Erin- gostamos sempre de perguntas complementares. Mostra que alguém realmente leu uma resposta.
Fui ao Google, procurando por ‘elevação molecular do ponto de ebulição’, um nome que recebi ao procurar no CRC Handbook of Chemistry and Physics. Houve uma série de acessos, incluindo:.
Talvez eu deva explicar porque existe uma relação simples entre o número de moléculas dissolvidas ou íons por unidade de volume e a elevação do ponto de ebulição. Esta explicação pode ser mais técnica do que você ou muitos outros leitores querem, mas não consigo resistir a tentar mostrar que existe uma lógica para estas regras, não apenas um conjunto de ditos para lembrar. A descrição abaixo é um pouco geral, mas o solvente pode muitas vezes ser água, e o soluto pode ser sal ou açúcar.
Um líquido ferve quando é aquecido a uma temperatura para a qual a energia livre da rede não muda quando algumas moléculas deixam o líquido e se juntam ao gás (à pressão particular utilizada). A mudança de energia livre envolve a mudança tanto na energia como na entropia (ver abaixo) do líquido e do gás. É necessária muita energia para puxar uma molécula para fora do líquido, mas ela ganha muita entropia por ter muito espaço para correr dentro do gás. (A entropia é definida como o logaritmo natural do número de estados disponíveis). A importância relativa da entropia e da energia é determinada pela temperatura. Portanto, há uma temperatura particular (o ponto de ebulição) onde os dois efeitos se equilibram, e tanto o líquido como o gás são estáveis.
Para cada solvente, esses efeitos podem ser bastante difíceis de perceber, mas felizmente tudo o que nos interessa aqui é a mudança quando se adiciona um pouco de soluto, porque é isso que muda o ponto de ebulição. Vamos pensar no que acontece quando você adiciona apenas um pouco de soluto, não o suficiente para haver muita interação entre as moléculas de soluto ou íons. O soluto pode mudar a entropia e a energia do solvente, mas esse efeito não é sensível a mudanças no número de moléculas de solvente porque cada molécula de soluto está completamente rodeada de solvente de qualquer maneira. A mudança chave é esta: quando uma molécula de solvente evapora, ela deixa menos espaço para as moléculas de soluto se agitarem. Há menos estados disponíveis para elas. Outra forma de dizer isso é que eles perderam alguma entropia. Se, digamos, 1% do solvente fervesse cada molécula de soluto teria apenas 99% dos estados disponíveis, então perderia cerca de 0,01 de entropia, em unidades de entropia natural. A perda de entropia por molécula de soluto não depende das suas propriedades moleculares, portanto o efeito no ponto de ebulição também não!
mike w
Esta simples pergunta diária tem alguma física interessante nela, e eu repensei a resposta algumas vezes. A questão é se para pequenas concentrações não voláteis de soluto a elevação do ponto de ebulição (ou equivalente, a redução da pressão de vapor) depende apenas da concentração de moléculas de soluto, não de nenhuma das suas propriedades. Tenho certeza que o argumento está nos livros de química física, mas hoje em dia é fácil ficar preguiçoso e tentar obter todas as informações da Web ou pensando.
No início eu escrevi sim, depois alterei a resposta para dizer sort-of. Depois de pensar um pouco, a resposta é sim para qualquer soluto não-iônico. Vou postar uma atualização quando tiver mais certeza sobre solutos iônicos.
Anyway, aqui está o argumento para solutos não-iônicos. Estes não têm interacções de longo alcance uns com os outros ou com o solvente. Então você pode dividir a energia livre em quatro partes:
1. de regiões de solvente puro.
2. de bolinhas de solvente cada uma contendo uma molécula de soluto
3. de interações soluto-soluto.
4. a parte da entropia de onde as moléculas de soluto são
Term 4 é a que dá o efeito que discutimos acima.
Term 3 é insignificantemente pequena para soluções diluídas.
Term 2 não muda quando uma molécula de solvente evapora, porque o número de moléculas de soluto não muda.
Term 1 é o mesmo que para o solvente puro.
Então a mudança de energia livre quando uma molécula de solvente sai para o vapor (ou o sólido) é a mesma que para o solvente puro mais o termo que calculamos que depende apenas do solvente e da densidade das moléculas de soluto.
Este é o tipo de argumento que deve parecer aborrecido para a maioria das pessoas, mas alguns de nós ficamos muito emocionados quando um resultado rigoroso como este surge do murmúrio de complicações que são importantes para a maioria dos problemas.
Como eu disse, as coisas ficam um pouco mais complicadas se houver interacções electrostáticas de longo alcance, por isso seguir-se-á uma actualização.
mike w, again
p.s. Um cálculo preliminar do que acontece com os sais (iões) indica que eles só têm o mesmo efeito sobre o ponto de ebulição que outros solutos quando a sua concentração é significativamente inferior à concentração iónica de fundo no solvente. Em água que é 10-7 M cada um de H+ e OH-. Assim, para os tipos de concentração de sal que têm um efeito maior, as interacções electrostáticas tornam o efeito por ião diferente do resultado por molécula para os solutos não iónicos.
(publicado em 22/10/2007)