Questão 71 Unesp 2022 - 1ª fase - dia 2

Para encontar a solução aquosa de menor temperatura de congelamento, devemos entender o que ocorre com as propriedades coligativas de um líquido, nesse caso a água, com a adição de um soluto não volátil, formando assim uma solução aquosa.

A solução obtida apresenta propriedades coligativas distintas do líquido puro ocorrendo:

• diminuição da pressão de vapor em relação ao líquido puro (efeito tonoscópico);
• aumento da temperatura de ebulição em relação ao líquido puro (efeito ebulioscópico);
• diminuição da temperatura de congelamento em relação ao líquido puro (efeito crioscópico).

Isso seria uma análise qualitativa da variação das propriedades coligativas. Já para uma análise quantitativa, a variação das propriedades é diretamente proporcional à quantidade de partículas ativas em solução, independentemente da natureza da partícula, ou seja, levamos em consideração o número total de partículas dissolvidas não importando se são íons, moléculas ou seus tamanhos/massas.

Sendo assim, a solução que apresenta a menor temperatura de congelamento é a que apresenta maior quantidade total de partículas em solução.

Embora o enunciado informe que todas as soluções apresentem a mesma concentração em mol/L, isso não significa que todas terão a mesma quantidade de partículas ativas, pois devemos lembrar que os solutos eletrólitos (ácidos, bases e sais) ainda sofrem ionização/dissociação produzindo íons, o que aumenta o número de partículas dissolvidas, e essa ionização/dissociação pode ser total (eletrólitos fortes) ou parcial (eletrólitos fracos).

Por isso é necessário avaliar cada uma das alternativas e compará-las para chegarmos à resposta correta. Para a realização dos cálculos do total de partículas, admitiremos a concentração de n mol/L para cada solução (todas apresentam a mesma concentração) e x para o total de partíulas em solução.

a) C₆H₁₂O₆ é um monossacarídeo (poderia ser a glicose, por exemplo), por isso não sofre ionização/dissociação em solução aquosa (não eletrólito), então a concentração total de partículas é a própria concentração inicial do soluto: x = n mol/L.

b) K₂SO₄ é um sal, sendo assim sofre dissociação total (eletrólito forte) produzindo apenas íons em solução.

A partir de sua equação de dissociação balanceada, podemos calcular o total de partículas na solução pela proporção estequiométrica entre as espécies químicas:

$K_{2}S{O}_{4\left(aq\right)} \to 2K_{\left(aq\right)}^{+} + S{O}_{4\left(aq\right)}^{2-}$

1 mol de K₂SO₄ produz 2 mol de K⁺ + 1 mol de SO₄^2- em solução, então n mol/L de K₂SO₄ produz 2n mol/L de K⁺ + n mol/L de SO₄^2-, x = 3n mol/L.

c) NH4Cl é um sal, sendo assim sofre dissociação total (eletrólito forte) produzindo apenas íons em solução.

$N{H}_{4}C{l}_{\left(aq\right)} \to N{H}_{4\left(aq\right)}^{+} + C{l}_{\left(aq\right)}^{-}$

1 mol de NH4Cl produz 1 mol de NH₄⁺ + 1 mol de Cl^- em solução, então n mol/L de NH4Cl produz n mol/L de NH₄⁺ + n mol/L de Cl^-, x = 2n mol/L.

d) CuSO₄ é um sal, sendo assim sofre dissociação total (eletrólito forte) produzindo apenas íons em solução.

$CuS{O}_{4\left(aq\right)} \to C{u}_{\left(aq\right)}^{2+} + S{O}_{4\left(aq\right)}^{2-}$

1 mol de CuSO₄ produz 1 mol de Cu²⁺ + 1 mol de SO₄^2- em solução, então n mol/L de CuSO₄ produz n mol/L de Cu²⁺ + n mol/L de SO₄^2-, x = 2n mol/L.

e) CH₃COOH é um ácido fraco, sendo assim sofre ionizacão parcial (eletrólito fraco) produzindo íons em equlíbrio com parte do ácido que não ionizou.

$C{H}_{3}COO{H}_{\left(aq\right)} \overrightarrow{\leftarrow } C{H}_{3}CO{O}_{\left(aq\right)}^{-} + H_{\left(aq\right)}^{+}$    

1 mol de CH₃COOH produz menos de 1 mol de CH₃COO^- e menos de 1 mol de H⁺, restando ainda uma parte não ionizada de CH₃COOH, então  n mol/L de CH₃COOH produz menos de n mol/L de CH₃COO^- e menos de n mol/L de H⁺, restando ainda uma parte não ionizada inferior a n mol/L de CH₃COOH, n mol/L  <  x <  2n mol/L.

Sendo assim, a solução de K₂SO₄ apresenta o maior efeito crioscópico, ou seja, a menor temperatura de congelamento, já que é a solução com maior quantidade de partículas de soluto, ou seja, a alternativa correta é a b.