Apostila de Físico-Química.pdf
-
Upload
jeovandro-maria-beltrame -
Category
Documents
-
view
338 -
download
4
Transcript of Apostila de Físico-Química.pdf
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
1/74
Curso: Processos Industriais Mdulo: I Carga Horria: 60h.
Docente: Janeide Reis Turno: Turma: nicaDiscente:
Centro de Educao Tecnolgica do Estado da BahiaUnidade de Camaari
PDF processed with CutePDF evaluation edition www.CutePDF.com
http://www.cutepdf.com/http://www.cutepdf.com/ -
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
2/74
1
Centro de Educao Tecnolgica do Estado da BahiaUnidade de Camaari
Sumrio
1.Estudo geral dos gases .................................................................................................................. 021.1.Variveis de estado e quantidade de substncia......................................................................... 021.2.Leis de Gases................................................................................................................................ 031.3. Equao de Clapeyron................................................................................................................. 061.4. Relaes entre gases ................................................................................................................. 071.5. Efuso e difuso de gases - Lei de Graham................................................................................ 091.6. Misturas gasosas - presso parcial (Lei de Dalton....................................................................... 092. Fundamentos da Termodinmica.................................................................................................... 12
3. Reaes Qumicas em soluo Aquosa.......................................................................................... 164.Disperses e Solues..................................................................................................................... 174.1.Soluo, disperso coloidal e suspenso...................................................................................... 184.2.Classificao das solues............................................................................................................ 194.3.Concentrao de Solues; Diluio de Solues; Mistura de Solues..................................... 215.Propriedades coligativas das solues ............................................................................................ 305.1.Presso de vapor e mudana de estado....................................................................................... 305.2. Relaes entre os efeitos coligativos........................................................................................... 346.Termoqumica .................................................................................................................................. 406.1.Classificao: Reao exotrmica e reao endotrmica............................................................. 41
6.2. Entalpia Padro (H).................................................................................................................. 43
6.3.Lei de Hess ................................................................................................................................... 456.4.Espontaneidade de uma reao.................................................................................................... 467.Cintica Qumica; ............................................................................................................................ 478.Equilbrio Qumico;........................................................................................................................... 559.Deslocamento de Equilbrio.............................................................................................................. 5710. Equilbrio Inico............................................................................................................................. 5711.Pilhas e Eletrolise; Oxido-Reduo ............................................................................................... 6212.Radioatividade; Leis das Emisses Radioativas e Meia Vida e Vida Mdia.................................. 6913. Bibliografia .................................................................................................................................... 73
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
3/74
2
Centro de Educao Tecnolgica do Estado da BahiaUnidade de Camaari
1.Estudo geral dos gases
1.1. Variveis de estado e quantidade de substncia
Para se estudar os gases, usa-se um modelo que denominado Gs Ideal ou Perfeito. Esse gs
hipottico. As variveis que caracterizam o estado de um gs so:
A) Volume(V) - Os gases no tm volume nem forma prprios. Por definio, o volume de um gs o
volume do recipiente que o contm.
B) Presso(P) - A presso de um gs devida aos choques das molculas contra as paredes do
recipiente.C) Temperatura(T) - o estado de agitao das partculas do gs. No estudo dos gases usa-se muito
a temperatura absoluta em Kelvin (K).
Essas variveis esto relacionadas com a quantidade de gs. Clapeyron (fsico francs)
estabeleceu que o quociente PV/T diretamente proporcional ao nmero n de moles de um gs. No
estado gasoso, as molculas encontram-se isoladas, separadas umas das outras por grandes
espaos vazios em relao ao seu tamanho e em contnuo movimento de translao, rotao e
vibrao e praticamente no h interao. Um gs tem a forma do recipiente onde est contido e
ocupa todo o espao limitado pelas paredes do recipiente. A teoria cintica dos gasesconsidera
estas molculas em contnuo movimento desordenado e colidindo umas com as outras e com as
paredes do recipiente que contm o gs.As colises das molculas entre si e contra as paredes do
recipiente que as contm so perfeitamente elsticas e de durao desprezvel. Os principais
parmetros de interpretao de um gs so a sua temperatura, em Kelvin (energia cintica das
molculas), e sua presso (impacto das molculas com o recipiente). "Em determinadas condies,
um gs real apresenta comportamento que se aproxima do previsto para o gs ideal."
As molculas no exercemfora umas sobre as outras,
exceto quando colidem.
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
4/74
3
Centro de Educao Tecnolgica do Estado da BahiaUnidade de Camaari
No caso de um gs, o volume o do recipiente que o contm. O volume pode ser expresso
atravs das unidades abaixo (mais comuns).
cm3= centmetro cbico mL = mililitro m3= metro cbico L = Litro
1 cm3= 1mL 1000 cm3= 1000 mL = 1 L 1000 L = 1 m3
A temperatura uma medida da energia cintica mdia de todas as molculas que
constituem o gs. Quanto mais alta a temperaturado gs, mais altasero as velocidades das
molculas que o formam. Na nossa escala cotidiana (celsius) esta temperatura corresponde a -
273C. Por isso, para converter a temperatura celsius em kelvin (temperatura absoluta), devemos
usar a relao abaixo.
T(K) = t(C) + 273
Por exemplo, 25 C correspondem a 298 K. A escala kelvin utilizada no estudo do
comportamento dos gases. Nos clculos envolvendo gases, costuma-se definir as condies normais
de temperatura e presso (CNTP), que seria o gs na temperatura de 0C (273 K) e 1 atm (760
mmHg) de presso.
A presso resultante da coliso das molculas do gs com as paredes do recipiente que o
contm, fora por unidade de rea. Normalmente a presso medida em atmosfera (atm), milmetros
de mercrio (mmHg), centmetros de mercrio (cmHg) ou torricelli (torr).
1 atm = 760 mmHg = 76 cmHg
1mmHg = 1 torr
1.2. Leis de gases (Transformaes gasosas)
A lei de Boyle-Mariotte estabelece que temperatura constante, a massa de um dado gs
ocupa um volume que inversamente proporcional presso exercida sobre o mesmo. Se a presso
dobrada, o volume cai para a metade. Se a presso cai para a metade, o volume dobra.
Transformaes gasosas temperatura constante so chamadas de isotrmicas.
O produto P.V = cte. Portanto, para o caso de um gs que sai de P1e V1e vai para P2e V2,
atravs de um processo isotrmico... P1. V1 = P2. V2
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
5/74
4
Centro de Educao Tecnolgica do Estado da BahiaUnidade de Camaari
A lei de Charles/Gay-Lussac estabelece que presso constante, o volume ocupado por uma
massa gasosa diretamente proporcional temperatura absoluta. Transformaes gasosas presso
constante so chamadas de isobricas. Se a temperatura do gs dobra, seu volume tambm dobrar.
Se a temperatura do gs cair para metade, o volume tambm cair para metade.
V / T = cte. Portanto, para o caso de um gs que sai de T1e V1e vai para T2e V2, atravs de um
processo isobrico... V1/ T1 = V2/ T2
Outra constatao de Charles/Gay-Lussac a de que volume constante, a presso exercida
por uma massa de gs diretamente proporcional temperatura absoluta. Transformaes gasosas
volume constante so chamadas de isocricas ouisovolumtricas. P / T = cte. Portanto, para o
caso de um gs que sai de T1e P1e vai para T2e P2, atravs de um processo isovolumtrico...
P1/ T1 = P2/ T2
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
6/74
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
7/74
6
Centro de Educao Tecnolgica do Estado da BahiaUnidade de Camaari
1.3. Equao de Clapeyron
As leis de Boyle-Mariotte, Charles/Gay-Lussac e de Avogadro possibilitam a obteno da
equao de estado de um gsouequao de Clapeyronque relaciona quantidade de mols de um
gs com presso, volume e temperatura, sendo Ra constante universal dos gases perfeitos.
onde R = 0,082 atm.L/mol.K ou 62,3 mmHg.L/mol.K (R pode ser dado em outras unidades) e n =
nmero de mols. A escolha da unidade da constante R depende da unidade de presso utilizada.
Atividade
1. Determinar a presso exercida por 9,6g de gs oxignio, contidos em um recipiente com
capacidade de 8,2 L a 27OC. R:0,9
2. Calcule a qual presso, em atm, 4,40g de dixido de carbono ocupam um volume de 44,8 L a
273OC. R:0,09
3. Qual a massa molecular de 135g de uma substncia gasosa que est dentro de um recipiente de
3 litros a uma presso de 5 atm e a uma temperatura de 27OC? R: 221,4
4. Um dos poluentes mais comuns o monxido de carbono. Uma amostra contendo 4 mols desse
gs exerce uma presso de 2,46 atm a 27OC. Nessas condies, determine o volume ocupado, em
litros, pelo gs. R:40
5.. (Unaerp-SP) O argnio um gs raro utilizado em solda, por arco voltaico, de peas de ao
inoxidvel. Qual a massa de argnio contida num cilindro de 9,84 L que, a 27O C, exerce uma
presso de 5 atm? R:80
6. Os sucos de frutas engarrafados encontrados nas prateleiras dos supermercados contm
conservantes qumicos, e um desses o dixido de enxofre (SO2), substncia gasosa nas condies
ambientes. Recentemente, os jornais, rdios e as TVs anunciaram a retirada de muitos desses
sucos do mercado, pelo fato de conterem um teor de conservante maior que o permitido
oficialmente. Qual a quantidade (em mol) de dixido de enxofre contido num recipiente de volume
igual a 1,0 L sob presso de 22,4 atm, mantido a 273K? R:1
7. Qual o volume de um balo contendo 44,0g de gs hlio, utilizado em parques de diverses ou
em propaganda, num dia em que a temperatura 32OC e a presso do balo 2,5 atm? R:110,04
8. (Cesgranrio-RJ) Num tanque de gs, havia 8,2 m3 de oxignio a 23O C e 2 atm de presso.
Tendo ocorrido um vazamento, verificou-se que a presso diminuiu em 0,5 atm. Que massa deoxignio foi perdida, em gramas, sabendo que a temperatura permaneceu constante? R:6400
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
8/74
7
Centro de Educao Tecnolgica do Estado da BahiaUnidade de Camaari
Gs idealou gs perfeito
um modelo terico. um gs que obedece s equaes pV/T = k e pV = nRT, com
exatido matemtica, ou seja, obedece rigorosamente aos postulados da teoria cintica dos gases, sleis de Boyle-Mariotte, Charles, Gay-Lussac, Equao geral de estado e Equao de Estado dos
gases. Na prtica, temos gases reais. Um gs real tende para o gs ideal quando a presso tende a
zero e a temperatura se eleva.
1.4. Relaes entre gases
Densidade absoluta de um gs nas CNTP: uma grandeza definida como a razo entre a massa eo volume ocupado por esta massa nas CNTP.
dCNTP=M
22,4
g/L
Densidade de um gs a uma presso p e temperatura T: a relao entre a massa (m) e o volumeocupado (V) e pode ser calculada a partir da Equao de Estado (Clapeyron): PV=nRT
d =pMRT
Densidade relativa de um gs A em relao a outro gs : Define-se como o quociente entre as
densidades absolutas dos gases A e B, na mesma Presso e Temperatura.
dA,B= MAMB
Densidade relativa de um gs A em relao ao ar: Define-se como o quociente entre a densidade
absoluta do gs A e a densidade do Ar, na mesma Presso e Temperatura.
dA,ar=MA
Mar
=MA
28,8
Converso de unidades de volume, presso e temperatura
m3
1 000
1 000
Lou dm3
1 000
1 000
mLou cm3
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
9/74
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
10/74
9
Centro de Educao Tecnolgica do Estado da BahiaUnidade de Camaari
1.5.Efuso e difuso de gases - Lei de Graham
Efuso de gases a passagem de um gs por pequenos orifcios, para um ambiente externo
de menor presso.Difuso de gases a mistura de gases quando colocados uns na presena de outros ou seja o
movimento espontneo de disseminao das molculas de uma substncia gasosa em outra
substncia, de modo a formar uma mistura homognea. Tambm se considera difuso a passagem de
uma substncia gasosa atravs de uma parede porosa.
Lei de Graham: As velocidades de efuso e de difuso so inversamente proporcionais s
razes quadradas de suas massas moleculares (ou de suas densidades).
V = k . 1
dDe mesmo modo pode-se calcular a velocidade de difuso do gs A em relao ao gs B pela
equao:
B
A
V
V=
A
B
d
d
Como a densidade para cada gs na mistura pode ser:
dA=pMART
B
A
V
V =
R.T
PM
R.T
PM
A
B
de onde vemB
A
V
V =
A
B
M
M
Quanto menor a massa molar do gs , maior ser a sua velocidade de efuso e difuso.
1.6. Misturas gasosas - presso parcial (Lei de Dalton)
As solues gasosas so aquelas em que o disperso em maior quantidade um gs.
Estudaremos neste tpico apenas as solues gasosas em que todos os seus constituintes so gases;
e chamaremos estas solues de misturas de gases visto que quase sempre tais misturas constituem
sistemas homogneos ou unifsicos.
dB=pMBRT
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
11/74
10
Centro de Educao Tecnolgica do Estado da BahiaUnidade de Camaari
importante observar que todas as relaes que vimos se referem teoria do gs ideal e,
portanto, dependem da quantidade de matria (n) do gs, mas no dependem do tipo de substncia
gasosa, so de ordem quantitativa e no qualitativa. Sendo assim, as relaes que valem para um
nico tipo de gs valem igualmente para misturas gasosas qualquer que seja sua composio. Ento a
equao de Clapeyron para mistura de gases ser escrita:
P.V = (nA+ nB+ nC) . R . T onde n total = nA+ nB+ nC para os gases A, B e C.
Frao molar, presso parcial, presso total, volume parcial e volume total
Frao molar de um gs A numa mistura (XA): Nmero de mols de A / nmero de mols demistura. XA = nA/ n total ; XB = nB/ n total ; XC = nC/ n totale onde XA+ XB+ XC= 1
Presso parcial de um gs A numa mistura: Frao molar de A x presso da mistura.
a presso exercida pelo gs A como se ele estivesse sozinho na mistura.
PA= XA. Ptotal
LEI DE DALTON: A presso total de uma mistura gasosa igual soma das presses parciaisdos gases que compem a mistura.
Ptotal= pA +pB+ pC + ......
Para os gases A e B temos que:
Gs A: PA.V = nA. R . T (I)
Gs B: PB.V = nB. R . T (II)
Mistura de gases A e B (PA + PB).V = (nA+ nB) . R . T
ou seja Ptotal.V = ntotal. R . T (III)
Dividindo-se a equao I e II, respectivamente, pela equao III, temos:
PA.V = nA. R . T (I) PB.V = nB. R . T. (II)
Ptotal
.V = ntotal
. R . T (III) Ptotal
.V = ntotal
. R . T (III)
PA. = nA. = XA PB. = nB= XB
Ptotal ntotal. Ptotal ntotal
% em presso parcial = frao molar em %: Deste modo, a presso parcial pode ser
expressa em porcentagem.
% em presso parcial = frao molar
100
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
12/74
11
Centro de Educao Tecnolgica do Estado da BahiaUnidade de Camaari
Volume parcial de um gs A numa mistura: o volume que teria o gs A se estivesse
submetido presso (total) da mistura, mesma temperatura.
LEI DE AMAGAT:O volume total de uma mistura gasosa igual soma dos volumes parciais
dos gases que compem a mistura.
Vtotal= vA +vB+ vC + ......
Seguindo a mesma deduo acima, temos que:
vA. = nA. = XA vB. = nB= XB
Vtotal ntotal. Vtotal ntotal
Quando expressa em porcentagem, tambm a porcentagem em volume do gs A na mistura.
% em volume parcial = frao molar em %:
% em volume parcial = frao molar
100
Massa molar aparente de uma mistura gasosa (Map)
Sendo a massa total de uma mistura a soma de todas as massas e o ntotala soma de todos asquantidades de matria de cada gs (n=m/M), a massa molar ser M = m/n.
PortantoMap= mtotal/ ntotal
Densidade de uma mistura gasosa a uma presso p e temperatura T:
d =pMapRT
Atividade
1. 30 mL de gs metano, a 25OC, so aquecidos a 35OC, presso constante. Calcule o novo
volume do gs. R:31
2. Uma amostra de nitrognio gasoso ocupa 20 mL, a 27OC e presso de 800 mmHg. Que
volume ocuparia a amostra a 0OC e 800 mmHg? R:18,2
3. Certa massa gasosa, mantida em um frasco fechado, tem presso igual a 190 mmHg a 27OC.
a qual temperatura (em OC) a presso esse gs no frasco fechado ser igual a 0,5 atm? R:327OC
4. Em um dia de inverno, temperatura de 0OC, foi colocada uma amostra de ar, presso de
1,0 atm, em um recipiente de volume constante. Transportando essa amostra para um ambiente de
60OC, que presso, em atm, ela apresentar? R:1,21
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
13/74
12
Centro de Educao Tecnolgica do Estado da BahiaUnidade de Camaari
5. Um menino deixou escapar um balo contendo 2 L de gs hlio, a 20OC e presso de 2
atm. Quando atingir uma altura em que sua presso seja 0,5 atm e sua temperatura 10OC, qual ser
o volume ocupado pelo gs aps a subida? R: 7,72
2. Fundamentos da Termodinmica
Termodinmica: Relaciona as trocas de energia entre um sistema (gasoso) e o meio externo.
Essas trocas podem acontecer envolvendo calor, energia interna e trabalho.
Considerando um gs, num sistema fechado, contido num cilindro provido de um mbolo que
pode se deslocar sem atrito. Ao aquecer o sistema, o gs se expande e desloca o mbolo para cima.
O calor fornecido provocou o deslocamento do mbolo e o sistema realizou um trabalho contra o meio
exterior. O calor e o trabalho correspondem as trocas de energia.
Trabalho realizado (), segundo a fsica, igual ao produto da fora exercida sobre o mbolo F
pelo seu deslocamento d; e a presso P exercida pelo gs igual ao quociente da fora exercida
sobre o mbolo e a sua rea S.
aquecimento
= |F| |d| ; e P = F / S tem-se = P. S. d e sabendo queS. d =V a variao de
volume, podemos concluir que o trabalho: = P (V)= P(V2-V1)
Como a presso sempre positiva, o trabalho realizado assume o sinal da variao do volume.
Na expanso gasosa: Se Vi < Vf ; AV>0; >0; o gs est cedendo energia, sob a forma de
trabalho realizado pelo gs, para o meio exterior; Na compresso gasosa: Se V1>Vf ; AV0).
O sistema libera calor para o meio exterior (processo exotrmico; Q
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
14/74
13
Centro de Educao Tecnolgica do Estado da BahiaUnidade de Camaari
P
Volume
1 Lei da Termodinmica: A quantidade de calor trocada pelo gs com o meio ambiente igual a
soma do trabalho realizado pelo gs durante a transformao e a variao de energia interna de
sofrida por este gs (Q = U+ ).
Princpio da Conservao da Energia:. A energia pode ser transformada, mas no pode ser
criada nem destruda.
Exemplo:
A quantidade de calor em 100 cal provoca a realizao de trabalho de 80 cal e a variao de
energia interna com 20 cal.
O Primeiro princpio da termodinmica evidencia que a variao de energia depende apenas
dos estados inicial e final, sem depender do caminho seguido entre esses estados.
1 caminho: Q e
Estado inicial Estado final Q Q ; mas Q = Q
2 caminho: Q e
Energia interna: a energia sob qualquer forma que o sistema tem armazenado. Podemos destacar a energiacintica de translao das partculas e a energia cintica de rotao das partculas. Da pode-se concluir que aenergia interna varia diretamente com a temperatura. Um sistema gasoso troca energia com o meio atravs de
calor e trabalho. A diferena entre eles corresponde variao de energia interna (U ).
U= Q ; Q = U+
U = variao de energia interna ; U em funo da Temperatura: U= 3/2 n R TQ =Quantidade de calor trocado;
= Trabalho Trocado;
Presso
V1 V2
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
15/74
14
Centro de Educao Tecnolgica do Estado da BahiaUnidade de Camaari
APLICAES DO PRIMEIRO PRINCPIO DA TERMODINMICA S TRANSFORMAESGASOSAS
Transformao Isotrmica (T=0): Ocorre a temperatura constante.
Pela 1 Lei da Termodinmica: Q = U+ , porm U= 3/2 n R Te neste caso U = 0,
ento Q = , indicando que todo calor trocado com o meio transformado em trabalho.
Em um sistema gasoso, se ocorrer uma expanso (processo endotrmico; Q>0) e realiza
trabalho sobre ele (>0).
Em um sistema gasoso, se ocorrer uma contrao (processo exotrmico; Q 0.
P3
P1
Volume
Transformao Isobrica (P=0): Ocorre a presso constante.
Pela 1 Lei : Q = U+ ; e neste caso se T2 >T1, ento T > 0 e U= 3/2 n R T >0ocorrer aumento na temperatura (reao endotrmica e Q > 0), indicando uma expanso
Isotermas
Presso
V1
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
16/74
15
Centro de Educao Tecnolgica do Estado da BahiaUnidade de Camaari
gasosa. Se T1 >T2, ento T< 0 e U= 3/2 n R T 0), indicando uma expanso gasosa.
P
Volume
Transformao Adiabtica: Q = 0, portanto no existe troca de calor com o meio ;
Uma garrafa trmica um sistema termicamente isolado, pois suas paredes no permitem que haja
trocas de calor entre os lquidos colocados no seu interior e o meio externo.U= Q - Se Q = 0Concluso: U= -
- Se >0 : U
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
17/74
16
Centro de Educao Tecnolgica do Estado da BahiaUnidade de Camaari
3.Reaes Qumicas em Soluo Aquosa
Quando duas solues so colocadas em contato, pode ocorrer uma reao qumica.
Reagentes em proporo estequiomtricaConhecendo a composio e a concentrao dessas solues, podemos calcular a massa de
reagentes e produtos envolvidos na reao. O clculo estequiomtrico feito a base das leis de
reaes e executado com o auxlio das equaes qumicas correspondentes.
Regras fundamentais:
1.Escrever a equao qumica
2.Acertar os coeficientes desta equao
3.Estabelecer uma regra de trs entre a proporo estequiomtrica da equao e a proporo
dada no problema, obedecendo as relaes de:
Massa------------------massa ou
N moles--------------- N moles
Massa-------------------Volume gasoso
Volume gasoso -------------------Volume gasoso
Massa -------------------nmero de molculas
Analise o exemplo:
H3PO4(aq) + 3KOH K3PO4 + 3H2O
Va=300 mL=0,3 L Vb= 150mL=0,15 L Vfinal = (300+150) mL
Ma=0,5 ml/L Mb= 3 mol/L Vfinal = 0,45 L
na= 0,15 mol nb=0,45 mol
H3PO4(aq) + 3KOH K3PO4 + 3H2O
1 ml reage com 3 mols originando 1 ml e 3 mols
0,15 ml reage com 0,45 mols originando x ml e y molregra de trs
H3PO4(aq) K3PO4 H3PO4(aq) 3H2O
1 ml originando 1 ml 1 ml originando 3 ml
0,15 ml originando x ml e x = 0,15 mol; 0,15 ml originando y mol e y= 0,45 mols
Desta maneira, pode-se concluir que os reagentes foram todos consumidos. Agora utilizando estes
dados podemos responder as questes a seguir:
Qual a concentrao em mol/L da soluo final em relao :a) ao cido? zero
b) a base? zero
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
18/74
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
19/74
18
Centro de Educao Tecnolgica do Estado da BahiaUnidade de Camaari
Misturas homogneas apresenta apenas uma fase, ou seja, possuem as mesmas
caractersticas em todas as suas extenses. Podem ser consideradas como solues.
Ex: gua com sal dissolvido, lcool e gua, ar atmosfrico puro, ouro 18K e liga Cu-Ni.
Para diferenciar umas das outras, tomamos por base o tamanho das partculas das substncias
na mistura. A referencia ser o nm - nanmetro (10-9m).
Tambm podemos utilizar o (angstron), que corresponde a 10-10m.
Assim, 1 nm = 10 .
4.1.Soluo, disperso coloidal e suspenso
Soluo toda mistura homognea (aspecto uniforme) de duas ou mais substncias, queapresenta dois componentes principais, chamado de soluto e solvente.
O soluto sempre ir representar o componente que se encontra dissolvido em uma outra
substncia que, no caso, ser o solvente. Ainda com base na definio, possvel dizer que o soluto
sempre ser a espcie que se encontra em menor quantidade. Dessa forma, so homogneas e
chamadas solues as misturas que apresentam partculas de soluto (substncia que participa em
menor quantidade) de tamanho menor ou igual a 1 nm.
Na disperso coloidal:as partculas dispersas tm dimetro entre 1 e 100 nm
so agregados de molculas ou de ons comuns, ou macromolculas, ou macroons isolados
no se sedimentam sob a ao da gravidade, nem sob a ao dos centrifugadores comuns, mas sim
sob a ao de ultracentrifugadores
no so retidas por filtros comuns, mas o so por ultrafiltros
Exemplos: protenas em gua, amido em gua, gelatina em gua, neblina, fumaa e a maioria dos
colides naturais e Industriais - preparo de gelias, maionese, creme chantilly, leite, manteiga, tintas,
etc.
Efeito Tyndall: aquele observado quando a luz se dispersa ao se chocar com as partculas do
disperso. Este efeito pode ser observado quando a luz de um farol projetado na noite de neblina, a
luz torna-se difusa e o meio fica turvo; j a gua pura no desvia os raios da luz.
Na suspenso:
as partculas dispersas tm dimetro maior que 100 nm
so agregados de molculas ou de ons
sedimentam-se pela ao da gravidade ou dos centrifugadores comuns
so retidas pelo filtro comum e so detectadas a olho nu ou com o auxlio de microscpios comuns.
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
20/74
19
Centro de Educao Tecnolgica do Estado da BahiaUnidade de Camaari
4.2.Classificao das solues
Quanto ao estado fsico do solvente:
Slidas: ligas metlicas, tais como bronze (Cu+Sn) e lato (Cu+Zn);
Lquidas: Podemos ter um slido dissolvido em um lquido, ou ento, dois lquidos dissolvidos entre
si. So formados por uma ou mais substncias dissolvidas (soluto) num lquido (solvente). Seus
componentes no podem ser separados por filtrao. Sua separao pode ocorrer usando outros
processos fsicos, tais como a destilao.
Gasosas: ar atmosfrico;
Quanto condutividade eltrica ou natureza do soluto:
eletrolticas ou inicas; capazes de conduzir corrente eltrica, graas aos seus ons livres em
soluo, solutos de slidos inicos ou soluto molecular que sofra ionizao.
no-eletrolticas ou moleculares: no so capazes de conduzir corrente eltrica, pois no
forma seus ons livres em soluo.
Coeficiente de solubilidade: a quantidade de soluto que se encontra dissolvido em uma quantidade
padro (mnima) de solvente a uma determinada temperatura. Normalmente a quantidade de solvente
mais usada de 100g.
Quanto proporo soluto/solvente:
Dependendo da quantidade de soluto em relao quantidade
de solvente (coeficiente de solubilidade), as solues podem ser saturadas, insaturadas e
supersaturadas.
Soluo saturada: toda soluo em que o soluto atinge o seu coeficiente de solubilidade na
temperatura fornecida;
Soluo saturada com corpo de fundo: toda soluo em que a quantidade de soluto
dissolvida ultrapassa o coeficiente de solubilidade (ponto de saturao);
Soluo supersaturada: quando excede a quantidade mxima de soluto a ser dissolvida de
acordo com o coeficiente de solubilidade, sendo que o excesso de soluto dissolvido por variao de
temperatura.
Soluo insaturada: toda soluo em que a quantidade de soluto dissolvida no ultrapassa
o coeficiente de solubilidade (ponto de saturao).
Quando conhecido o coeficiente de solubilidade de um soluto em vrias temperaturas,
possvel apresentar os seus valores em um grfico que relaciona a solubilidade com a temperatura,
que passaremos a denominar de curva de solubilidade.
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
21/74
20
Centro de Educao Tecnolgica do Estado da BahiaUnidade de Camaari
Veja alguns exemplos:
CsNaCl= 36g/100g H2O 20OC
So necessrios 36g de NaCl (soluto) em 100g de gua (solvente) para formar uma soluo
saturada a20OC.CsNaCl= 35,7g/100g H2O 0
OC
So necessrios 35,7g de NaCl (soluto) em 100g de gua (solvente) para formar uma soluo
saturada a 0OC.
Analisando o grfico, possvel perceber que qualquer ponto situado esquerda da curva
ir representar a condio de supersaturao e qualquer ponto direita representar a condio de
insaturao. Alm disso, importante observar que todo ponto situado na curva indica que a soluo
est saturada.
Atividade
A tabela a seguir refere-se a solubilidade de uma determinada substncia nas respectivastemperaturas:
Temperatura (C) g/100g de H2O30 6050 7070 90
Uma soluo saturada desse sal foi preparada, utilizando-se 200g de gua a 70OC e a seguir foiresfriada a 30OC. com base nessas informaes, responda:
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
22/74
21
Centro de Educao Tecnolgica do Estado da BahiaUnidade de Camaari
1. Qual a massa de precipitado que ir se formar?
2. Qual a massa da soluo final?
3. Para dissolver 40g dessa substncia a 50O C, qual dever ser a massa de guanecessria?
4. (Fuvest-SP) Quatro tubos contm 20 mL de gua cada um a 20OC. Coloca-se nessestubos dicromato de potssio (K2Cr2O7) nas seguintes quantidades:
Tubo A Tubo B Tubo C Tubo D
Massa de K2Cr2O7 1,0 3,0 5,0 7,0
A solubilidade do sal, a 20OC, igual a 12,5g/100 mL de gua. Aps agitao, em quais tuboscoexistem, nessa temperatura, soluo saturada e fase slida?
5. (PUC-RJ) A tabela abaixo mostra a solubilidade de vrios sais, temperatura ambiente, emg/100 mL:
Substncia g/100 mL de H2ONitrato de prata 260
Sulfato de alumnio 160Cloreto de sdio 36
Nitrato de potssio 52Brometo de potssio 64
Se 25 mL de uma soluo saturada de um desses sais forem completamente evaporados, e oresduo slido pesou 13g, qual era o sal? R:nitrato de potssio
6. (UEL-PR) A 10OC a solubilidade do nitrato de potssio de 20,0g/100g de H2O. Umasoluo contendo 18,0g de nitrato de potssio em 50,0g de gua a 25OC resfriada a 10OC. Quantosgramas do sal permanecem dissolvidos na gua?
7. (FEI-SP) Tem-se 500g de uma soluo aquosa de sacarose (C12H22O11), saturada a 50OC. Qual a massa de cristais que se separam da soluo, quando ela resfriada at 30OC?R:55,6
Dados: Cs a 30OC = 220g/100g de H2O e Cs a 50OC = 260g/100g de H2O
8. (EEM-SP) Evapora-se completamente a gua de 40g de soluo de nitrato de prata,saturada, sem corpo de fundo, e obtm-se 15g de resduo slido. Qual o coeficiente de solubilidadedo nitrato de prata para 100g de gua na temperatura da soluo inicial ? R:Cs=60g/100g H2O
4.3.Concentrao de Solues; Diluio de Solues; Mistura de Solues;
Unidades de concentrao das solues
De acordo com a IUPAC, a quantidade de matria deve ser expressa em mols. Nas solues, a
concentrao pode ser determinada em mols, massa ou volume. O que realmente importa estabelecer
uma comparao entre a quantidade de soluto e a quantidade de solvente ou de soluo.
Os tipos mais comuns de concentrao so:
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
23/74
22
Centro de Educao Tecnolgica do Estado da BahiaUnidade de Camaari
Ttulo
Frao molar
Densidade absoluta
Concentrao comum ou em g/L
Concentrao molar ou molaridade
Concentrao comum (C): Determina a quantidade de massa de soluto (m1) em gramas por unidade
de volume (V) de soluo (L).
Atividade
01. Qual a concentrao de uma soluo contendo 40g de cloreto de sdio dissolvidos em
250 mL de soluo? R:160
02. Uma soluo foi preparada adicionando-se 40g de hidrxido de sdio em gua suficiente
para produzir 200 mL de soluo. Calcule a concentrao comum dessa soluo. R:200
03. Calcule a concentrao comum de uma soluo de nitrato de prata, sabendo que ela
encerra 120g do sal em 600 cm3 de soluo. R:200
04. Determine a massa de cido ntrico, em gramas, necessria para a preparao de 150
mL de uma soluo de concentrao 50g/L. R:7,5g
05. (Faap-SP) Calcule a concentrao, em g/L, de uma soluo aquosa de nitrato de sdio
que contm 30g de sal em 400 mL de soluo. R:7,5
Ttulo ou concentrao em massa/massa (T): Determina a quantidade de massa de soluto
(m1) em uma determinada quantidade de massa de soluo (m). No apresenta unidade.
Atividade
01.Calcular a porcentagem, em massa, de uma soluo formada, quando foram utilizados 40g
de cloreto de sdio para serem dissolvidos em 60g de gua. R: 40%
02. Uma soluo aquosa de hidrxido de sdio preparada, misturando-se 20g de soluto com
140g de solvente. Qual a porcentagem, em massa, do soluto na soluo? R: 12.5%
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
24/74
23
Centro de Educao Tecnolgica do Estado da BahiaUnidade de Camaari
Concentrao molar ou molaridade (Mr): a relao entre o nmero de mols do soluto (n1) e
o volume (V), em litros, da soluo.
01. Quantos litros de soluo de cloreto de sdio a 0,2M podem ser preparados a partir de
468g de cloreto de sdio? R: 40L
02. Qual a quantidade de soluto, em gramas, presente em 100mL de uma soluo 1M de HCl?
R: 3,65g
03. (UFRN) Qual a concentrao molar da glicose (C6H12O6) numa soluo aquosa que
contm 9g de soluto em 500mL de soluo? R: 0,1M
04. Qual a concentrao molar de uma soluo aquosa de cido sulfrico, sabendo-se queforam dissolvidos 49g do cido em 2L de soluo? R: 0,25M
05. (UFAC) Qual a molaridade de uma soluo aquosa contendo 36,5g de cido clordrico
(HCl) dissolvidos em gua at completar 2L de soluo? R:0,5M
06. Para preparar uma soluo de concentrao 0,2 mol/L, usando 15g de iodeto de sdio
(NaI), qual dever ser o volume dessa soluo, em litros? R: 0,5L
07. Ao dissolver 5,85g de cloreto de sdio em gua suficiente para 0,5L de soluo, calcule a
concentrao molar dessa soluo? R: 0,2M08. No preparo de uma soluo alvejante de tinturaria, 521,5g de hipoclorito de sdio (NaClO)
so dissolvidos em gua suficiente para 10L de soluo. Qual a concentrao molar da soluo
obtida? R: 0,7
09. (Vunesp-SP) Dissolveram-se 2,48g de tiossulfato de sdio penta-hidratado (Na2S2O3.5H2O)
em gua suficiente para se obter 100cm3de soluo. Qual a molaridade dessa soluo? R: 0,1M
% em volume:
_volume de soluto_volume de soluo
x 100
(s usada quando soluto e solvente so ambos lquidos ou ambos gasosos)
Frao molar do soluto (X1): a relao entre o nmero de mols do soluto (n1) e o nmero de
mols da soluo (n2).
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
25/74
24
Centro de Educao Tecnolgica do Estado da BahiaUnidade de Camaari
Frao molar do solvente (X2): a relao entre o nmero de mols do solvente (n2) e o
nmero de mols da soluo (n2)
Atividade
01. Calcular as fraes molares do soluto e do solvente em uma soluo que contm 117g de
cloreto de sdio dissolvidos em 324g de gua. R: 0,1 e 0,9
02. (FURRN adaptado) Qual a frao molar do soluto e do solvente de uma soluo preparada
tomando-se 3 mols de glicose e 97 mols de gua? R: 0,03 e 0,97
03. Qual a frao molar do componente B numa mistura contendo 4g de A (M=20g/mol) e 8,4g
de B (M=28g/mol)? R: 0,6
04. (U.F.Fluminense-RJ) Uma soluo contm 18g de glicose (C6H12O6), 24,0g de cido
actico (C2H4O2) e 81,0g de gua. Qual a frao molar do cido actico na soluo? R: 0,08
05. (Faap-SP) Uma soluo aquosa de NaCl apresenta 11,7% em peso de soluto. Determine
as fraes molares do soluto e do solvente nessa soluo. R: 0,0392 e 0,9608
Concentrao molal ou molalidade (W): a relao entre o nmero de mols do soluto (n1) e a massa,
em kg, do solvente.
Atividade01. Calcular a molalidade da soluo formada utilizando-se 171g de sacarose (C12H22O11) dissolvidos em 400g
de gua. R: 1,25
02. Determinar a massa de gua, em gramas, que deve ser utilizada para dissolver 0,2 mol de cloreto de sdio
e originar uma soluo 0,4 molal. R: 500g
Densidade absoluta (d): a razo estabelecida entre a massa e o volume dessa soluo.Assim, se a densidade de uma soluo de 10g/L, isso significa que cada litro de soluo
apresenta massa de 10g.V
md =
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
26/74
25
Centro de Educao Tecnolgica do Estado da BahiaUnidade de Camaari
Calcular a densidade absoluta de uma soluo que apresenta massa de 50g e volume de 200
cm3.d=?
m=50g
V=200cm3
Relao entre as unidades de concentrao e densidade
Relao entre concentrao comum e ttulo
Relao entre molaridade e ttulo
Relao entre molaridade e concentrao comum
Relao final
Atividade
01. Uma soluo de cido clordrico, de densidade 1,2 kg/L, contm 40% em massa, de HCl.
Qual a massa de gua, em gramas, existente em 1 L de soluo do cido, nessaconcentrao? R:720g
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
27/74
26
Centro de Educao Tecnolgica do Estado da BahiaUnidade de Camaari
02. (PUC-PR) A soluo aquosa de NaOH (soda custica) um produto qumico muito
utilizado. Uma determinada indstria necessitou usar uma soluo com 20% em massa de hidrxido
de sdio, que apresenta uma densidade de 1,2 kg/L. Qual a molaridade da soluo? R: 6M
03. O soro caseiro, recomendado para evitar a desidratao infantil, consiste em uma soluo
aquosa de cloreto de sdio (3,5 g/L) e de sacarose (11 g/L). Qual a concentrao molar do cloreto de
sdio nessa soluo? R: 0,06M
04. Num refrigerante do tipo cola, foi feita uma anlise qumica que determinou uma
concentrao de ons fosfato (PO4-3) igual a 0,15 g/L. Qual a concentrao de ons fosfato, em mols
por litro, nesse refrigerante? R: 1,57x10-3M
05. (Cesgranrio-RJ) Num exame laboratorial, foi recolhida uma amostra de sangue, sendo o
plasma separado dos eritrcitos, ou seja, deles isolado antes que qualquer modificao fosse feita naconcentrao de gs carbnico. Qual a concentrao em g/L, sabendo-se que a concentrao de CO2,
neste plasma, foi de 0,025 mol/L? R: 1,1
06. Considerando que o contedo de cido actico existente no vinagre de aproximadamente
3% em peso e que a densidade do vinagre 1 g/mL, qual a molaridade do cido actico existente em
um litro de vinagre? R: 0,5M
Diluio de solues: Diluir uma soluo nada mais do que acrescentar solvente a essa
soluo, alterando a relao soluto/solvente. Considerando que a massa do soluto a mesma,alterando apenas o volume da soluo, podemos ter as seguintes frmulas:
importante considerar que em toda diluio a concentrao final ser sempre menor que a
concentrao inicial.
Atividade
01. A uma amostra de 100 mL de hidrxido de sdio 20g/L foi adicionada gua suficiente
para completar 500 mL. Qual a concentrao, em g/L, dessa nova soluo? R: 4 g/L
02. (Vunesp-SP adaptado) Qual o volume, em mL, de uma soluo de cido sulfrico 15 mol/L
necessrio para preparar 500 mL de uma soluo aquosa de cido sulfrico de concentrao 3 M?
R:100 mL
03. Qual a molaridade de uma soluo de hidrxido de sdio, que foi obtida adicionando-se 80
mL de gua a 20 mL de outra soluo de concentrao 0,1M? R: 0,02M
04. (Osec-SP) Preparam-se 100 mL de uma soluo contendo 1 mol de cloreto de potssio
(KCl). Tomaram-se, ento, 50 mL dessa soluo e juntaram-se 450 mL de gua. Qual a molaridade da
soluo final? R: 1M
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
28/74
27
Centro de Educao Tecnolgica do Estado da BahiaUnidade de Camaari
05. (PUC-MG) Uma soluo de hidrxido de potssio (KOH) foi preparada dissolvendo-se
16,8g da base em gua suficiente para 200 mL de soluo. Dessa soluo, qual o volume que deve
ser diludo a 300 mL, para que a molaridade seja 1/3 da soluo original? R: 100 mL
06. (UFRN) Qual o volume de gua, em mL, que deve ser adicionado a 80 mL de soluo
aquosa 0,1M de uria, para que a soluo resultante seja 0,08M? R: 20
07. Em 300 mL de uma soluo de cloreto de sdio 0,2M, foi adicionada gua suficiente para
fazer um litro de soluo. Qual a molaridade da soluo final? R: 0,06M
08. (Cesgranrio-RJ) Uma soluo 0,05M de sacarose, contida em um bquer, perde gua por
evaporao at restar um volume de 100 mL, passando a concentrao para 0,5M. Qual o volume de
gua evaporado? R: 900 mL
Mistura de duas solues de mesmos solutos
Quando so misturadas duas solues formadas pelo mesmo soluto e pelo mesmo solvente,
observe que eles se comportam como se ocorresse uma diluio, sendo que a soluo resultante
ficar entre os valores das duas outras solues.
Atividade01. Duas amostras de solues aquosas de hidrxido de sdio uma de volume 200 mL e
0,15M e outra de volume 0,1L e 0,030M foram misturadas. Qual a molaridade da soluo final?
R:0,2M
02. 500 mL de uma soluo 1M de cido sulfrico e 1500 mL de uma outra soluo 2M do
mesmo cido foram misturados e o volume final foi completado a 2,5L pela adio de gua. Qual a
molaridade da soluo resultante? R: 1,4M
03. (Fesp-SP) Qual o volume, em mL, de uma soluo de hidrxido de sdio 1,5M, que deve
ser misturada a 300 mL de uma soluo 2M da mesma base, a fim de torn-la soluo 1,8M? R: 200
mL
04. 300 mL de soluo de hidrxido de amnio, com concentrao 3 g/L, foram misturados com
200 mL de outra soluo de mesma base, de concentrao desconhecida. Aps a mistura, foi obtida
uma soluo final contendo 4 g/L. Indique, respectivamente, quantos gramas de soluto h na primeira
soluo e qual o valor da concentrao desconhecida? R: 0,9g e 2,22 g/L
05. (UFAC) Qual a molaridade de uma soluo de hidrxido de sdio formado pela mistura de
60 mL de soluo a 5M com 300 mL de soluo a 2M? R: 2,5M
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
29/74
28
Centro de Educao Tecnolgica do Estado da BahiaUnidade de Camaari
06. Qual deve ser a massa de soluo de hidrxido de sdio cujo ttulo igual a 0,12, que deve
ser adicionada a 200g de outra soluo de NaOH, de ttulo igual a 0,20, para que seja obtida uma
soluo de NaOH de ttulo igual a 0,18? R: 66,66g
Mistura de duas solues de solutos diferentes que no reagem entre si
Devemos considerar cada soluto de modo independente na soluo final isto , como se o
outro soluto no existisse. Desse modo, tudo se passa como se cada soluo inicial sofresse uma
diluio, partindo de seu volume inicial e atingindo o volume da mistura. Sendo assim, podemos aplicar
as frmulas de diluio:
Lembre-se que ao calcular a concentrao de ons aps a mistura, deveremos considerar cada
on independente e somar aqueles que repetem na mistura.
Atividade
01. Misturando-se 100 mL de cloreto de sdio 70g/L e 200 mL de cloreto de potssio 40g/L,
quais sero as concentraes, em g/L, dessas duas substncias, na soluo final? R: 23,3 e 26,6
02. (UFRN) Quais as concentraes de Na+, K+, Cl-, de uma soluo formada a partir de 100
mL de soluo aquosa de cloreto de sdio 0,1M e 100 mL de soluo aquosa de cloreto de potssio0,1M? R: 0,05M; 0,05M e 0,10M
03. Misturando-se 50 mL de soluo 5M de nitrato de sdio (NaNO3) com 150 mL de soluo
2M de cloreto de potssio, quais sero as molaridades dessas duas substncias, na soluo final?
R:1,25M e 1,5M
04. (UFRJ) Misturou-se 100 mL de soluo aquosa de cloreto de potssio 0,1M com 100 mL
de soluo aquosa de cloreto de magnsio 0,1M. Quais as concentraes de K+, Mg+2, Cl-, na soluo
resultante? R: 0,05M; 0,05M e 0,15M
Mistura de duas solues de solutos diferentes que reagem entre si
Havendo reao qumica e no uma simples mistura, devemos resolver com auxlio do clculo
estequiomtrico e observar se no h excesso de um participante na reao.
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
30/74
29
Centro de Educao Tecnolgica do Estado da BahiaUnidade de Camaari
Exerccio resolvido
01. Juntando-se 200 mL de cido sulfrico 0,3M e 100 mL de hidrxido de potssio 1,2M.
Pergunta-se quais sero as molaridades da soluo final em relao ao cido, base e ao sal
formado.
H2SO4 + 2KOH K2SO4 + 2H2O
1mol 2mols 1 mol 2mols
Calculando o nmero de mols de cada reagente:
H2SO4 + 2KOH K2SO4 + 2H2O
1mol 2mols 1 mol 2mols
0,06mol 0,12mol 0,06mol 0,12mol
Molaridade final do H2SO4zero Molaridade final do KOH zero
Molaridade final do K2SO4
Atividade
01. Qual ser a molaridade da soluo final com relao ao sal formado, quando junta-se 0,3L
de cido clordrico 0,4M e 0,2L de hidrxido de sdio 0,6M? R: 0,24M
02. (FFC-BA) A 1L de soluo 0,1M de hidrxido de sdio adiciona-se 1L de soluo de cido
clordrico 0,1M. Qual ser o valor da massa slida quando a soluo resultante for levada secura at
que a mesma seja formada? R: 5,85g
03. (UFRN) Cada cm3de leite de magnsia contm 0,08g de Mg(OH)2. Quantos mols de HCl
do suco gstrico so neutralizados quando uma pessoa ingere 15cm3de leite de magnsia? R: 4x10-2
mol.
04. (UFF-RJ) Se 40 ml de HCl 1,6M e 60 mL de NaOH 2M so misturados, quais
concentraes molares de Na+, Cl
-e OH
-so encontradas, respectivamente, na soluo resultante?
R: 1,2; 0,64; 0,56.
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
31/74
30
Centro de Educao Tecnolgica do Estado da BahiaUnidade de Camaari
5.Propriedades Coligativas de solues
So propriedades relacionadas apenas ao nmero de partculas dispersas numa dada soluo,
independentemente da natureza destas partculas. Durante o estudo de cada uma das propriedadescoligativas, ser necessrio sempre comparar o comportamento da soluo com o respectivo solvente
puro.
Para ilustrar um exemplo de tal comparao, verifique que ao se aquecer gua pura, ao nvel do
mar, a temperatura de ebulio da gua (solvente puro) igual a 100OC. No entanto, quando se aquece
uma soluo aquosa de cloreto de sdio, percebe-se que o ponto de ebulio da gua sofre um
aumento. A elevao do ponto de ebulio da gua na soluo aquosa foi ocasionada pela presena do
soluto.
Com isso, percebe-se que a adio de um soluto sempre ir produzir efeitos em algumas
propriedades fsicas de um solvente, que so: aumento do ponto de ebulio, diminuio do ponto
de congelamento, diminuio da presso de vapor, aumento da presso osmtica.
Tais efeitos so conhecidos como efeitos coligativos, que dependem exclusivamente da
concentrao (quantidade) de partculas que se encontram dispersas em um solvente. Os efeitos
coligativos definem as quatro propriedades coligativas importantes que sero apresentadas em nosso
estudo. Estes fenmenos qumicos so classificados em: abaixamento da presso de vapor do solvente
(tonoscopia); elevao da temperatura de ebulio do solvente (ebuliometria); abaixamento da
temperatura de congelao do solvente (crioscopia) e presso osmtica (osmometria).
5.1.Presso de vapor e mudana de estado
Presso de vapor : a presso do vapor de A no equilbrio lquido (A)-vapor (A), a uma dadatemperatura.Quanto maior a presso de vapor a uma mesma temperatura, mais voltil o lquido.
Um lquido entra em ebulio temperatura em que a sua presso de vapor iguala-se presso
exterior. Assim, a 100C a gua tem presso de vapor igual a 1 atm. Portanto, sob 1 atm a gua entra
em ebulio a 100C.
A maioria dos slidos funde-se com expanso de volume. O gelo uma das poucas
excees, fundindo-se com contrao de volume.
O PF do gelo aumenta com a diminuio da presso, e vice-versa. Para a maioria dos
slidos, o PF aumenta com o aumento da presso, e vice-versa.
O PE de todas as substncias aumenta com o aumento da presso, e vice-versa.
As variaes dos PF so insignificantes com a variao da presso, porque no equilbrio
slido-lquido no h participante gasoso.
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
32/74
31
Centro de Educao Tecnolgica do Estado da BahiaUnidade de Camaari
As variaes dos PE so significativas com a variao da presso, porque no equilbrio
lquido- vapor h participante gasoso.
A presso de vapor depende da TEMPERATURA e da NATUREZA DO LQUIDO.Se as molculas esto presas fortemente ao lquido, a vaporizao difcil e a presso de
vapor pequena. Mas se, ao contrrio, as molculas esto presas fracamente no lquido, a
vaporizao ocorre facilmente e a presso de vapor grande. Por exemplo, veja que a 20C, a PMV
da gua 17,5 mmHg, enquanto que a PMV do lcool etlico 44 mmHg. Dessa forma, podemos
concluir que o lcool mais voltil que a gua.
Para quaisquer lquidos, quanto maior a temperatura, maior a capacidade de vaporizao e
maior a presso de vapor.
Propriedades fsicas de uma substncia Presso de vapor aumenta com a elevao de temperatura.
Temperatura de ebulio: temperatura na qual a presso mxima de vapor igual presso
ambiente.
Temperatura de fuso: geralmente aumenta com o aumento de presso; no caso da
gua, diminui.
Presso de vapor aumenta com a elevao de temperatura.
Para um mesmo lquido, a PMV aumenta medida que aumenta a temperatura. Por exemplo, a 27C, aPMV da gua 26 mmHg, e a 47C, 79 mm Hg.
No equilbrio, a velocidade de condensao iguala a
velocidade de vaporizao, isto , o nmero de molculas
que deixam o lquido fica igual ao nmero de molculas
que retornam para o lquido. A presso mxima de vapor
ou presso de vapor do equilbrio costuma ser indicada
apenas por presso de vapor.
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
33/74
32
Centro de Educao Tecnolgica do Estado da BahiaUnidade de Camaari
Temperatura de ebulio: temperatura na qual a presso mxima de vapor igual
presso ambiente.
Experimentalmente, a ebulio caracterizada pela formao de bolhas no lquido. Essas bolhas
vo at a superfcie e rebentam. A bolha, se formada no interior do lquido puro, contm somente
molculas no estado gasoso do lquido puro. Essas molculas exercem, ento, uma presso contra as
paredes internas da bolha. Consideremos uma bolha logo abaixo da superfcie do lquido.
Quanto maior a PMV nas condies ambientes, mais fcil se torna ferver o lquido, isto , quanto
menor for o ponto de ebulio, mais voltil ser o liquido. Assim, a 20C, a PMV da gua 17,5 mmHg
e o lcool, 44 mmHg. Veja o grfico:
Ao nvel do mar (1 atm = 760 mmHg), o lcool ferve a 78,3C, e a gua, a 100C. Observe no
grfico que, aumentando a temperatura, a PMV aumenta. a 78,3C, o lcool ferve, pois sua PMV se
iguala presso atmosfrica. A PMV da gua fica igual a 760 mmHg, a 100C.
Em uma panela de presso, a presso que existe sobre a superfcie do lquido est entre 1146
mmHg e 1500 mmHg, fazendo com que a gua ferva a uma temperatura maior que 100C.
Neste caso, podemos considerar, aproximadamente, que a fora
que empurra a bolha para o interior do lquido a que origina a presso
atmosfrica. Aquecendo o lquido, a presso de vapor na bolha aumenta
e, a uma certa temperatura, iguala-se presso atmosfrica, escapandodo lquido. Esta a temperatura de ebulio. Podemos ento definir
como Ponto de ebulio a temperatura na qual a presso de vapor do
lquido se iguala presso que existe sobre a superfcie do lquido.
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
34/74
33
Centro de Educao Tecnolgica do Estado da BahiaUnidade de Camaari
Diagrama de fases e o Ponto triplo
O diagrama de fases um grfico que relaciona as condies de temperatura e presso nas
quais uma substncia existe como slido, lquido ou gs.
Ponto triplo de uma substncia um estado no qual se estabelece o equilbrio slido- lquido-
vapor . Somente a uma determinada temperatura e presso, que varia de uma substncia para outra,
estabelece-se esse equilbrio triplo.
Presso(mmHg) Curva de fuso Curva de ebulio
Lquido
Slido Vapor
4,58 PONTO TRIPLO
Curva de sublimao
0,01 temperatura(C)
No caso da gua, esse equilbrio estabelece-se a, e somente a, 0,01C e 4,58 mmHg.
No existe lquido a uma presso inferior do respectivo ponto triplo. Assim, no existe gua
lquida a uma presso menor que 4,58 mmHg.
A uma presso inferior do ponto triplo, ocorre somente o equilbrio slido-vapor(sublimao).
Substncia que sublima presso ambiente tem a presso do ponto triplo acima da presso
ambiente (1 atm ao nvel do mar). Exemplo: gelo seco ou CO2 (s).
Em Santos, ao nvel do mar, onde a
presso atmosfrica 1 atm (760 mmHg),a gua entra em ebulio a 100C. Em
So Paulo, a presso atmosfrica
aproximadamente 700 mmHg e,
conseqentemente, a gua ferve a uma
temperatura menor que 100C.
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
35/74
34
Centro de Educao Tecnolgica do Estado da BahiaUnidade de Camaari
5.2. Relaes entre os efeitos coligativos:verificados numa soluo com a adio de um
soluto no voltil diminui a presso mxima de vapor e a temperatura de fuso e eleva a temperatura
de ebulio
Tonoscopia ou tonometria: representa o estudo do abaixamento da presso mxima de
vapor (PMV) de um solvente quando se adiciona a ele um soluto no-voltil. Em relao
presso de vapor de um solvente puro, pode-se dizer que sempre ela ser maior do que a
presso de vapor de uma soluo.
Presso(mmHg) Solvente puro
P Solvente na soluo
P
t temperatura(C)
A diferena entre a presso mxima de vapor do solvente puro e a presso mxima de vapor do
solvente em soluo denomina-se abaixamento da presso mxima de vapor. O abaixamento dapresso de vapor provocado pela adio de um soluto no-voltil pode ser calculado por meio da
seguinte expresso, conhecida como Lei de Raoult.
1
0
0
0
Xp
pp
p
p=
=
Atividade
01. Em uma soluo foram dissolvidos 150g de sacarose (M1=342 g/mol) em 750g de gua. Sabe-se
que a presso de vapor da gua pura no local onde se encontra a soluo igual a 190 mmHg.
Calcular o abaixamento relativo da presso mxima de vapor, o abaixamento absoluto da presso de
vapor e a presso mxima de vapor da soluo. R: 0,01; 1,9 mmHg e 188,1 mmHg
02. No preparo de uma soluo so dissolvidos 15g de uria (CON2H4) em 450g de gua, numa
determinada temperatura. Calcule a presso de vapor da gua na soluo, nessa temperatura,
considerando que a presso de vapor da gua pura seja igual a 23,54 mmHg. R=23,3 mmHg
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
36/74
35
Centro de Educao Tecnolgica do Estado da BahiaUnidade de Camaari
Ebuliometria ou ebulioscopia: o estudo da elevao da temperatura de ebulio de um
solvente quando se adiciona a ele um soluto no-voltil. O soluto no-voltil atrapalha a evaporao
das molculas, roubando-lhes energia cintica.Em relao ao ponto de ebulio de uma soluo,
possvel afirmar que ele sempre ser maior que o ponto de ebulio do solvente puro.
Com a variao da presso externa, ocorre variao da temperatura de ebulio.
Se tomarmos um solvente puro e uma soluo, observaremos que a soluo ferver a uma
temperatura superior temperatura de ebulio do solvente. O aumento da temperatura de ebulio,
aps adicionarmos soluto, denomina-se elevao da temperatura de ebulio.
Assim pode-se afirmar que: Quanto maior a quantidade de partculas dispersas em uma
soluo, maior ser o seu ponto de ebulio.
WKtttEeee.' ==
V
e
E
L
TRK
2.
= onde =E
K constante ebuliomtrica do solvente
=et t de ebulio do solvente e
et' = t de incio da ebulio do solvente
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
37/74
36
Centro de Educao Tecnolgica do Estado da BahiaUnidade de Camaari
=W molalidade da soluo; 2e
T = temp. termodinmica de ebulio do solvente; =V
L calor
latente de vaporizao do solvente.
Uma soluo tem ponto de ebulio varivel, pois, medida que o solvente vaporiza, a
concentrao da soluo restante aumenta, fazendo com que a temperatura de ebulio aumente.
Atividade
01. Calcular a temperatura de ebulio de uma soluo que contm 60g de glicose (C6H12O6)
dissolvidos em 500g de gua, sabendo que a temperatura de ebulio da gua pura de 100OC e a
constante ebuliomtrica de 0,52OC/molal. R=100,346OC
02. Que massa de uria (CON2H4) deve ser dissolvida em 200g de gua para que a temperatura
de ebulio da soluo seja igual a 100,26OC? Dado: KE=0,52OC/molal R=6g
03. Uma soluo de 16g de CaBr2em 800g de gua eleva de 0,13OC o ponto de ebulio dessa
soluo. Qual o grau de dissociao do brometo de clcio? Dado: Ke=0,52OC/molal R=75%
04. Calcular a temperatura de ebulio de uma soluo que contm 42,6g de sulfato de sdio
(Na2SO4), dissolvidos em 240g de gua, sabendo que a constante ebulioscpica da gua de
0,52OC/molal e que o grau de dissociao do sal de 30%. R=101,04OC
05. Em 40g de um certo solvente, cuja constante ebuliomtrica igual a 5O C/molal, foram
dissolvidos 2,67g de um composto molecular, provocando um aumento de 1,25 OC na temperatura de
ebulio do solvente. Calcule a massa molecular do soluto e a molalidade da soluo. R: 267 e 0,25
molal.
Criometria ou crioscopia: o estudo do abaixamento do ponto de congelamento (temperatura
de solidificao) de um solvente quando se adiciona a ele um soluto no-voltil. Em relao ao ponto
de congelamento de uma soluo, possvel afirmar que a soluo apresentar sempre ponto de
congelamento menor do que o do solvente puro
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
38/74
37
Centro de Educao Tecnolgica do Estado da BahiaUnidade de Camaari
WKtttCccc.' ==
S
c
C
L
TRK
2
.= onde =
CK constante criomtrica do solvente
=ct t de solidificao do solvente e ct' = t de incio da solidificao do solvente
=W molalidade da soluo; 2CT = temp. termodinmica de solidificao do solvente; =
VL calor latente de
solidificao do solvente
A criometria no cotidiano: Nos recipientes onde ficaro as bebidas para gelar, coloca-se gelo
e sal, pois o gelo e o sal formam uma mistura que funde a -22C (mistura euttica). Uma parte do gelo
derrete, pois a sua temperatura st acima de -22C. Sendo a fuso um processo endotrmico, a
temperatura da mistura gelo e sal abaixada, e assim as bebidas ficam mais geladas.
Curiosidades
A criogenia (gerao de frio) uma tecnologia que abrange a produo e a utilizao do frio
muito intenso (na faixa de -100C) por meio dos chamados gases criognicos (He, Ne, N2, Ar, O2, Kr,
Xe e CO2) que podem ser obtidos a partir da liquefao do ar atmosfrico e posterior destilao
fracionada. Entretanto, por razes econmicas, o hlio obtido em jazidas de gs natural e o gs
carbnico, da queima do gs natural ou nos processos de fermentao. Os gases mais utilizados so
o nitrognio (PE=-196C) e o gs carbnico (PE=-78C). O nitrognio usado rotineiramente em
conservao de tecidos, embries, esperma, vulos, etc e o gs carbnico, com o nome de gelo-
seco, em carrinhos de sorvete, na conservao de alimentos em acampamentos.
Atividade
01. O efeito crioscpico aplicado na produo de misturas refrigerantes, Na indstria de sorvetes,
por exemplo, emprega-se salmoura, uma soluo saturada de NaCl, para manter a gua lquida
abaixo de OC. Calcule a massa de NaCl com grau de dissociao = 100% que deve ser adicionada
por quilograma de H2O para que a mesma s comece a solidificar a -12C.Dado: kc = 1,86C/molal.
R=188,7
02. Nos pases que costumam ter um inverno rigoroso, adicionam-se anticongelantes gua do
radiador dos automveis para impedir que a expanso de volume que acompanha o congelamento da
gua rompa os alvolos do radiador. Do ponto de vista crioscpico, seriam timos anticongelantes sais
como MgCl2 , ou CaCl2, que em solues aquosas a 30% em massa congelam em torno de -50C.
Essas solues no entanto so inconvenientes, porque corroem o motor. Alternativamente,
empregam-se como solutos, etanol, glicerina ou etilenoglicol, e se obtm solues que congelamentre-10 e-25C. Calcule a massa de glicerina, C3H8O3, que deve ser adicionada por quilo de gua
para que a soluo s comece a solidificar a -10C, Dado: kc = 1,86OC/molal. R=494,6 g
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
39/74
38
Centro de Educao Tecnolgica do Estado da BahiaUnidade de Camaari
Osmometria ou osmoscopia: entende-se por osmose a passagem de um solvente (lquido) por meio
de uma membrana semipermevel, de um meio menos concentrado (diludo) para o meio mais
concentrado.
Para impedir a passagem do solvente para o meio mais concentrado, necessrio aplicar
uma presso sobre a soluo concentrada, que ser chamada de presso osmtica. Dessa forma,
podemos definir presso osmtica como a presso que se deve aplicar soluo para no deixar
o solvente atravessar a membrana semipermevel. A aplicao da presso osmtica s vlida
para solues diludas, nas quais a molaridade e, aproximadamente, igual molalidade.
Consideremos uma campnula hermeticamente fechada, contendo um bquer com gua pura e outro
bquer com uma soluo aquosa de glicose, conforme o desenho a seguir:
I II
A gua pura tem maior presso de vapor que a soluo aquosa de glicose, isto , a gua pura
evapora mais facilmente. Como conseqncia h uma transferncia de gua do bquer da direita para
o bquer da esquerda. Passado um tempo, teremos a seguinte condio:
Na osmose ocorre fenmeno semelhante. Admite-se que o solvente atravessa a membrana
semipermevel na forma de vapor, ocorrendo uma verdadeira destilao do mesmo. Evapora em um
lado e condensa no outro lado, conforme a figura II acima.
No podemos esquecer dos tipos de membranas:
o Permeveis: so aquelas que permitem a passagem tanto do solvente como do soluto;
o Semipermeveis: so aquelas que permitem apenas a passagem do solvente;
o Impermeveis: so aquelas que no permitem a passagem do soluto e solvente.
Osmose reversa:consiste em aplicar uma elevada presso para fazer com que a gua flua de uma
soluo mais concentrada para uma soluo menos concentrada, atravs de uma membrana
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
40/74
39
Centro de Educao Tecnolgica do Estado da BahiaUnidade de Camaari
semipermevel. Podemos utilizar a osmose reversa para obter a dessalinizao das guas dos
oceanos, j que a presso osmtica da gua do mar da ordem de 30 atm. Se aplicarmos uma
presso superior a 30 atm, o fluxo osmtico ser revertido e poderemos obter gua potvel.
Exerccios resolvidos
Uma soluo aquosa apresenta, num volume de 300 ml, 4g de NaOH e 1,17g de NaCl. Admitindo os
solutos 100% dissociados, calcule a presso osmtica dessa soluo a 27OC.
Dadas as solues aquosas:
I) Glicose 0,5M
II) Uria 1,0M
III) NaCl 0,5M (=100%)
IV) CaCl20,5M (=100%)
a)Qual delas entrar em ebulio sob uma temperatura maior?
b)coloque-as em ordem crescente, de acordo com suas temperaturas de congelao.
c)Em qual delas a presso osmtica ser maior?
Para resolver o exerccio, calcule o produto Mr.i.A soluo com maior valor de Mr.iter pontode ebulio maior, ponto de congelao menor e maior presso osmtica. Veja s:
a) a soluo IV ter efeitos coligativos mais intensos. Por exemplo, maior ponto de ebulio;
b) Quanto maior o produto Mr.i, mais intenso ser o efeito crioscpico, ou seja, menor o
ponto de congelao da soluo. Portanto, a ordem crescente das temperaturas de congelao :
IV
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
41/74
40
Centro de Educao Tecnolgica do Estado da BahiaUnidade de Camaari
c) Quanto maior o produto Mr.i, maior ser a presso osmtica. Portanto, a soluo IV ter
a maior presso osmtica.
***Pode-se concluir que solues com o mesmo produto Mr.i possuiro efeitos coligativos de
mesma intensidade. Assim, as solues II e III tem a mesma presso de vapor, fervem e congelam na
mesma temperatura e possuem a mesma presso osmtica (solues isotnicas).
Qual dever ser a concentrao molar de uma soluo de cloreto de clcio - CaCl2(=100%) tal
que seja isotnica de uma soluo 0,9M de NaCl (=100%) na mesma temperatura?
CaCl2 =100%; Mr=?; i=3 P=Mr.R.T.i
P=Mr.R.T.3
NaCl =100%; Mr=0,9M; i=2 P=Mr.R.T.i
P=0,9.R.T.2Atividade
01. A presso osmtica do sangue na temperatura do corpo, 37O C, de 7,62 atm.
Considerando todos os solutos do sangue como sendo moleculares, calcule a molaridade total do
sangue. R=0,3M
02. Eventualmente, a soluo 0,3M de glicose utilizado em injees intravenosas, pois tem
presso osmtica prxima do sangue. Qual a presso osmtica, em atm, da referida soluo, a
37OC? R=7,626 atm
03. Sabe-se que 2,8g de um composto orgnico so dissolvidos em benzeno, fornecendo 500 mL de
uma soluo molecular que, a 27OC, apresenta presso osmtica igual a 2,46 atm. Qual a massa
molar do composto orgnico? R=56
6.Termoqumica
a parte da Qumica que estuda as variaes de energia que acompanham as reaesqumicas.
Entalpia de um sistema (H): o calor trocado presso constante. No possvel determinar
diretamente a entalpia de cada substncia participante de uma reao, mas podemos determinar
experimentalmente a variao de entalpia (H), que ocorre numa reao qumica.
A variao de entalpia medida nas transformaes qumicas, utilizando a seguinte frmula:
H= Hp Hr, sendo que Hp a entalpia dos produtos e Hr a entalpia dos reagentes.
Fatores que afetam a variao de entalpiaTemperatura : O valor de H varia sensivelmente com a temperatura em que se deu a reao. Se
uma reao ocorre a uma temperatura X, obtm-se um HX.
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
42/74
41
Centro de Educao Tecnolgica do Estado da BahiaUnidade de Camaari
Presso: Para reaes envolvendo substncias gasosas, o valor de H varia de modo significativo a
presses na ordem de 1000 atm. Porm, no necessria levar em conta a variao de entalpia no valor
de H, j que as reaes so feitas sob presso atmosfrica normal (1 atm).
Quantidade de reagentes e produtos: Se a quantidade de reagentes, por exemplo, for dobrada, a
quantidade de calor ir dobrar tambm.
1 H2(g) + 1 Cl2(g) 2 HCl(g) H = - 44,2 kcal
2 H2(g) + 2 Cl2(g) 4 HCl(g) H = - 88,4 kcal
Fase de agregao:a energia das substncias aumenta progressivamente medida que elas passam
da fase slida para lquida e a fase gasosa(mais energtica).
2 H2(g) + 1 O2(g) 2 H2O(l) H = - 68,3 kcal
2 H2(g) + 1 O2(g) 2 H2O(g) H = - 57,8 kcalNuma reao exotrmica, quanto menos energtica for a fase de agregao dos produtos
formados, maior ser a energia liberada. Quanto mais energtica for a fase de agregao dos
produtos formados, menor ser a energia liberada, pois a energia ficar retida no produto. A H de
sntese de H2O(l) , em mdulo maior que a H2O(g) .
Variedade alotrpica: Em uma reao exotrmica ocorre que se o reagente na forma alotrpica mais
estvel (menos energtico) obtm-se menor quantidade de energia liberada.
C(grafita) + O2(g) CO2(g) H = - 94,00 kcalC(diamante) + O2(g) CO2(g) H = - 94,45 kcal
Presena de solvente: Quando dissolvemos uma substncia em um solvente qualquer, ocorre
liberao de energia na forma de calor.
1 H2(g) + 1 Cl2(g) 2 HCl(g) H = - 44,2 kcal
1 H2(g) + 1 Cl2(g)OH2 4 HCl(g) H = - 88,4 kcal
(cada 1 mol de HCl dissolvido em gua libera 18 kcal)
6.1.Classificao: Reao exotrmica e reao endotrmicaReao exotrmica: aquela que libera energia na forma de calor ou aquela em que o calor
considerado "produto" da reao. As reaes de combusto liberam energia para o ambiente. A
solidificao e a condensao so mudanas de estado fsico que liberam calor.
[Entalpia dos produtos] < [Entalpia dos reagentes] H < 0
A entalpia dos produtos menor que a dos reagentes, ou seja, apresenta H
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
43/74
42
Centro de Educao Tecnolgica do Estado da BahiaUnidade de Camaari
Veja que o sinal do H igual ao calor do primeiro membro e contrrio ao do segundo membro,
quando vem na prpria reao.
Reao endotrmica: aquela que absorve calor ou aquela em que o calor considerado
"reagente". A fotossntese, os cozimentos de nossos alimentos so exemplos deste tipo de reao. A
fuso e a vaporizao so mudanas de estado fsico que absorvem calor.
[Entalpia dos produtos] > [Entalpia dos reagentes] H > 0
A entalpia dos produtos maior que a dos reagentes, ou seja, apresenta H >0. Pode ser
representada de vrias formas:
Veja que o sinal do H igual ao calor do primeiro membro e contrrio ao do segundo membro,
quando vem na prpria reao.
Entalpia Reao exotrmica Entalpia Reao endotrmica
Hr reagentes Hp Produtos
Hp produtos Hr reagentes
Caminho da reao Caminho da reao
Equao termoqumica: a equao qumica acompanhada do valor do l, g, aq;
os estados alotrpicos, se houver;a temperatura e a presso.
Hr > HpH < 0 Hr < Hp
H > 0
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
44/74
43
Centro de Educao Tecnolgica do Estado da BahiaUnidade de Camaari
6.2. Entalpia Padro (H)
Por conveno, a entalpia padro de substncias simples na forma alotrpica mais estvel a
25C e 1 atm igual a zero (H0= 0).
gs hidrognio (H2) H =0 Carbono C(grafita) H = 0 Oxignio gs oxignio O2 H = 0
gs cloro (Cl2) H =0 C(diamante) H 0 gs oznio O3 H 0
Entalpia padro de formao ou Calor de formao, ou simplesmente entalpia de uma
substncia composta X, o 0fH da reao de formao de 1 mol de X a partir de seus elementos,
com H0= 0, ou seja, a quantidade de calor libertada ou absorvida na sntese total de um mol dessa
substncia a partir de seus elementos no estado padro.
H2(g) + Cl2(g) 1 HCl(g)0
)(HClfH = - 22,1 kcal
1 H2(g) + O2(g) 1H2O(l)0
)(guafH = - 68,3 kcal
Hreao= H (produtos) -H (reagentes)
Entalpia padro de combustoou Calor de combusto de uma substncia X a variao
de calor (H) que ocorre na reao de combusto completa de 1 mol da substncia X. a 25C e 1
atm de presso.
Entalpia padro de dissoluode uma substncia X o H do processo de dissoluo de 1
mol da substncia X numa quantidade de solvente suficientemente grande para que uma diluio da
soluo obtida no seja acompanhada de liberao nem de absoro de calor.
No caso do H de soluo de um composto slido (cristalino) em gua, temos:
H(soluo)= H(reticular)+ H(hidratao)
Entalpia padro de neutralizao ouCalor de neutralizao:
H+(aq)+ OH-(aq) H2O(l)
H = - 58 kJ
O calor de neutralizao constante (H = - 58 kJ) na neutralizao entre cidos fortes e bases
fortes. o calor da reao de neutralizao de um equivalente-grama de um cido ou um
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
45/74
44
Centro de Educao Tecnolgica do Estado da BahiaUnidade de Camaari
equivalente-grama de uma base. Para solues aquosas diludas, verifica-se que o calor de
neutralizao de cidos fortes com bases fortes aproximadamente 13,7 kcal.
1 Eg cido (aq) + 1 Eg base(aq) 1 Eg sal (aq) + H2O0
oneutralizaH
A constncia do valor da variao de entalpia no assim to surpreendente, porque, quando
cidos e bases fortes esto suficientemente diludos, a reao que ocorre apenas de H+com OH-.
Evidentemente que, em se tratando de cidos e bases fracos, o grau de ionizao ( ) j no se
aproxima dos 100% e o valor do H foge do valor previsto.
Energia de ligao a energia absorvida na quebra de 1 mol de ligao no estado gasoso. A
principal aplicao prtica permitir o clculo da variao de entalpia de reaes, conhecendo-se as
energias de ligaes. Veja esse exemplo, reagindo gs hidrognio e cloro, formando cloridreto.
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
46/74
45
Centro de Educao Tecnolgica do Estado da BahiaUnidade de Camaari
EXERCCIO RESOLVIDO
Calcular a variao de entalpia na reao: CH4+ 2O2CO2 + 2H2O, utilizando as entalpias deformao, em kcal/mol: CH4=17,9; CO2=94,1 e H2O=68,3.
Resoluo:
6.3.Lei de Hess
Lei de Hessou lei dos estados inicial e final - Hess determinou em 1840 a seguinte lei: "A
variao de entalpia envolvida numa reao qumica, sob determinadas condies experimentais,
depende exclusivamente da entalpia inicial dos reagentes e da entalpia final dos produtos, seja a
reao executada em uma nica etapa ou em vrias etapas sucessivas".
O H de uma reao s depende dos estados inicial e final e no depende dos estados
intermedirios.
O calor total liberado ou absorvido nas reaes sucessivas: AB e B C igual ao calor
liberado ou absorvido na reao AC. Outra maneira de dizer a mesma coisa que o calor liberado
ou absorvido na reao AC no depende do nmero de estados intermedirios.
Lembre-se que, ao multiplicar ou dividir os coeficientes de uma reao termoqumica por um
nmero qualquer, deve-se multiplicar ou dividir o valor deH desta reao pelo mesmo nmero.
Atividade
01. Calcule a Hda reao de formao do metano, dadas as reaes abaixo em condiespadro:
H2(g) + O2(g) H2O(l) 0 )(guafH = - 68,3 kcal
C (grafita) + O2(g) CO2(g) 0H = - 94,0 kcal
CH4(g) + 2 O2(g) CO2(g + 2H2O(l) 0H = - 212,8 kcal
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
47/74
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
48/74
47
Centro de Educao Tecnolgica do Estado da BahiaUnidade de Camaari
Uma reao espontnea a que tende a ser a mais exotrmica (entalpia mnima ou menor
valor de H) e, ao mesmo tempo, a que tende a uma maior distribuio de matria e energia (entropia
mxima ou maior valor de S).
Energia Livre de Gibbs: A energia livre liberada numa reao a energia mxima que livre para
produzir trabalho til. Mede a relao entre a entalpia e a entropia atravs da equao de Gibbs e
prev a espontaneidade de uma reao qumica.
Equao de Gibbs
G = H - TS G = H - TS
G < 0 liberao de energia livre reao espontnea
G > 0 absoro de energia livre reao no-espontnea
G = 0 equilbrio
Energia gasta na organizao= TS
Uma vez que H e S variam muito pouco com a temperatura, temos que:
H S G
+ - + (sempre)
- + - (sempre)
+ ++-
quando H > TSquando H < TS
- -+-
quando |H| < |TS|quando |H| > |TS|
Calcule o valor de Gpara a reao: C2H 2(g)+ 2 H2(g) C2H6(g) temperatura de 100C, e determine
se esse processo ou no espontneo nesta temperatura.Dados: HfC2H 2(g)= + 54,2 kcal/mol; HfC2H6 (g)= - 20,2 kcal/mol; S H2(g= 31,2 cal/K mol;
S C2H 2(g)= 48 cal/K mol; S C2H6 (g) = 54,8 cal/K mol.
7.Cintica qumica
Estuda a velocidade das reaes qumicas e os fatores que a influenciam e a possibilidade de
controlar essa velocidade, tornando-as mais rpidas ou mais lentas. O estudo feito em reaes com
velocidade moderada, que pode ser acompanhada, como a decomposio trmica de sais, acombusto de vrios compostos orgnicos, a transformao de alimentos pela ao de bactrias.
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
49/74
48
Centro de Educao Tecnolgica do Estado da BahiaUnidade de Camaari
7.1.Teoria das colises
Partimos do princpio de que as partculas de uma substncia qumica no esto paradas. Elas
possuem uma determinada quantidade de energia e se movimentam. Este movimento faz com que se
choquem e pode fazer com que ocorra a reao. Para isto, se deve ter quebra de ligaes qumicas e
formao de novas ligaes, o que requer colises eficazes ou efetivas, nas quais so indispensveis
duas condies: coliso suficientemente energtica e orientao favorvel das molculas em choque.
Segundo a Teoria da Colises, o que determina a velocidade de reao a natureza e a quantidade
de choques entre as molculas dos reagentes.
Choques mal orientados, mesmo entre partculas ativadas, no conduzem reao, assim
como choques bem orientados entre partculas no ativadas tambm no conduzem. Dessa forma, o
choque deve ocorrer entre partculas ativadas em uma boa orientao.
7.2. Velocidade de reao
A velocidade de consumo de reagentes e formao de produtos a relao entre a
variao de sua quantidade ou de concentrao, e o tempo em que ela ocorre.
Vs=t
n
ou Vs=
[ ]
t
S
onde [ ]S = Concentrao da substncia S;
n = variao de n de mols; t = tempo decorrido
Velocidade mdia da reao o mdulo da velocidade de consumo de reagentes ou da
velocidade de formao de produtos, dividido pelo respectivo coeficiente da substncia na equao da
reao balanceada.
Dada a equao :1 N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g)
Teremos a equao da velocidade mdia na reao de formao da amnia:
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
50/74
49
Centro de Educao Tecnolgica do Estado da BahiaUnidade de Camaari
)(reaomv = 12N
v
= 3
2Hv
= 2
3NHv
)(reaomv =[ ]t
N
2.1
1=
[ ]t
H
2.3
1=
[ ]t
NH
3.2
1
Dada a equao genrica :aA (g) + bB (g) cC (g)
)(reaomv =[ ]t
A
a
.1
=
[ ]t
B
b
.1
=
[ ]t
C
c
.1
Fatores que influenciam na velocidade da reao:
A temperatura O aumento da temperatura faz com que aumente a velocidade da reao. Ex.:Um
comprimido efervescente reage amais rpido com gua quente do que com a gua fria.No refrigerador, a
velocidade de decomposio de alimentos por microorganismos diminuda pela diminuio da
temperatura.
A concentrao das solues o aumento da concentrao de um reagente geralmente torna a
reao mais rpida.
O estado de diviso de um lquido quando em reao em sistema heterogneo - uma maior
superfcie de contato do slido com o reagente lquido produz maior velocidade de reao. Ex.: O
comprimido triturado reage mais rapidamente com a gua.
Natureza dos reagentes Quanto maior o nmero de ligaes a serem rompidas nos reagentes e
quanto mais forte forem estas ligaes, mais lenta ser a reao e vice-versa.
Presso: Se aumentarmos a presso (diminuindo o volume, por exemplo), aumentamos o nmero
de colises e, portanto, a velocidade da reao. Ex.: panela de presso. Aumentando a presso, haver um
aumento na temperatura de ebulio da gua dentro da panela, possibilitando assim um cozimento mais
rpido do alimento imerso.
Presena (concentrao e forma fsica) de um catalisador:
Catalisador: espcie qumica que acelera a velocidade de uma reao qumica. Os
catalisadores atuam reduzindo a energia de ativao, e por conseqncia, aumentando a velocidade.
Inibidor: espcie qumica que, juntamente com as molculas reagentes, faz com que estas
reajam a uma velocidade menor. So utilizados como conservantes de alimentos, pois eles retardam a
reao de decomposio. Por exemplo, podemos citar na margarina, a ao do conservante EDTA
clcico dissdico.
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
51/74
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
52/74
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
53/74
52
Centro de Educao Tecnolgica do Estado da BahiaUnidade de Camaari
2. Considerando o grfico, responda os nmeros que correspondem variao de entalpia e a
energia de ativao da reao inversa.
Resposta: Reao inversa a reao da direita para a esquerda. Dessa forma, o B o reagente
e o A o produto. O 5 a energia de ativao da reao inversa e a variao de entalpia
representada pelo 4.
3. Considere os seguintes processos: neutralizao de leite de magnsia no estmago,
oxidao de cobre, formando zinabre e ataque de cido muritico (HCl) em pedao de palha de ao.
Quem apresenta alta energia de ativao?
Resposta: Ter alta energia de ativao significa velocidade baixa, ou seja, reao muito lenta.
Isso quer dizer que somente a oxidao do cobre formando zinabre apresenta, pois uma reao
lenta. J os dois outros processos apresentam energia de ativao baixa, o que significa uma reao
rpida.
Atividade1. A combusto do gs de cozinha uma reao exotrmica, porm s se inicia ao receber
energia externa como, por exemplo, a da chama de um palito de fsforo. Como chamada a energia
fornecida pelo palito?
2. Observe o diagrama de energia e julgue as afirmativas:
I- O processo exotrmico;
II- A reao tem variao de entalpia igual a 30 kcal
III- A energia de ativao vale +130 kcal
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
54/74
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
55/74
54
Centro de Educao Tecnolgica do Estado da BahiaUnidade de Camaari
temperatura. Para dada reao, a constante de velocidade depende fundamentalmente da
temperatura, isto , variando a temperatura, varia o valor de k.
Quando um dos reagentes se encontra no estado slido, ou lquido em excesso, sua
concentrao no aparece na equao da Lei da ao das massas:
Os expoentes a e b na expresso de clculo da velocidade instantnea, na verdade, so
determinados experimentalmente. Existem reaes que ocorrem em vrias etapas, e a mais lenta
determina a velocidade da reao. Por exemplo:
Assim, os expoentes sero iguais aos coeficientes da equao balanceada somente para
reaes elementares, que ocorrem em uma nica etapa.
A ordem de uma reao dada pela soma dos expoentes aos quais esto elevadas asconcentraes na frmula da velocidade:
Meia-vida
Tempo necessrio para reagir a metade da quantidade de uma substncia.
A desintegrao radioativa reao de 1 ordem. A meia-vida constante e no depende da
quantidade do radioistopo.Catlise e catalisador
Catlise uma reao na qual toma parte um catalisador.
Catalisador uma substncia que aumenta a velocidade de uma reao, permanecendo
inalterado qualitativa e quantitativamente no final da reao.
A ao do catalisador abaixar a energia de ativao, possibilitando um novo caminho para a
reao. O abaixamento da energia de ativao que determina o aumento da velocidade da reao.
Catlise homognea:Catalisador e reagentes constituem uma s fase.
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
56/74
55
Centro de Educao Tecnolgica do Estado da BahiaUnidade de Camaari
Catlise heterognea :Catalisador e reagentes constituem duas ou mais fases (sistema
polifsico ou mistura heterognea).
Enzima uma protena que atua como catalisador em reaes biolgicas. Caracteriza-se
pela sua ao especfica e pela sua grande atividade cataltica. Apresenta uma temperatura tima,
geralmente ao redor de 37C, na qual tem o mximo de atividade cataltica.
Autocatlise: Quando um dos produtos da reao atua como catalisador. No incio, a reao
lenta e, medida que o catalisador (produto) vai se formando, sua velocidade vai aumentando.8. Equilbrio qumico
uma reao reversvel na qual a velocidade da reao direta igual da reao inversa e,
conseqentemente, as concentraes de todas as substncias participantes permanecem constantes.
Caractersticas do equilbrio qumico:
S pode ser atingido em sistemas fechados Em sistemas fechados, toda reao qumica reversvel Propriedades macroscpicas como densidade, cor, concentrao, massa, permanecem constantes. A velocidade da reao direta igual velocidade da reao inversa.
Como ocorre o equilbrio qumico:
No incio da reao, a velocidade da reao direta mxima pois, a concentrao de reagentes mxima.A quantidade de reagentes vai diminuindo e a velocidade da reao direta diminui.Os produtos vo sendo formados e a reao inversa se inicia.A velocidade da reao inversa vai aumentando, a medida que a quantidade de produtosaumenta.Num instante Te, as velocidades das reaes direta e inversa se igualam.O equilbrio foi atingido.
Grfico das reaes direta e inversa em funo do tempo
Velocidade Vd
Vi
Tempo
Constante de equilbrio: Quando as duas reaes reversveis atingem o equilbrio, o estado
de equilbrio definido pela constante de equilbrio KC.
Te
Vd = Vi 0
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
57/74
56
Centro de Educao Tecnolgica do Estado da BahiaUnidade de Camaari
reagentes produtos
aA + bB cC + dD [C]c[D]
d
Kc=
[A]a[B]
b
Kcno varia com a concentrao nem com a presso, mas varia com a temperatura.
Quanto maior o Kc, maiores so as concentraes dos produtos em relao s dos reagentes,
no equilbrio.
Quanto menor o Kc, menores so as concentraes dos produtos em relao s dos reagentes,
no equilbrio.
Equilbrios gasosos homogneos
A velocidade de reaes que envolve gases pode ser expressa em funo das presses
parciais de seus reagentes.
reagentes produtos
aA + bB cC + dD
(pC)c(pD)dKp=
(pA)a(pB)b
Kp= Kc(RT)n onde n = (c + d) - (a + b)
Equilbrios heterogneos: Os participantes slidos no entram na expresso do Kcnem do Kp(se houver).
C(s) + CO2 (g) 2 CO(g) (pCO)2Kp=
pCO2
Princpio de Le Chatelier: Quando se exerce uma ao sobre um sistema em equilbrio, eledesloca-se no sentido que produz uma minimizao da ao exercida.
-
8/10/2019 Apostila de Fsico-Qumica.pdf
58/74
57
Centro de Educao Tecnolgica do Estado da BahiaUnidade de Camaari
9.Deslocamento de equilbrio qumico
Equilbrio e concentrao
Um aumentoda concentrao de um participante desloca o equilbrio no sentido da reao
em que este participante consumido.