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QUÍMICA - Fases da Água

Diagrama de Fases da Água


Se representarmos em um mesmo gráfico a variação da temperatura de ebulição e a variação de temperatura de solidificação da água em função de sua pressão de vapor, obteremos o seguinte:
 

No ponto onde a pressão é igual a 4,579 mmHg, a temperatura é igual a 0,01 °C e a curva de ebulição coincide com a curva de solidificação da água. Isso significa que nessa pressão e temperatura temos o equilíbrio:

água sólida ßà água líquida ßà água vapor

Esse ponto (4,579 X 0,01) é chamado de ponto triplo da água. Abaixo de 4,579 mmHg, a água passa diretamente da fase sólida à fase de vapor, ou seja, ocorre a sublimação. Se acrescentarmos ao gráfico acima a variação da temperatura em pressão abaixo de 4,579 mmHg, obteremos a curva de sublimação.

 

O gráfico anterior é conhecido como diagrama de fase da água. Nele, observamos que:
• No ponto triplo coexistem as 3 fases de equilíbrio:
  água sólida ßà água líquida ßà água vapor
• Na curva de sublimação coexistem as fases sólida e
   vapor:

   água sólida ßà água vapor
• Na curva de solidificação coexistem as fases sólida e
   líquida:

   água sólida ßà água líquida
• Na curva de ebulição coexistem as fases líquida e
   vapor:

   água líquida ßà água vapor
• Em toda região à direita das curvas de ebulição e de
   sublimação existe somente a fase vapor d’água.

• Em toda região entre as curvas de solidificação e de
   ebulição existe somente a fase líquida da água.

 

(FMS.J. Rio Preto) Para evitar o congelamento da água do radiador dos automóveis durante o inverno, em alguns países costuma-se adicionar o 1,2-etanodiol líquido à água do radiador.
a) Explique por que o 1,2-etanodiol evita o congelamento da solução formada.
b) Identifique a propriedade das soluções na qual se baseia o uso do 1,2-etanodiol e explique se o efeito é o mesmo para diferentes proporções de 1,2-etanodiol e água.

Resolução

a) A adição de um soluto não volátil (etanodiol) a um solvente (água) diminui a temperatura de congelamento de solvente.
b) A propriedade é chamada efeito crioscópico ou, simplesmente, crioscopia. Como todo efeito coligativo, ele é tão mais intenso quanto maior for a concentração da solução, ou seja, quanto maior a proporção de etanodiol na mistura, mais baixo será o ponto de congelamento da solução.

 

(PUC-MG) Sejam dadas as seguintes soluções aquosas:
I. 0,1 mol/L de glicose (C6H12O6)
II. 0,2 mol/L de sacarose (C12H22O11)
III. 0,1 mol/L de hidróxido de sódio (NaOH)
IV. 0,2 mol/L de cloreto de cálcio (CaCl2)
V. 0,2 mol/L de nitrato de potássio (KNO3)
A que apresenta maior temperatura de ebulição é:

a) I                d) IV
b) II               e) V
c) III

Resolução


Em 1L de cada solução encontramos:
I. 0,1 mol de C6H12O6 = solução molecular
II. 0,2 mol de C12H22O11 = solução molecular

III. NaOH à Na+    + OH-

     0,1mol  0,1mol   0,1mol

                  0,2mol de íons

IV. CaCl2 à Ca2+    + 2Cl-

     0,2mol  0,2mol   0,4mol

                  0,6mol de íons

V. KNO3 à K+    + NO-3

     0,2mol  0,2mol   0,2mol

                  0,4mol de íons


Portanto, a solução que possui a maior temperatura de ebulição é a de CaCl2, pois quanto maior o número de partículas em solução, maior a elevação na temperatura de ebulição de um líquido e maior sua temperatura de ebulição.
Resposta: D

 

 

(UFRN-RN) Gabriel deveria efetuar experimentos e analisar as variações que ocorrem nas propriedades de um líquido, quando solutos não voláteis são adicionados. Para isso, selecionou as amostras a seguir indicadas.
Amostra I: água (H2O) pura.
Amostra II: solução aquosa 0,5 molar de glucose (C6H12O6).
Amostra III: solução aquosa 1,0 molar de glucose (C6H12O6).
Amostra IV: solução aquosa 1,0 molar de cálcio (CaCl2).
A amostra que tem o mais baixo ponto de congelamento é:
a) I                c) III
b) II               d) IV

Resolução

Em 1L de cada solução encontramos:
II. 0,5 mol de C6H12O6 = solução molecular
III. 1 mol de C6H12O6 = solução molecular

IV. CaCl2 à Ca2+ + 2Cl-

    1mol       1mol   2mols

                         3mols


A amostra que possui o mais baixo ponto de congelamento é a IV, pois apresenta o maior número de partículas em solução, portanto, o maior abaixamento no ponto de congelação do líquido e a menor temperatura de congelação.
Obs. – A água pura possui a maior temperatura de congelação das amostras apresentadas.
Resposta: D

 

 

(PUC-MG) Considere as seguintes soluções aquosas:

X – 0,1 mol/L de frutose (C6H12O6)
Y – 0,1 mol/L de cloreto de sódio (NaCl)
Z – 0,3 mol/L de sulfato de potássio (K2SO4)
W – 0,3 mol/L de ácido clorídrico (HCl)


Considerando as propriedades das soluções, assinale a afirmativa incorreta:
a) Numa mesma pressão, a solução Z apresenta a maior temperatura de ebulição.
b) A solução X é a que apresenta a maior pressão de vapor.
c) A solução W apresenta uma temperatura de congelação maior que a solucão Y.
d) Todas apresentam uma temperatura de ebulição maior do que 100 °C a 1 atm.

 

Resolução


Em 1L de cada solução encontramos:
X. 0,1 mol de C6H12O6 = solução molecular


Y. NaCl à Na+ + Cl-
 
0,1mol  0,1mol 0,2mol

                0,2mol de íons

 

Z. K2SO4 à 2K+ + SO2-4

  0,3mol  0,6mol 0,3mol

                0,9mol de íons

 

W. HCl à H+ + Cl-

  0,3mol  0,3mol 0,3mol

                0,6mol de íon

 

Portanto, quanto maior o número de partículas em solução:
– maior o abaixamento na pressão de vapor de um líquido e menor sua pressão de vapor
– maior a elevação na temperatura de ebulição de um líquido e maior sua temperatura de ebulição
– maior o abaixamento na temperatura de congelação de um líquido e menor sua temperatura de congelação.
Resposta: C

 

(Vunesp-SP) Quando um ovo é colocado em um béquer com vinagre (solução diluída de ácido acético), ocorre uma reação com o carbonato de cálcio da casca. Após algum tempo, a casca é dissolvida, mas a membrana interna ao redor do ovo se mantém intacta. Se o ovo, sem a casca, for imerso em água, ele incha. Se for mergulhado numa solução aquosa de cloreto de sódio (salmoura), ele murcha. Explique, utilizando equações químicas balanceadas e propriedades de soluções, conforme for necessário, por que:
a) a casca do ovo se dissolve no vinagre.
b) o ovo sem casca incha, quando mergulhado em água, e murcha quando mergulhado em salmoura.

Resolução

a) 2 H3CCOOH(aq) + CaCO3(s) à Ca(H3CCOO)2(aq) + H2O(l) + CO2(g)

b) A propriedade coligativa denominada osmoscopia explica a passagem da água, por uma membrana semipermeável, do meio menos concentrado para o mais concentrado. O ovo, em água pura, será o meio mais concentrado e, em salmoura, será o meio menos concentrado.

 

(Unifesp-SP) Uma solução aquosa contendo 0,9% de NaCl (chamada de soro fisiológico) e uma solução de glicose a 5,5% são isotônicas (apresentam a mesma pressão osmótica) com o fluido do interior das células vermelhas do sangue e são usadas no tratamento de crianças desidratadas ou na administração de injeções endovenosas.
a) Sem calcular as pressões osmóticas, mostre que as duas soluções são isotônicas a uma mesma temperatura.
b) O laboratorista preparou por engano uma solução de NaCl, 5,5% (em vez de 0,9%). O que deve ocorrer com as células vermelhas do sangue, se essa solução for usadas em uma injeção endovenosa? Justifique.
Dados: As porcentagens se referem à relação massa/volume.

Massas molares em g/mol:
NaCl – 58,5.
Glicose – 180.

Resolução

a) Na mesma temperatura, duas soluções devem apresentar o mesmo número total de partículas de soluto (moléculas e/ou íons) por litro de solução.
Vamos admitir 1,0 L de cada solução e que ambas tenham d = 1 g/mL.
Solução 0,9% de NaCl
d = 1 g/mL
1,0 L
à 1.000 g
Massa de NaCl


   100 g solução __________ 0,9 g NaCl
1.000 g solução __________ x g Na Cl
x = 9 g NaCl

Quantidade em mol de NaCl

1 mol __________ 58,5 g
n mol __________     9 g
n = 0,154 mol


Como cada fórmula NaCl contém 2 íons:
2 · (0,154) = 0,3 mol


Solução de 5,5% de glicose

Massa de glicose em 1,0 L de solução = 55 g

Quantidade em mol de glicose
1 mol __________ 180 g
n mol __________55 g
n = 0,3 mol


Como as moléculas de glicose não ionizam (soluto molecular), cada litro de solução terá 0,3 mol de partículas (moléculas) dissolvidas. Conclusão: ambas as soluções são isotônicas, já que apresentam o mesmo número (0,3 mol) de partículas de soluto para cada litro do sistema.

 

 

(Unicamp-SP) Evidências experimentais mostram que somos capazes, em média, de segurar por um certo tempo um frasco que esteja a uma temperatura de 60ºC, sem nos queimarmos. Suponha uma situação em que dois béqueres contendo cada um deles um líquido diferente (X e Y) tenham sido colocados sobre uma chapa elétrica de aquecimento, que está à temperatura de 100ºC. A temperatura normal de ebulição do líquido X é 50ºC e a do líquido Y é 120ºC.


b) Uma solução de NaCl a 5,5% terá maior pressão osmótica que o fluido do interior da célula vermelha. Nessas condições, se essa solução for utilizada em injeção endovenosa, poderá provocar o murchamento das células vermelhas, já que passará água (osmose) de dentro delas (meio hipotônico) para fora (meio hipertônico).

 

 

a) Após certo tempo de contato com esta chapa, qual dos frascos poderá ser tocado com a mão sem que ocorra o risco de sofrer queimaduras? Justifique a sua resposta.
X, por mais que seja aquecido este líquido, sua temperatura de ebulição não ultrapassará o valor de 50 °C.


b) Se a cada um desses frascos for adicionada quantidade igual de um soluto não volátil, mantendo-se a chapa de aquecimento a 100 °C, o que acontecerá com a temperatura de cada um dos líquidos? Explique.

X à Temp > 50 °C
Y
à Temp = 100 °C

Mantendo-se a chapa aquecida a 100 °C, o soluto não volátil causa o efeito coligativo junto aos líquidos, aumentando a temperatura de X, e continuará a 100 °C o líquido Y, já que a chapa não ultrapassa essa temperatura.

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