puro. O ponto de ebulição aumenta com o aumento da concentração de soluto.
- Diminuição do ponto de fusão (crioscopia) - um solução que contém um soluto não volátil apresenta um ponto de fusão menor ao do solvente em estado puro.
- Pressão osmótica - a osmose é a passagem de pequenas moléculas (como a água) através de uma membrana semi-permeável, de uma solução de baixa concentração de soluto para uma solução de elevada concentração de soluto.
Fig. 12 - Modo de acção da osmose
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