Tonoscopia e Lei de Raoult

Aula de Dayanne Rolim e João Antônio Pimentel

A tonoscopia é uma propriedade coligativa relacionada à diminuição da pressão máxima de vapor (PMV) de uma solução em relação ao líquido puro.

Mas o que é a PMV?

Imagine um recipiente hermeticamente fechado, contendo uma pequena quantidade de água pura, a uma temperatura fixa T.

Naturalmente, as móleculas de água se movimentam (movimento browniano). Algumas delas possuem energia cinética suficiente para chegar até a superfície e vencer as forças intermoleculares de atração da água (ligações de hidrogênio). Assim, começam a evaporar e a ocupar o espaço livre de líquido no recipiente.



Este processo ocorre continuamente. As moléculas de água que passaram para a fase de vapor estão em movimento contínuo, exercendo determinada pressão sobre as paredes do recipiente (resultado da colisão entre uma molécula de $H_2O$ e o vidro).

A pressão máxima de vapor (PMV) ocorre quando o espaço livre de líquido do recipiente está saturado de moléculas de água na fase vapor.

Assim, a pressão máxima exercida (o momento em que para uma molécula evaporar, outra tenha que condensar) é a pressão máxima de vapor de um líquido na temperatura T.

Dessa forma, entendemos o objeto de estudo da tonoscopia: o abaixamento da pressão máxima de vapor de um solvente causada pela adição de um soluto não-volátil.

Comparativamente, uma solução de água e $NaCl$ a 25°C tem menor pressão máxima de vapor do que água pura a 25°C.

Isso ocorre devido às interações entre as partículas de soluto e as partículas do solvente, tornando as forças interativas mais fortes (note que agora temos forças de interação do tipo íon-dipolo) e, consequentemente, dificultando o escape de moléculas do solvente para o estado de vapor.

Existem diversas maneiras de calcular a pressão de vapor de uma solução, neste material iremos abordar as duas principais formas de calcular a pressão de vapor de uma solução, utilizando a Lei de Raoult e relacionando-a com a molalidade, vamos dar uma olhada nessa lei tão importante para o estudo das propriedades das coligativas.

A Lei de Raoult

A lei de Raoult nos fornece uma aproximação para a pressão de vapor de misturas de líquidos. Ela afirma que a pressão de vapor de uma mistura monofásica é igual à soma ponderada em fração molar das pressões de vapor dos componentes:

$P_{tot} = \sum Py_i = \sum P_i^{sat}x_i$

$P_{tot}$ é a pressão de vapor da mistura, $x_i$ é a fração de molar do componente $i$ na fase líquida e $y_i$ é a fração molar do componente na fase de vapor.

Sendo que sua versão simplificada pode ser escrita da seguinte maneira:

$\Delta P = x_i \cdot P^\circ$

Sendo $\Delta P$ o abaixamento da pressão de vapor. Assim temos uma melhor visão da equação que nos descreve esse fenômeno tão importante, abaixo é explicado o motivo de podermos escrever a equação dessa forma.

Vamos pensar no caso de uma mistura com um solvente A e um soluto B não volátil, como a pressão de vapor será calculada na presença de um soluto não-volátil? Nesse caso, sabemos que o soluto B irá possuir uma pressão de vapor muito pequena, ou seja, tendendo a zero, isso significa que podemos aproximar a pressão de vapor de B para zero. Assim, o abaixamento da pressão de vapor da solução poderá ser calculada utilizando apenas o solvente A:

$P_B^\circ = 0 \Rightarrow \Delta P = P_A^\circ \cdot x_A$

Relacionando a Molalidade com a Lei de Raoult

A molalidade pode ser relacionada com a variação da pressão de vapor a partir da seguinte equação:

$\frac{\Delta P}{P_1} = K_t \cdot W \cdot i$

$K_t$ = Constante Tonoscópica

$i$ = Fator de Van't Hoff

$W$ = Molalidade(mol/Kg)

Conclusão

A tonoscopia e a Lei de Raoult são conceitos fundamentais em química, especialmente quando se trata do estudo das propriedades coligativas das soluções. A tonoscopia é uma técnica que permite medir o abaixamento da pressão de vapor em soluções, enquanto a Lei de Raoult descreve o comportamento dessas soluções ideais em relação ao abaixamento da pressão de vapor.

Em suma, o estudo da tonoscopia e a aplicação da Lei de Raoult são de suma importância para o entendimento das propriedades das soluções e a predição de comportamentos em sistemas químicos complexos. O aprofundamento nesses conceitos são de muita importância na sua jornada olímpica! Boa sorte nos seus estudos, aluno olímpico!