Propriedades coligativas: o que cai no ENEM e nos vestibulares

Resumo rápido

As propriedades coligativas são as mudanças que um soluto não volátil provoca nas propriedades de um solvente: a pressão de vapor diminui, a temperatura de ebulição aumenta, a temperatura de congelamento diminui e surge a pressão osmótica. O ponto central, e o que as provas mais cobram, é que essas mudanças dependem da quantidade de partículas dissolvidas, e não da natureza delas: dissolver um mol de glicose ou um mol de ureia em um quilo de água produz, em primeira aproximação, o mesmo efeito. Por isso o nome “coligativo”, do latim colligatus, “ligado junto” — o que conta é o conjunto das partículas, não quem elas são. É um tema clássico do ENEM e dos vestibulares, quase sempre ligado a exemplos do cotidiano, como sal no gelo, água salgada fervendo e soro fisiológico.

Há quatro propriedades coligativas: tonoscopia (abaixamento da pressão de vapor), ebulioscopia (elevação da temperatura de ebulição), crioscopia (abaixamento da temperatura de congelamento) e osmose (passagem de solvente através de uma membrana semipermeável). Todas elas crescem com a concentração de partículas. Se o soluto for um eletrólito, como o sal de cozinha, é preciso contar os íons que ele libera na dissolução — é aí que entra o fator de van’t Hoff, que veremos abaixo. Para revisar a base de concentrações, vale reler a matéria sobre unidades de concentração e a de diluição de soluções, e navegar pela lista de matérias de Química.

Por que o efeito depende só da quantidade de partículas?

Imagine o solvente puro: suas moléculas escapam da superfície do líquido com certa facilidade, gerando a pressão de vapor; quando ele ferve, a pressão de vapor iguala a pressão atmosférica; quando congela, suas moléculas se organizam em um sólido. Ao dissolver um soluto não volátil, parte da superfície do líquido passa a ser ocupada por partículas de soluto, que não evaporam. Menos moléculas de solvente escapam, a pressão de vapor cai, e é preciso aquecer mais para ferver. No congelamento, as partículas de soluto atrapalham a organização do sólido, e é preciso esfriar mais para congelar. Em nenhum desses passos importa se a partícula é de glicose, de ureia ou de sal — importa quantas partículas há por quantidade de solvente.

Por isso, a concentração usada nas fórmulas das propriedades coligativas é a molalidade — número de mols de soluto por quilograma de solvente — e não a molaridade, que depende do volume da solução e varia com a temperatura. Nas questões, preste atenção: se o enunciado der a massa de soluto e a massa de solvente, o caminho é calcular a molalidade primeiro. E lembre-se de que o soluto precisa ser não volátil: um soluto volátil, como o álcool, também evapora e o raciocínio muda.

As quatro propriedades, uma a uma

Tonoscopia. É o abaixamento da pressão de vapor do solvente quando um soluto não volátil é dissolvido. É a propriedade menos cobrada em conta, mas aparece em questões conceituais: quanto maior a concentração de partículas, menor a pressão de vapor. A lei de Raoult resume a ideia: a pressão de vapor da solução é proporcional à fração molar do solvente, ou seja, cai à medida que o soluto ocupa “lugar” na solução.

Ebulioscopia. É o aumento da temperatura de ebulição: a água pura ferve a 100 °C ao nível do mar, mas a água salgada ferve acima disso. A variação é dada por \\( \Delta T_e = K_e \cdot m \cdot i \\), em que \\( K_e \\) é a constante ebulioscópica do solvente (para a água, \\( 0,52 \, °\text{C} \cdot \text{kg/mol} \\)), \\( m \\) é a molalidade e \\( i \\) é o fator de van’t Hoff. Exemplo: dissolver 1 mol de glicose em 1 kg de água eleva a ebulição em cerca de 0,52 °C; dissolver 1 mol de NaCl, que se dissocia em 2 íons, eleva em cerca de 1,04 °C — o dobro de partículas, o dobro do efeito.

Crioscopia. É o abaixamento da temperatura de congelamento: a água pura congela a 0 °C, mas a água salgada congela abaixo disso. A fórmula é análoga: \\( \Delta T_c = K_c \cdot m \cdot i \\), com \\( K_c = 1,86 \, °\text{C} \cdot \text{kg/mol} \\) para a água. É por isso que se joga sal no gelo: a mistura de gelo e sal pode chegar a temperaturas bem abaixo de 0 °C, o que ajuda a gelar bebidas rapidamente e a derreter o gelo de estradas em países frios — o gelo derrete porque o ponto de fusão da mistura é menor que o da água pura.

Osmose e pressão osmótica. Osmose é a passagem de solvente de uma região mais diluída para uma mais concentrada, através de uma membrana semipermeável, que deixa passar o solvente mas não o soluto. A pressão osmótica é a pressão que seria preciso aplicar sobre a solução para impedir essa passagem, e segue uma fórmula parecida com a dos gases ideais: \\( \pi = M \cdot R \cdot T \cdot i \\), em que \\( M \\) é a molaridade, \\( R \\) a constante dos gases e \\( T \\) a temperatura absoluta. É a osmose que explica por que o soro fisiológico tem concentração próxima à do sangue: uma solução muito mais concentrada puxaria água para fora das células, e uma muito mais diluída faria água entrar nelas.

O fator de van’t Hoff: contando partículas de verdade

Quando o soluto é um eletrólito, ele se dissocia ou se ioniza, e cada fórmula unitária gera mais de uma partícula. O fator de van’t Hoff, \\( i \\), corrige a conta: para um soluto que gera \\( q \\) partículas por fórmula, com grau de dissociação \\( \alpha \\), tem-se \\( i = 1 + \alpha (q – 1) \\). Para um eletrólito forte, totalmente dissociado (\\( \alpha = 1 \\)), \\( i = q \\): o NaCl tem \\( i = 2 \\) (Na⁺ e Cl⁻), o CaCl₂ tem \\( i = 3 \\) (Ca²⁺ e 2 Cl⁻). Para um soluto molecular, que não se dissocia, \\( i = 1 \\).

Na prática, muitas questões simplificam e pedem para usar \\( i = q \\) diretamente, assumindo dissociação total. O erro clássico é esquecer o fator: comparar 1 mol de NaCl com 1 mol de glicose e achar que os efeitos são iguais, quando o sal produz o dobro de partículas — e, portanto, o dobro do efeito coligativo. Outro erro é confundir molalidade com molaridade: nas fórmulas de ebulioscopia e crioscopia, usa-se a molalidade (mol por kg de solvente); na pressão osmótica, a molaridade (mol por litro de solução).

Mapa mental

• Ideia central: o efeito depende da quantidade de partículas, não da natureza do soluto.
• Tonoscopia: pressão de vapor diminui com o soluto não volátil.
• Ebulioscopia: \\( \Delta T_e = K_e \cdot m \cdot i \\) — a solução ferve a temperatura maior.
• Crioscopia: \\( \Delta T_c = K_c \cdot m \cdot i \\) — a solução congela a temperatura menor.
• Osmose: solvente vai do meio diluído para o concentrado; \\( \pi = M \cdot R \cdot T \cdot i \\).
• Fator de van’t Hoff: \\( i = 1 + \alpha (q – 1) \\); eletrólito forte tem \\( i = q \\).
• Concentração certa: molalidade em ebulioscopia e crioscopia; molaridade na pressão osmótica.
• Exemplos: sal no gelo, água salgada fervendo, soro fisiológico.

SAQ — Perguntas e respostas rápidas

1. O que são propriedades coligativas? Mudanças nas propriedades de um solvente causadas pela adição de um soluto não volátil, que dependem da quantidade de partículas dissolvidas.

2. Quais são as quatro propriedades coligativas? Tonoscopia, ebulioscopia, crioscopia e osmose.

3. Por que a água salgada ferve acima de 100 °C? Porque o soluto não volátil diminui a pressão de vapor do solvente, e é preciso aquecer mais para que ela iguale a pressão atmosférica.

4. Qual é a fórmula da ebulioscopia? \\( \Delta T_e = K_e \cdot m \cdot i \\), com \\( K_e = 0,52 \, °\text{C} \cdot \text{kg/mol} \\) para a água.

5. Por que se joga sal no gelo? Porque o sal abaixa o ponto de congelamento da mistura, que pode ficar bem abaixo de 0 °C e derreter o gelo.

6. O que é o fator de van’t Hoff? O número que corrige a quantidade de partículas quando o soluto se dissocia: \\( i = 1 + \alpha (q – 1) \\).

7. Qual é a diferença entre molalidade e molaridade? Molalidade é mol de soluto por kg de solvente; molaridade é mol de soluto por litro de solução.

8. O que é osmose? A passagem de solvente de um meio mais diluído para um mais concentrado, através de uma membrana semipermeável.

Questões comentadas

Questão 1. Dissolvem-se 1 mol de glicose em 1 kg de água e, em outro recipiente, 1 mol de NaCl em 1 kg de água, considerando dissociação total do sal. Sobre as temperaturas de ebulição das duas soluções, é correto afirmar que:

a) São iguais, pois a quantidade de soluto é a mesma. b) A solução de NaCl ferve a uma temperatura maior. c) A solução de glicose ferve a uma temperatura maior. d) Ambas fervem a 100 °C. e) A solução de NaCl ferve abaixo de 100 °C.

Gabarito: b. A glicose não se dissocia (\\( i = 1 \\)), e o NaCl se dissocia em 2 íons (\\( i = 2 \\)). Como \\( \Delta T_e = K_e \cdot m \cdot i \\), o efeito do sal é o dobro: a solução de NaCl ferve mais acima de 100 °C que a de glicose.

Questão 2. Uma solução aquosa de um soluto não volátil congela a −3,72 °C. Sabendo que \\( K_c = 1,86 \, °\text{C} \cdot \text{kg/mol} \\) para a água e que o soluto não se dissocia, qual é a molalidade da solução?

a) 0,5 mol/kg. b) 1,0 mol/kg. c) 2,0 mol/kg. d) 3,72 mol/kg. e) 1,86 mol/kg.

Gabarito: c. \\( \Delta T_c = 0 – (-3,72) = 3,72 \, °\text{C} \\). Como \\( \Delta T_c = K_c \cdot m \cdot i \\) e \\( i = 1 \\), tem-se \\( m = \frac{3,72}{1,86} = 2,0 \, \text{mol/kg} \\).

Questão 3. Ao colocar sal sobre o gelo em um dia frio, observa-se que o gelo começa a derreter mesmo com a temperatura abaixo de 0 °C. Esse fenômeno se explica porque o sal:

a) Aquece o gelo. b) Abaixa a temperatura de congelamento da mistura. c) Aumenta a pressão de vapor do gelo. d) Reage quimicamente com a água. e) Impede a evaporação da água.

Gabarito: b. É a crioscopia: o soluto dissolvido abaixa o ponto de fusão da mistura, que passa a ser menor que 0 °C, de modo que o gelo derrete a uma temperatura em que a água pura permaneceria sólida.

Questão 4. Uma célula vegetal é colocada em uma solução muito concentrada de sal. O que tende a acontecer com a célula, por osmose?

a) Ela incha, pois a água entra na célula. b) Ela murcha, pois a água sai da célula. c) Nada acontece, pois a membrana é impermeável. d) O sal entra na célula e a equilibra. e) A célula se rompe por excesso de água.

Gabarito: b. Na osmose, o solvente vai do meio mais diluído (o interior da célula) para o mais concentrado (a solução externa), através da membrana. A célula perde água e murcha — o fenômeno chamado de plasmólise.

Dica do professor

Em questão de propriedade coligativa, siga sempre a mesma ordem: primeiro identifique qual propriedade está em jogo (ebulição, congelamento, pressão de vapor ou osmose); depois calcule a quantidade de partículas de verdade — incluindo o fator de van’t Hoff se o soluto for eletrólito; só então aplique a fórmula, conferindo se a concentração pedida é molalidade ou molaridade. A maioria dos erros acontece antes da conta: esquecer que o sal vira dois ou três íons, ou usar molaridade onde a fórmula pede molalidade.

Atenção/cuidado

Cuidado com três armadilhas. Primeiro, as propriedades coligativas valem para soluto não volátil — um soluto volátil também contribui para a pressão de vapor e muda o raciocínio. Segundo, não confunda molalidade com molaridade: ebulioscopia e crioscopia usam molalidade, pressão osmótica usa molaridade. Terceiro, o fator de van’t Hoff só se aplica a eletrólitos; para solutos moleculares, como glicose e ureia, \\( i = 1 \\), e o efeito é menor que o de um sal na mesma concentração.

Conexão com outras áreas

As propriedades coligativas conectam a Química à Biologia e à Medicina: a osmose regula a entrada e a saída de água das células, explica o funcionamento do soro fisiológico e dos soros de reidratação, e está por trás da conservação de alimentos pelo sal e pelo açúcar, que retiram água dos microrganismos. Na área ambiental, a crioscopia explica o uso de sal nas estradas com gelo, e a osmose reversa é a base da dessalinização da água do mar. Na Física, a pressão osmótica segue uma lei análoga à dos gases ideais, mostrando que o mesmo modelo matemático descreve fenômenos bem diferentes.

Incidência no ENEM e nos vestibulares

Incidência: ♨️ Morno. As propriedades coligativas aparecem com frequência moderada, quase sempre em contexto: sal no gelo, água salgada, soro fisiológico ou conservação de alimentos. As questões mais comuns são conceituais — identificar qual propriedade explica um fenômeno — ou de cálculo simples de ebulioscopia e crioscopia, com o fator de van’t Hoff como diferencial. Quem domina a ideia de “quantidade de partículas” resolve a maior parte delas sem decorar fórmulas isoladas.