As prop proprie rieda dade dess de elev elevaç ação ão do pont pontoo de ebul ebuliçã içãoo (ele (eleva vaçã çãoo ebul ebulios ioscó cópi pica ca), ), o abaixamento do ponto de congelamento (abaixamento crioscópico) e a pressão osmótica, todas provocadas pela presença de um soluto no solvente. Em soluções diluídas, estas propriedade propriedadess dependem dependem exclusiv exclusivamen amente te do número número de partículas partículas do soluto soluto presente presente e não da natureza das partículas. Por isso, essas propriedades são chamadas de propriedades coligativas ou coletivas (significa que “dependem do conjunto” e não do indivíduo). [1] Para derivar as equações que descrevem esses fenômenos, admitem-se três suposições: 1) o soluto não seja volátil, de modo que ele não contribui para o vapor da solução; 2) o soluto não se dissolve no solvente sólido, ou seja, o solvente sólido puro se separa quando a solução é congelada. [1] Todas essas propriedades provêm da diminuição do potencial químico do solvente líquido provocado provocado pela presença presença do soluto. A redução redução faz este potencial potencial passar de µ A*, quando o solvente está puro, para µ A*+ RT ln XA, quando o soluto presente está presente (ln x A é negativo, pois xA<1). Não há nenhuma influência direta do soluto sobre o potencial químico do solvente na fase de vapor ou do solvente sólido, pois não existe soluto o vapor ou no sólido, pelas hipóteses adotadas. A Figura 1 apresenta a redução do potencial químico do solvente implica que o equilíbrio líquido-vapor ocorra em temperaturas maiores (o ponto de ebulição do solvente se eleva) e que o equilíbrio sólido- líquido ocorra em temperaturas menores (o ponto de congelamento do solvente fica menor). Esse abai abaixa xame ment ntoo do pote potenc ncia iall quím químic icoo do líqui líquido do tem tem efei efeito to maio maiorr sobr sobree o pont pontoo de congelamento em virtude dos ângulos de interseção das retas. [1]
Figura 1: Representação gráfica do potencial químico do solvente na presença do soluto. Fonte: Atkins Fonte: Atkins 2002 2002
Uma das propriedades coligativas é o abaixamento do ponto de congelamento, as pessoas que moram em clima frio é testemunha de um exemplo de abaixamento no ponto de congelamento: no inverno, o gelo nas estradas e nas calçadas derrete-se prontamente quando se joga um pouco de sal sobre ele. Este método de derretimento abaixa o ponto de congelamento da água. Outro exemplo é o composto orgânico etilenoglicol que é um anticogelante comum de automóvel e para remover camadas de gelo sobre aviões. [1], [2] Uma análise termodinâmica do abaixamento no ponto de congelamento é feita para a elevação do ponto de ebulição. Neste caso considera-se que o equilíbrio heterogêneo ocorre entre um solvente A puro, sólido, e a solução com o soluto presente numa fração molar xB. No ponto de congelamento, os potenciais químicos de A nas duas fases são iguais: Neste Neste caso no caso do cálculo deve-se deve-se considerar considerar o potencial químico químico do sólido puro em lugar do potencial químico de vapor puro. Portanto, pode-se escrever que:
onde ∆T é abaixamento do ponto de congelamento e
∆fusH
é o entalpia molar de fusão do
solvente. Os abaixamentos maiores são obervados para solventes que têm entalpias de fusão baixas e pontos de fusão elevados. Quando a solução é diluída, a fração molar é proporciona proporcionall à molalidade molalidade do soluto, soluto, b, e é comum comum escrever-se escrever-se a equação equação anterior anterior na forma ∆T = K b, no qual K f f e a constante crioscópica. Sendo conhecida a constante f f crioscópica do solvente, o abaixamento crioscópico pode ser usado para medir a massa molar do soluto; esta técnica é conhecida como crioscopia. [1]
O fenômeno de abaixamento do ponto de congelamento pode também ser entendido estudando a Figura 2 a seguir:
Figura 2: Representação do Diagrama de fases da água pura (linhas vermelhas contínuas)
e da água numa solução aquosa com um solvente não volátil (linhas vermelhas tracejadas) Fonte: Chang Chang (2008) (2008)
Observa-se na Figura 2 que a 1 atm, o pondo de congelamento da solução se localiza no ponto de intersecçã intersecçãoo da linha tracejada tracejada (entre as fases sólido e líquido) líquido) e a linha horizontal a 1 atm. É interessante notar que, enquanto o soluto deve ser não volátil no caso da elevação do ponto de ebulição, tal restrição não se aplica ao abaixamento de congelamento. Uma prova dessa afirmação está no uso do etanol (P.E. =361,65 K) como anticongelante. [2] Para Para deter determina mina-se -se exper experime imenta ntalme lmente nte a temper temperatu atura ra de conge congelam lament entoo de um solvente puro e de uma solução os líquidos a serem analisados tem que ser avaliados separadamente, no qual, tais líquidos foram colocados em um frasco de congelamento. Inicialmente analisa-se o solvente puro. O solvente foi colocado no tubo interno do sistema, estando o termômetro em contato com o líquido de análise, iniciou-se o processo de medida da temperatura quando esta atingiu aproximadamente 15 °C, tal medida tem que ser em função do tempo de contato de 60 em 60 segundos. A cada minuto anota-se a temperatura em que o líquido em análise atingia o estado de congelamento, todas as
temperaturas tem que ser registradas até o momento em que o solvente atinja o estado de congelamento, ou seja, mudou-se do estado líquido para o estado sólido, no caso, gelo. Com os dados obtidos é possível montar um gráfico do tempo em função da temperatura obtida a cada 60 segundos. A partir desse gráfico pode-se obter o ponto de congelamento do solvente, para isso relaciona-se o gráfico encontrado, com os gráficos mostrados na Figura 3, que correspondem a ao comportamento teórico da curva de resfriamento de um solvente puro.
Figura 3: Representação gráfica teórica (A e B) das curvas de resfriamento para
um solvente puro. [3]
Para a determinação do ponto de congelamento de um sal ou composto molecular utilizase o mesmo processo descrito anteriormente, porem para a determinação da massa molar do sal ou composto é usado a formula:
ΔT – Temp. do solvente – Temp. da solução, dados em Kelvin; i – Fator Fator de vant’Ho vant’Hoff; ff;
Kc – Constante Crioscópica da Água; Massa do Soluto Soluto – quantidade de sal em Kg, necessária para a preparação da solução;
MM soluto soluto – valor a ser determinado; Massa do solvente solvente – massa do solvente.
O valor de ΔT é encontrado utilizando-se a temperatura de congelamento do solvente, e a temperatura de congelamento da solução do sal, tem-se: ΔT = Temp. do solvente – Temp. da solução. A partir desses dados encontra-se a massa molar do sal estudado, para saber se o resultado foi satisfa satisfatór tório io tal valor valor é compar comparado ado com a massa massa molar teórica teórica do sal. sal. Para Para isso, isso, encontra-se o erro relativo: Erro relativo = | Valor Teórico – Valor Experimental | / | Valor Teórico | x 100 %
Referências Referências Bibliográficas Bibliográficas
[1] ATKINS, P. e PAULA, J de. Físico- Química. 7 ª ed. Rio de Janeiro: LTC- Livros Técnicos e Científicos, v. 1, p. 180- 183, 2002. químicas e biológicas. 3 ª ed. [2] CHANG, Raymond. Físico Química para as ciências químicas
São Paulo: McGraw-Hill, v. 1. p. 232-235, 2008. [3] [3] Cano Canobr bre, e, S. C. Roteir Roteiro o de Labor Laborató atório rio:: Expe Experim rimen ento to 8 – De Dete term rmina inaçã çãoo do Abaixamento do Ponto de Congelamento. Universidade Federal de Uberlândia, 2012.
UFU - UNIVERSIDADE UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA INSTITUTO DE QUÍMICA
MARIANE PEREIRA DE OLIVEIRA
TRABALHO TRABALHO DE DETERMINAÇÃO DO ABAIXAMENTO DO PONTO DE CONGELAMENTO CONGELAMENTO
Trabalho apresentado como requisito de avaliação avaliação para a disciplina disciplina de FísicoQuímica Experimental Experimental do sétimo período do curso de Licenciatura em Química a ser avaliado avaliado pela Professora Dra. Sheila Cristina Canobre.
UBERLANDIA SETEMBRO DE 2012
