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12.9:

Soluções Ideais

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Chemistry
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Ideal Solutions

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Numa solução, há três forças intermoleculares muito atraentes:atrações entre as moléculas de solvente, atrações entre as moléculas de soluto, e atrações entre o soluto e as moléculas de solvente. Se as forças de cada um dos três tipos de interações são semelhantes em magnitude, a solução é chamada uma solução ideal. Uma solução ideal obedece à lei de Raoult em todas as concentrações.Para uma solução ideal com dois componentes voláteis, como o tolueno e o benzeno, a pressão parcial de vapor de cada componente irá ser dada pela lei de Raoult como um produto do vapor pressão do componente puro e a sua fração molar. Numa dada solução, a fração molar do tolueno é de 0, 4 e a fração molar para o benzeno é 0, 6. Como as pressões de vapor do tolueno puro e benzeno puro são 22 e 75 Torricelli, respectivamente, as pressões parciais de tolueno e benzeno nesta solução será 8.8 e 45 Torricelli, respectivamente.O vapor total da pressão é a soma das pressões parciais de cada componente e é igual a 54 Torricelli. Para uma solução ideal, uma malha de pressão de vapor contra fração molar produz uma linha reta. Quando as forças intermoleculares dentro de uma solução não são uniformes, a solução desvia-se da lei de Raoult e é chamada de não-ideal.Se o solvente-soluto as interações numa solução são mais fracas do que as interações solvente-solvente, como no caso de um benzeno e solução de metanol, o soluto permitirá mais partículas de solvente para escapar para o estado gasoso do que no solvente puro. Assim, a pressão de vapor tende a ser maior do que isso previsto pela lei de Raoult. Tais soluções mostram um desvio da lei de Raoult.Inversamente, numa solução com interações soluto-solvente fortes, o soluto irá prevenir o solvente de vaporizar e a pressão de vapor da solução será menos do que o previsto pela lei de Raoult. Isto é observado em um solução aquosa de acetona e clorofórmio, onde forte ligação ao hidrogênio entre as duas pontas ocorre um desvio negativo da lei de Raoult.

12.9:

Soluções Ideais

De acordo com a lei de Raoult, a pressão parcial de vapor de um solvente em uma solução é igual ou idêntica à pressão de vapor do solvente puro multiplicada pela sua fração molar na solução. No entanto, a Lei de Raoult é válida apenas para soluções ideais. Para que uma solução seja ideal, a interação solvente-soluto deve ser tão forte como uma interação solvente-solvente ou soluto-soluto. Isto sugere que tanto o soluto como o solvente usariam a mesma quantidade de energia para escapar para a fase de vapor como quando nos seus estados puros. Isto só é possível se os diferentes componentes da solução forem quimicamente semelhantes, como no caso do benzeno e do tolueno ou do hexano e do heptano.

Uma vez que muitas soluções não têm forças de atração uniformes, a pressão de vapor destas soluções desvia-se da pressão prevista pela lei de Raoult. Por exemplo, quando o etanol é dissolvido em água, existem fortes atrações entre as moléculas de água e as moléculas de etanol. Estas forças de atração tendem a abrandar a perda de moléculas de água da superfície da solução. No entanto, se a solução estiver suficientemente diluída, a superfície terá mais moléculas de água. Algumas destas moléculas de água à superfície podem não estar rodeadas por nenhuma molécula de etanol e ainda podem escapar para a fase de vapor à mesma taxa que em água pura. Diz-se que essas soluções diluídas aproximam-se do comportamento ideal.

Para soluções não ideais, o desvio da lei de Raoult pode ser negativo ou positivo. O desvio negativo ocorre quando a pressão de vapor é inferior à esperada pela lei de Raoult. Uma solução de água e ácido clorídrico apresenta um desvio negativo, uma vez que as ligações de hidrogénio entre a água e o ácido clorídrico impedem que as moléculas de água à superfície vaporizem tão rapidamente.

Alternativamente, o desvio positivo ocorre quando a atração entre as moléculas de cada componente, soluto-soluto ou solvente-solvente, é maior do que a atração entre o solvente e o soluto. Em tais soluções, ambos os componentes podem facilmente escapar para a fase de vapor. Um exemplo de desvio positivo é uma solução de benzeno e metanol, uma vez que as forças intermoleculares entre o benzeno e o metanol são mais fracas do que as encontradas no metanol puro.

Suggested Reading

  1. Bertrand, Gary L., and Claude Treiner. "Raoult's law as applied to binary solvent mixtures." Journal of solution chemistry 13, no. 1 (1984): 43-49.
  2. Raoult, F. M. "General law of the vapor pressure of solvents." Comptes Rendus 104 (1887): 1430-3.