Aula 1 - Solução ideal e Fator de Van't Hoff

Aula de João Antônio Pimentel

 

Bom, você já deve ter se deparado com inúmeras soluções em sua finita vida, pode ter sido na cozinha de sua casa ou até em um laborátorio de química, de qualquer forma, a compreensão das soluções químicas é essencial para diversas áreas da ciência e da indústria. Muitas vezes, nos deparamos com sistemas em que substâncias são dissolvidas em um solvente, formando uma solução. No entanto, nem todas as soluções se comportam da mesma maneira. Algumas apresentam comportamento ideal, enquanto outras desviam-se dessa idealidade.

 

Solução Ideal:

A solução ideal é um modelo de solução que obedece perfeitamente as equações de Raoult (para o solvente) e Henry para o soluto.

Lei de Raoult: $P_i = P_i^\circ \cdot x_i$

Lei de Henry: A solubilidade de um gás em um líquido, em temperatura constante, é diretamente proporcional à pressão parcial do gás acima do líquido (ou, de forma mais geral, em contato com o líquido).

Os critérios para a idealidade são:

• As interações intermoleculares solvente-solvente e soluto-soluto são idênticas entre si e idênticas às interações intermoleculares solvente-soluto.
• Como consequência das interções iguais, o $\Delta H_{dissolucao} = 0$. Assim, a única força termodinâmica que atua na dissolução é a variação de entropia positiva.

Na prática, para que uma solução se comporte como ideal, ela deve ser muito diluída (NaCl diluído) ou formada por líquidos muito parecidos, como por exemplo, uma mistura de benzeno e tolueno.

Não idealidade:

Os desvios da idealidade podem ser descritos através da utilização de coeficientes de atividade que pode ser suficiente para descrever as propriedades da solução se os desvios da idealidade forem modestos; tais soluções são denominadas regulares.

Ao contrário das soluções ideais, em que os volumes são estritamente aditivos e a mistura é sempre completa, o volume de uma solução não ideal não é, em geral, a simples soma dos volumes dos líquidos puros componentes e a solubilidade não é garantida em toda a gama de composição. Através da medição das densidades, a atividade termodinâmica dos componentes pode ser determinada.

Fator de Van't Hoff

O fator de Van't Hoff (i) é uma medida do efeito de um soluto nas propriedades coligativas, como a pressão osmótica, a diminuição relativa da pressão de vapor, a elevação do ponto de ebulição e a depressão do ponto de fusão. O fator de Van't Hoff é a relação feita entre o número total de partículas finais em relação às iniciais nas soluções iônicas. Para a maioria dos casos de compostos que não formam eletrólitos o fator de Van't Hoff será igual a 1. Para maioria dos compostos iônicos dissolvidos em água, o fator de Van't de Hoff será igual ao número de íons produzidos em uma solução, mas lembre-se de que isso só é verdade para soluções ideais.

Solutos dissociados:

O grau de dissociação de uma especie é descrito pela razão entre o número de moléculas dissociadas e o número de moléculas totais e e definido pela letra grega $\alpha$. A relação matemática que descreve o fator de Van't Hoff é dada a seguir:

$i = 1 + \alpha(q-1)$

Por exemplo, a dissociação do sal KCl em água é a seguinte: $KCl \rightleftharpoons K^-+Cl^-$, isso nos dá q = 2, pois dois íons foram formados, assim, q pode ser definido como o número de íons formados. Então o fator de Van't Hoff será 1 + $\alpha$.

Solutos associados:

Similarmente, se uma fração $\alpha$ de $n$ mols de um soluto associados para formar um mol de um n-mer pode ser descrita matemáticamente da seguinte forma:

$i = 1 - (1 - \frac{1}{n})\cdot \alpha$.

Por exemplo, a dimerização do ácido acético em benzeno:

$2 CH_3COOH \rightleftharpoons (CH_3COOH)_2$

2 mol de ácido acético formam 1 mol de dímero, então:

$i = 1 - (1 - \frac{1}{2})\cdot \alpha = 1 - \frac{\alpha}{2}$

Assim, o fator de Van't Hoff será menor do que 1.

Significado Físico do Fator de Van't Hoff:

• Quando as partículas de um soluto se associam em solução, i é inferior a 1. Por exemplo, os ácidos carboxílicos, como o ácido acético (ácido etanoico) ou o ácido benzoico, formam dímeros em benzeno, de modo que o número de partículas de soluto é metade do número de moléculas de ácido.
• Quando as partículas de um soluto se dissociam em solução, i é maior do que 1 (por exemplo, cloreto de sódio em água, cloreto de potássio em água, cloreto de magnésio em água).
• Quando as partículas de um soluto não se dissociam nem se associam, i é igual 1 (por exemplo, glucose em água).

Agora estamos prontos de verdade para enfrentar as propriedades coligativas! Parabéns pelo seu esforço de ir atrás desse material tão importante para a sua medalha, aluno olímpico!