Propriedades coligativas: definição e fundamento termodinâmico

 O que são propriedades coligativas

Você já reparou que ao se adicionar açúcar ou sal à água fervente ela para de ferver? Ou que a água do mar ferve acima de 100 °C? Ou já viu que, nos países onda neva muito, é comum jogar sal nas estradas para evitar que elas fiquem muito escorregadias? Pois é, todos esses fenômenos têm a ver com as chamadas propriedades coligativas.

Propriedades coligativas são propriedades de soluções que dependem apenas da quantidade de partículas (moléculas, íons, etc.) na solução e independem da identidade do soluto (soluções de glicose e sacarose, de mesma concentração molal, por exemplo, apresentam as mesmas propriedades coligativas). Uma maneira fácil de não se esquecer essa definição é se lembrar do termo “coligação”, muito utilizado em campanhas políticas, que designa um conjunto de partidos diferentes. Analogamente, as propriedades coligativas são propriedades de um conjunto de partículas diferentes (soluto e solvente).

As propriedades coligativas são: abaixamento do ponto de fusão, também denominado de abaixamento crioscópico; elevação do ponto de ebulição, também chamado de elevação ebulioscópica; e pressão osmótica. Alguns livros também mencionam o abaixamento da pressão de vapor como uma propriedade coligativa, mas esse fenômeno está implícito na elevação ebulioscópica.

Qual é a origem das propriedades coligativas

Todas as propriedades coligativas têm origem no abaixamento do potencial químico provocado pela adição de um soluto. Os detalhes matemáticos e as definições mais avançadas são apresentas nos vídeos sobre a Lei de Raoult, que mostra como a adição de soluto reduz o potencial químico do solvente, e sobre o potencial químico, que apresenta uma definição detalhada sobre essa propriedade.

A figura abaixo representa de maneira bastante didática o surgimento do abaixamento crioscópico e da elevação ebulioscópica. Nessa figura o ponto de ebulição do líquido puro corresponde à intersecção entre a reta do estado líquido e reta do estado gasoso. Por sua vez, o ponto de fusão do líquido puro corresponde à intersecção entre as retas do estado sólido com a do estado líquido.

Quando se adiciona um soluto ao líquido o potencial químico do solvente diminui. Portanto, o potencial químico da solução é representado por uma reta abaixo da reta do líquido puro. O ponto de congelamento da solução corresponde à intersecção da reta da solução com o estado sólido, e, semelhantemente, o ponto de ebulição da solução corresponde à intersecção da reta da solução com a reta do estado gasoso. Observa-se, assim, que o ponto de ebulição aumentou e o ponto de congelamento diminuiu. Um detalhe importante a se destacar é que, nessa representação e nas equações que serão apresentadas a seguir, considera-se que o soluto não é volátil e não forma solução sólida com o solvente. Caso assim não fosse, os potenciais químicos das fases sólida e gasosa também se alterariam e a situação seria diferente da mostrada na figura.

Analisando as diferenças entre os pontos de ebulição do líquido puro e da solução é possível derivar a seguinte equação (veja os detalhes neste vídeo):

em que b é a molalidade (número de mols do soluto pela massa de solvente em quilogramas), e K é uma constante - constante crioscópica ou ebulioscópica, dependendo do processo em análise – cujo valor depende apenas do solvente. A equação acima também pode ser escrita como:

em que nB é o número de mols do soluto, mA é a massa de solvente. Segundo essa equação a variação da temperatura de transição de fase de um dado solvente depende apenas da quantidade de mols de soluto por quilograma de solvente e independe da identidade do soluto.

Agora você já sabe explicar os fenômenos mencionados no início deste artigo. A água para de ferve quando se adiciona um soluto porque o seu ponto de ebulição aumenta. Pelo mesmo motivo a água do mar, que contém muitos sais dissolvidos, ferve acima de 100 °C. Por fim, ao se adicionar sal à água em congelamento, o ponto de congelamento diminui o que evita a formação de escorregadias camadas de gelo nas estradas.

Para mais detalhes, assista ao vídeo abaixo: