Apontamentos de Química Geral: Capítulo III, reacções químicas e estequiometria · ISPTEC · 2019

Apontamentos de Química Geral, do curso de Engenharia Mecânica no Instituto Superior Politécnico de Tecnologias e Ciências (ISPTEC), 2019. Docente: Prof. Júlio Kuende.

Diapositivos do Capítulo III de Química Geral sobre a classificação das reacções químicas (simples e dupla troca, síntese, decomposição, ácido-base, oxidação-redução), o acerto de equações e a estequiometria.

Tipo

Apontamentos

Cadeira

Química Geral

Curso

Engenharia Mecânica

Universidade

Instituto Superior Politécnico de Tecnologias e Ciências

Ano

2019

Docente

Prof. Júlio Kuende

Ficheiro

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QUÍMICA GERALCAPÍTULO III: REACÇÕES QUÍMICAS EESTEQUIOMETRIAProf Msc. Júlio Kuende1Luanda, 2019

NÚCLEO DE QUÍMICATÓPICOS ABORDADOS3.1 Classificação de reacções químicas (tipo e natureza)3.1.1 Reacções de simples troca.3.1.2 Reacções de dupla troca.3.1.3 Reacções de síntese.3.1.4 Reacções de decomposição3.1.5Reacções ácido-base3.1.6 Reacções de oxidação e redução3.2 Acerto de equações químicas (e conceitos básicos deestequiometria) 2

NÚCLEO DE QUÍMICATÓPICOS ABORDADOS3.2.1 Massa atómica3.2.2 Massa molecular3.2.3 Massa molar3.2.4 Volume molar3.2.5 Conceito de mole e Número de Avogadro3.3 Principais leis das transformações químicas.3.3.1 Lei da conservação da massa (Lavoisier).3.3.2 Lei da proporção definida3.4 Cálculos estequiométricos.3

NÚCLEO DE QUÍMICATÓPICOS ABORDADOS3.4.1 Quantidades de reagente e produtos3.4.2 Reagentes limitantes3.4.3 Reacções envolvendo reagentes impuros3.4.4 Rendimento da reacção4

NÚCLEO DE QUÍMICACLASSIFICAÇÃO DE REACÇÕESQUÍMICAS (TIPO E NATUREZA)As reacções químicas (também chamadas de transformações químicas ou fenómenosquímicos) estão presentes em nosso cotidiano.Imagem: Lab glassware / Tweenk / Creative Commons Attribution 3.0 Unported5

NÚCLEO DE QUÍMICACLASSIFICAÇÃO DE REACÇÕESQUÍMICASComo exemplo temos:-O cozimento dos alimentos; -O azedamento do leite;6

NÚCLEO DE QUÍMICACLASSIFICAÇÃO DE REACÇÕESQUÍMICAS (TIPO E NATUREZA)A queima de fogos de artifício; O processo da fotossíntese realizado pelasplantas.7

NÚCLEO DE QUÍMICACLASSIFICAÇÃO DE REACÇÕESQUÍMICAS (TIPO E NATUREZA)CLASSIFICAÇÃO DAS REACÇÕES QUÍMICASDevido à quantidade e variedade de reacções químicas, é necessário fazer suaclassificação sobre diferentes aspectos.As reacções químicas podem ser classificadas segundo vários critérios:8

NÚCLEO DE QUÍMICACLASSIFICAÇÃO DE REACÇÕESQUÍMICAS (TIPO E NATUREZA)● Quanto à liberação ou absorção de calor:a) Reacções Exotérmicas:são as que liberam calor.Exemplo:C + O → CO + calor(s)2(g)2(g)b) Reacções Endotérmicas:são as que absorvem calor.Exemplo:N + O + calor → 2 NO2(g)2(g)(g)9

NÚCLEO DE QUÍMICACLASSIFICAÇÃO DE REACÇÕESQUÍMICAS (TIPO E NATUREZA)● Quanto à velocidade da reacção:a) Reacções lentasExemplo: 4 Fe + 3 O → 2 Fe O(s)2(g)23(s)O ferro demora anos para enferrujar.Imagem: Rusty Valve / Pete / Creative Commons Attribution 2.0 Generic10

NÚCLEO DE QUÍMICACLASSIFICAÇÃO DE REACÇÕESQUÍMICAS (TIPO E NATUREZA)b) Reacções rápidasExemplo: C H OH + 3 O → 2 CO + 3 H O25(ℓ)2(g)2(g)2(g)O álcool comum queima rapidamente.11

NÚCLEO DE QUÍMICACLASSIFICAÇÃO DE REACÇÕESQUÍMICAS (TIPO E NATUREZA)● Quanto à reversibilidade:a) Reacções reversíveis: são as que ocorrem nos dois sentidos ( o que é indicadopor duas flechas).Exemplo: H + I ↔ 2 HI2(g)2(g)(g)b) Reacções irreversíveis:são as que ocorrem apenas num sentido.Exemplo: S + O → SO(s)2(g)2(g)12

NÚCLEO DE QUÍMICACLASSIFICAÇÃO DE REACÇÕESQUÍMICAS (TIPO E NATUREZA)●Quanto à variação do Nox dos elementos:a) Reacções de oxi-redução: são aquelas em que ocorre variação de Nox de umou mais elementos.+2 +2Exemplo:Zn+ Cu→ Zn + Cu(s) (aq) (aq) (s)● Semi-reacção de oxidação:+2Zn→ Zn + 2 elétrons Nox do Zn =0 para +2(s) (aq)● Semi-reacção de redução:+2Cu + 2 elétrons → Cu Nox do Cu = +2para0(aq) (s)13

NÚCLEO DE QUÍMICACLASSIFICAÇÃO DE REACÇÕESQUÍMICAS (TIPO E NATUREZA)b) Reacção sem oxi-redução: é aquelas em que não há variação de Nox denenhum elemento envolvida na reacção.Exemplo: CaO + CO → CaCO(s)2(g)3(s)Nox do Ca = +2Nox do C = +4Nox do O = -2Os elementos químicos desta reacção não apresentaram variação de Nox.14

NÚCLEO DE QUÍMICACLASSIFICAÇÃO DE REACÇÕESQUÍMICAS (TIPO E NATUREZA)● Quanto à variação de complexidade das substâncias envolvidas:a) Reacções de síntese ou adição: são aquelas em que duas ou mais substânciasreagem, produzindo uma única substância mais complexa.A + B → ABvárias substâncias únicasubstância15

NÚCLEO DE QUÍMICACLASSIFICAÇÃO DE REACÇÕESQUÍMICAS (TIPO E NATUREZA)Exemplo:O magnésio reage com o oxigênio do ar, produzindo óxido de magnésio:2 Mg + O → 2 MgO(s)2(g)(s)Essa reacção é utilizada em flashesfotográficosdescartáveis e foguetes sinalizadores.Reacção entre magnésio e oxigênio.16

NÚCLEO DE QUÍMICACLASSIFICAÇÃO DE REACÇÕESQUÍMICAS (TIPO E NATUREZA)As reacções de síntese são denominadas: Síntese total: quando partimos apenas das substâncias simples.C + O → CO(s)2(g)2(g)A queima do carvão.17

NÚCLEO DE QUÍMICACLASSIFICAÇÃO DE REACÇÕESQUÍMICAS (TIPO E NATUREZA) Síntese parcial: quando, dentre os reagentes, já houve no mínimo uma substânciacomposta.CaO + H O → Ca(OH)(s)2(ℓ)2(aq)Observação:O CaO é a cal virgem, comprada em lojas de material de construção. O produtoCa(OH) é a cal hidratada (ou cal extinta), que é usada pelos pedreiros, para2preparar a argamassa de assentar tijolos, nas construções.18

NÚCLEO DE QUÍMICACLASSIFICAÇÃO DE REACÇÕESQUÍMICAS (TIPO E NATUREZA)b) Reacções de análise ou decomposição: são aquelas em que uma substância sedivide em duas ou mais substâncias de estruturas mais simples.Exemplo:AB → A + Búnica várias substânciassubstância19

NÚCLEO DE QUÍMICACLASSIFICAÇÃO DE REACÇÕESQUÍMICAS (TIPO E NATUREZA)Exemplo: Um composto de sódio (NaN) é utilizado nos air-bags — dispositivos3(S)de segurança presentes em muitos automóveis. Quando esses dispositivos sãoacionados, a rápida decomposição do NaN origina N, e esse gás infla os air-3(S)2(g)bags.2 NaN → 3 N + 2 Na3(s)2(g)(s)Imagem: Airbag / DaymlerChrysler AG / GNU FreeDocumentation License20

NÚCLEO DE QUÍMICACLASSIFICAÇÃO DE REACÇÕESQUÍMICAS (TIPO E NATUREZA)Certas reacções de análise ou decomposição recebem nomes especiais como:- Pirólise: decomposição pelo calor (representada numa equação química por ∆).Exemplo:2 Cu(NO) → 2 CuO + 4 NO + O32(s)(s)2(g)2(g)sólido azul sólido preto gás vermelho gás incolor21

NÚCLEO DE QUÍMICACLASSIFICAÇÃO DE REACÇÕESQUÍMICAS (TIPO E NATUREZA)- Fotólise: decomposição pela luz.Exemplo:LuzH O → H O + ½ O2222Água oxigenada água gás oxigênioImagem: hydrogen peroxide / Yanachka/ Public Domain22

NÚCLEO DE QUÍMICACLASSIFICAÇÃO DE REACÇÕESQUÍMICAS (TIPO E NATUREZA)Eletrólise é um processo físico-químico que utiliza a energia elétrica de uma fontequalquer (como pilha ou bateria) para forçar a ocorrência de uma reação química deprodução de substâncias simples ou compostas que não podem ser encontradas nanatureza ou que não são encontradas em grande quantidade.EletricidadeH O → H + ½ O222Água gás hidrogênio gás oxigênio23

NÚCLEO DE QUÍMICACLASSIFICAÇÃO DE REACÇÕESQUÍMICAS (TIPO E NATUREZA)c) Reações de deslocamento ou de substituição ou de simples troca: quando umasubstância simples reage com uma composta, originando uma nova substânciasimples e outra composta.Exemplo:A + XY → AY + XSubstância Substância Substância Substânciasimples composta composta simples24

NÚCLEO DE QUÍMICACLASSIFICAÇÃO DE REACÇÕESQUÍMICAS (TIPO E NATUREZA)Exemplo:Mergulhe um prego (ferro) numa solução de sulfato de cobre (CuSO); retire o4prego após alguns minutos; ele estará avermelhado – é uma camada de cobre.Fe + CuSO → FeSO + Cu(s)4(aq)4(aq)(s)25

NÚCLEO DE QUÍMICACLASSIFICAÇÃO DE REACÇÕESQUÍMICAS (TIPO E NATUREZA)d) Reacções de dupla troca ou de dupla substituição: quando duas substânciascompostas reagem, originando duas novas substâncias compostas.Exemplo:AB + XY → AY + XBsubstância substância substância substânciacomposta composta composta composta26

NÚCLEO DE QUÍMICACLASSIFICAÇÃO DE REACÇÕESQUÍMICAS (TIPO E NATUREZA)Exemplo:Misturar uma solução de nitrato de prata (AgNO) com uma solução de cloreto de3potássio (KCℓ) resultará numa solução de nitrato de potássio (KNO) e um3precipitado de cloreto de prata (AgCℓ).AgNO + KCℓ → AgCℓ + KNO3(aq)(aq)(s)3(aq)27

NÚCLEO DE QUÍMICACLASSIFICAÇÃO DE REACÇÕESQUÍMICAS (TIPO E NATUREZA)Observação:As várias reacções estudadas não se excluem mutuamente. De fato, existe aqueima do carvão:C + O → CO,(s)2(g)2(g)Por exemplo:Pode ser classificada, ao mesmo tempo, como reacção exotérmica, rápida,irreversível, de oxi-redução e de síntese.28

NÚCLEO DE QUÍMICACLASSIFICAÇÃO DE REACÇÕESQUÍMICAS (TIPO E NATUREZA)e) Reacções ácido-baseAs reacções envolvendo ácidos e bases são denominadas reacções deneutralização. Uma vez que tanto o ácido quanto a base são consumidos e novosprodutos são formados (não necessariamente com caráter neutro).O esquema de uma reacção de neutralização total pode ser representado pela reacçãogenérica a seguir:HX +YOH → YX + H O(aq)(aq)(aq)2(l)29

NÚCLEO DE QUÍMICACLASSIFICAÇÃO DE REACÇÕESQUÍMICAS (TIPO E NATUREZA)Seguem alguns exemplos de reacção de neutralização total (não levando emconsideração problemas de solubilidade dos reagentes e/ou produtos envolvidos):H SO + 2NaOH → Na SO + 2H O242422HCl + Ca(OH) → CaCl + 2H O222HNO + LiOH → LiNO + H O332H P O + Mg(OH) → MgP O + 2H O22722723HCl + Fe(OH) → FeCl + 3H O33230

NÚCLEO DE QUÍMICAACERTO DE EQUAÇÕES QUÍMICAS“Nada se perde, nada se cria, tudo se transforma”A Lei da Conservação das Massas foi publicada pela primeira vez 1760, em umensaio de Mikhail Lomonosov. No entanto, a obra não repercutiu na EuropaOcidental, cabendo ao francês Antoine Lavoisier, o papel de tornar mundialmenteconhecido o que hoje se chama Lei de Lavoisier.Mikhail Lomonosov1711-1765 Antoine Lavoisier 1743-179431

NÚCLEO DE QUÍMICAACERTO DE EQUAÇÕES QUÍMICASAs reacções químicas são processos que transformam uma ou mais substâncias,chamados reagentes, em outras substâncias, chamadas produtos. Em uma linguagemmais acadêmica, dizemos que uma reação química promove mudança na estrutura damatéria.Essas reacções são representadas por equações químicas que devem descrever oprocesso qualitativamente e quantitativamente. Respeitando a Lei de Conservaçãodas Massas.32

NÚCLEO DE QUÍMICAACERTO DE EQUAÇÕES QUÍMICASObserve a equação: H2 +O2 H2OPercebe-se que antes da seta (reagentes) há 2 átomos de Hidrogénio e 2 de Oxigénio,após a seta (produtos) existe 2 Hidrogénio e 1 Oxigênio. Desta forma, arepresentação não respeita a Lei de Conservação das Massas.Para ajustar essa equação, coloca-se a frente das substâncias, números quemultiplicam a quantidade de cada elemento desta substância. Esses números sãochamados de Coeficientes Estequiométricos.33

NÚCLEO DE QUÍMICAACERTO DE EQUAÇÕES QUÍMICAS2H2 +O22 H2OObservequeagoraaLeideConservação das Massas foi respeitada(Eq. Balanceada). H = 2 x 2 = 4 H = 2 H = 4O = 2 O = 1 x 2 = 234

NÚCLEO DE QUÍMICAACERTO DE EQUAÇÕES QUÍMICAS1 átomo de nitrogênioVeja como é feito o cálculo com osNH3 SignificaCoeficientesEstequiométricoseassubstâncias:3 átomos de hidrogênio2 x 1 = 2 átomos de nitrogênioEquação Química balanceada2 NH3 Significa2 x 3 = 6 átomos de hidrogênio2H2+O22H2OÍndice Tendo duas vezes H2O, teremos 4 átomos de H e dois de OCoeficiente2 x 2 = 4 átomos de hidrogênio2H2O Significa352 x1 = 2 átomos de oxigênio

NÚCLEO DE QUÍMICAACERTO DE EQUAÇÕES QUÍMICAS Regras para o Balanceamento das Equações peloBalanceamento, acerto de coeficientes - método das tentativasBalancear uma reacção química é aplicar a Lei da Conservação da massa. Portanto,numa reacção, o número de átomos de um elemento no reagente deve ser sempreigual ao número total de átomos do mesmo elemento.1ª) Raciocine inicialmente com elementos que aparecem em uma única substância,em cada membro;2ª)Verificado esses elementos, escolha aquele que tenha maiores índices;3ª) Escolhido o elemento, transfira seus índices de um membro para outro, usando-oscomo coeficientes;4ª)Prossiga com o mesmo raciocínio até o término do balanceamento.36

NÚCLEO DE QUÍMICAACERTO DE EQUAÇÕES QUÍMICASN + H → NH223Observe que se começa pelo H, seguindo a regra 1.Para acertar seus coeficientes, colocou-se 3 à frente do H. Alterando a quantidade de2H.Agora resta apenas acertar o N. Para isso deve-se colocar o coeficiente 2 no NH3:N + 3H → 2 NH223Eq. Balanceada37

NÚCLEO DE QUÍMICAACERTO DE EQUAÇÕES QUÍMICASH SO + KOH → K SO + H O24242Note que o elemento que aparece em uma única substância e desbalanceado é o K.Por isso, colocamos o coeficiente 2 no KOH.Para finalizar, colocamos na água o coeficiente 2 para acertar o H e por conseguinteoO.H SO + 2KOH → K SO + 2H O24242Eq. Balanceada38

NÚCLEO DE QUÍMICAACERTO DE EQUAÇÕES QUÍMICASH PO + Mg(OH) → Mg (PO) + H O3423422Como o P e o Mg aparecerem em uma única substância, começa-se o acerto por eles.Feito isso, resta apenas o acerto do H e do O. Para obter 12 H nos produtos, coloca-se o coeficiente 6 na água.2H PO + 3Mg(OH) → Mg (PO) +6H O3423422Eq. Balanceada39

NÚCLEO DE QUÍMICAACERTO DE EQUAÇÕES QUÍMICASExercícios:Acerte as equações químicas abaixo descritasHCl + Ca(OH) → CaCl + H O222C H + O → CO + H O24222Al S + H O → Al(OH) + H S23232H S + Fe(OH) → Fe S + H O23232HNO + Fe(OH) → Fe(NO) + H O32322H S + Br → HBr + S22K Cr O + KOH → K CrO + H O227242C H OH + O → CO + H O25222Al(OH) + H SiO --> Al (SiO) + H O3444432Cu(OH) + H P O --> Cu P O + H O2427227240

NÚCLEO DE QUÍMICAACERTO DE EQUAÇÕES QUÍMICASExercícios:Acerte as equações químicas abaixo descritasHCl + Na AsO --> NaCl + H AsO3333NH NO --> N + H O422241

NÚCLEO DE QUÍMICAACERTO DE EQUAÇÕES QUÍMICASReacções de Oxidação-Redução+ -2Na g→2Na+2e Oxidação- - ReduçãoCl+ 2eg→2Cl2→2Na +Clg 2NaCl2 Oxidação:é a perda de electrões ou o aumento do número de oxidação Redução: é o ganho de electrões ou a diminuição do número de oxidação. Ambas, redução e oxidação, ocorrem simultaneamente nas reacções redox oureacções de oxidação-redução.42

NÚCLEO DE QUÍMICAACERTO DE EQUAÇÕES QUÍMICAS A substância oxidada é o agente redutor; a substância reduzida é o agenteoxidante. Os números de oxidação é uma “ferramenta” utilizada para seguir as reacçõesredox. O número de oxidação é a carga que o átomo teria se os electrões em cadaligação pertencessem inteiramente ao átomo mais electronegativo.43

NÚCLEO DE QUÍMICAACERTO DE EQUAÇÕES QUÍMICASRegras de determinação do número de oxidação1. O número de oxidação de elementos livres (elementos não combinadosquimicamente) é zero;2. O número de oxidação de umião monoatómicoé igual à carga do ião;3. A soma dos números de oxidação dos átomos na molécula ou ião tem que serigual à carga da partícula;4. Nos compostos onde entra, ofluor tem sempre número de oxidação -1;5. Nos compostos onde entra, ohidrogéniotem sempre número de oxidação +1;6. Nos compostos onde entra, ooxigéniotem sempre número de oxidação -2.44

NÚCLEO DE QUÍMICAACERTO DE EQUAÇÕES QUÍMICAS-Exercício:Determine o número de oxidação dos átomos nas moléculas: MoS; ClO2 2-; HO; NaN, Cr(NO), NiCl, MgTiO, KCrO, HPO e V(C H O).2 2 3 3 3 2 2 4 2 2 7 4 2 3 2 345

NÚCLEO DE QUÍMICAACERTO DE EQUAÇÕES QUÍMICASAcerto das equações redox1. Colocar os números de oxidaçãonos átomos;2. Identificar onde ocorreu a oxidação e onde ocorreu a redução, ou seja asubstância oxidada e a substância reduzida;3. Dividir o processo de oxidação redução em duas equações chamadas semireacções;Ex: FeCl + SnCl FeCl + SnCl3224Como o Cl é o ião espectador a equação pode ser escrita3+ 2+ 2+ 4+Fe+ SnFe+ Sn46

NÚCLEO DE QUÍMICAACERTO DE EQUAÇÕES QUÍMICASDividir em duas equações colocando o número de electrões envolvidos:2+ 4+ -SngSn+ 2e3+ - 2+2(Fe+ egFe)2+ 3+ 4+ 2+Sn+ 2FegSn+ 2Fe4. O número de electrões ganho por uma substância é sempre igual ao númeroperdido pela outra substância47

NÚCLEO DE QUÍMICAACERTO DE EQUAÇÕES QUÍMICAS Acerto das equações em meio ácido:2- 2+ 3+ 3+CrO+ FegCr+ Fe2 7(Acertar os átomos que não são H nem O)2- 3+CrOg2Cr2 72+ 3+ -FegFe+ e(Acertar os oxigénios adicionando H O ao lado que precisa de O)22- 3+CrOg2Cr+ 7H O2 7 22+ 3+ -FegFe+ e+(Acertar os hidrogénios adicionando H ao lado que precisa de H)+ 2- 3+14H+ CrOg2Cr+ 7H O2 7 22+ 3+ -FegFe+ e48

NÚCLEO DE QUÍMICAACERTO DE EQUAÇÕES QUÍMICAS(Acertar as cargas adicionando electrões)- + 2- 3+6e+ 14H+ CrOg2Cr+ 7H O2 7 22+ 3+ -FegFe+ eFaça com que o número de electrões ganhos seja igual ao número de electrõesperdidos em ambas as reacções-metade.- + 2- 3+6e+ 14H+ CrOg2Cr+ 7H O2 7 22+ 3+ -6Feg6Fe+ 6e- + 2- 2+ 3+ 3+ -6e+ 14H+ CrO+ 6Feg2Cr+ 7HO + 6Fe+ 6e2 7 2Corte os membros que são iguais em ambos os lados da equação49

NÚCLEO DE QUÍMICAACERTO DE EQUAÇÕES QUÍMICASExercício:Acerte as equações em meio ácido:- 2- 2-MnO+ SOgSO+ MnO4 3 4 2- 2- 2-MnO+ COgMnO+ CO4 2 4 2 3- 2- 2+MnO+ HSOgSO+ Mn4 2 3 450

NÚCLEO DE QUÍMICAACERTO DE EQUAÇÕES QUÍMICAS Acerto das equações em meio básico:2- 2+ 3+ 3+CrO+ FegCr+ Fe2 72- 3+CrOg2Cr2 72+ 3+ -FegFe+ e(Acertar os átomos que não são H nem O)2- 3+CrOg2Cr+ 7H O2 7 22+ 3+ -FegFe+ e(Acertar os oxigénios adicionando H O ao lado que precisa de O)22- 3+CrOg2Cr+ 7H O2 7 22+ 3+ -FegFe+ e+(Acertar os hidrogénios adicionando H ao lado que precisa de H)+ 2- 3+14H+ CrOg2Cr+ 7H O2 7 2512+3+-Fe gFe + e

NÚCLEO DE QUÍMICAACERTO DE EQUAÇÕES QUÍMICAS- +(Adicione a ambos os lados da equação o mesmo número de OHdo que H)- + 2- 3+ -14OH+ 14H+ CrOg2Cr+ 7HO + 14OH2 7 22+ 3+FegFe+ -(Combine os He OH de modo a formar água)2- 3+ -14HO + CrOg2Cr+ 7HO + 14OH2 2 7 22+ 3+FegFe(Cancele as moléculas de água que poder)2- 3+ -7HO + CrOg2Cr+ 14OH2 2 72+ 3+FegFe52

NÚCLEO DE QUÍMICAACERTO DE EQUAÇÕES QUÍMICASAcerto de Equações Químicas Meio Alcalino (Básico) Acerto no número de átomos de oxigénio: por cada átomo de oxigénio emexcesso num membro da equação, adicionar uma molécula de H O nesse membro2-e dois iões OH no membro oposto Se for necessário acertar o número de átomos de hidrogénio, por cada H em-excesso num dos membros da equação, adicionar um ião OH nesse membro euma molécula de H O no membro oposto22- 2+ 3+ 3+Exercícios:CrO+FegCr+Fe2 7- 2- 2-MnO+ SOgSO+ MnO4 3 4 2- 2- 2-MnO+ COgMnO+ CO4 2 4 2 353

NÚCLEO DE QUÍMICAACERTO DE EQUAÇÕES QUÍMICASAcerto de Equações Químicas Método mistoPESQUISAR!!!54

NÚCLEO DE QUÍMICACONCEITOS BÁSICOS DEESTEQUIOMETRIA É muito importante, tanto nas actividades em laboratório como nas indústrias,saber antecipadamente as quantidades de reagentes que devemos usar paraobter a quantidade desejada de productos. A previsão das quantidades só é possível através de cálculos das massas e dosvolumes das substâncias envolvidas nas reacções químicas. No entanto,muitas vezes é necessário determinar também o número de átomos ou demoléculas das substâncias que reagem ou são produzidas. Para isso, umprimeiro passo é conhecer a massa dos átomos. Como átomos ou moléculas são entidades muito pequenas para serem‘’pesadas’’ isoladamente, foi estabelecido um padrão para comparar suas55massas.

NÚCLEO DE QUÍMICACONCEITOS BÁSICOS DEESTEQUIOMETRIAUnidade de massa atómica (u.m.a)56

NÚCLEO DE QUÍMICACONCEITOS BÁSICOS DEESTEQUIOMETRIAMassa Atômica explica que essa grandeza é determinada experimentalmente e elacorresponde à massa do átomo comparada com um doze avos (1/12) da massa de umátomo de carbono 12, e a unidade adotada é o “u.m.a” (unidade de massa atómica).Convencionou-se que 1/12 da massa de 1 átomo de carbono doze é igual a 1 u (1,66.-2410g). Assim, quando dizemos que a massa atómica do oxigênio é 16 u, isso quer12dizer que sua massa é 16 vezes maior que 1/12 da massa doC.Portanto, a massa molecular também indica quantas vezes a massa da espéciequímica é maior que 1/12 da massa do isótopo do carbono-12. As massas atómicas dos diferentes átomos podem ser determinadosexperimentalmente com grande precisão, usando um aparelho denominado57espectrómetro de massa.

NÚCLEO DE QUÍMICACONCEITOS BÁSICOS DEESTEQUIOMETRIA A MASSA DOS OUTROS ELEMENTOSos outros elementos foram medidos comparando-se suas massas com a u.m.a., vamosver um exemplo:Átomo de Urânio238MAU238u58Podemos ver que na balança a massa do urânio é de 238 u.m.a.

NÚCLEO DE QUÍMICACONCEITOS BÁSICOS DEESTEQUIOMETRIA Então como se mediria as massas de uma molécula qualquer?!!!!muito simples: é só somar as massas dos elementos contidos nesta moléculaexemplo:C6H12O6 180Molécula de GlicoseMMC6H12O66x12u12x1u6x16u180uLogo a molécula de glicose é 180 vezes mais pesada que a 1/12 parte do átomo decarbono.59

NÚCLEO DE QUÍMICACONCEITOS BÁSICOS DEESTEQUIOMETRIA60

NÚCLEO DE QUÍMICACONCEITOS BÁSICOS DEESTEQUIOMETRIA COMO QUE SE RELACIONOU U.M.A. COM GRAMAS???Para se relacionar a unidade de massa atômica foi necessário que um cientistachamado Amedeo Avogadro, fizesse um experimento para descobrir umapropriedade muito importante da matéria. Ele colocou diferentes gases namesma pressão e temperatura dentro de um recipiente que tinha um volumedefinido. O resultado foi que quando colocado a mesma quantidade desubstâncias diferentes, o volume que era obtido dentro deste recipiente era omesmo. Como poderia ser explicado essa propriedade da matéria? O fato é quecom essa descoberta muita coisa mudou na química. Criou-se uma novagrandeza química.61

NÚCLEO DE QUÍMICACONCEITOS BÁSICOS DEESTEQUIOMETRIA HIPÓTESE OU LEI DE AVOGADROquando o gás hidrogênio reage com o oxigênio para produzir águaH + O H O222ele sempre reage na mesma proporção, de modo que essa quantidade de hidrogênioque se relaciona ao oxigênio é devida às ligações que um tipo de átomo faz com ooutro.62

NÚCLEO DE QUÍMICACONCEITOS BÁSICOS DEESTEQUIOMETRIA HIPÓTESE OU LEI DE AVOGADROA resposta de Amedeo Avogadro foi: “volumes iguais de gases quaisquer, quandomedidos na mesma pressão e temperatura, encerram o mesmo número demoléculas”, ou seja, se nós medirmos um determinado volume de um recipientee ele for cheio, por exemplo, de oxigénio, então a quantidade de moléculas deoxigênio será a mesma se o volume for cheio de hidrogênio.63

NÚCLEO DE QUÍMICACONCEITOS BÁSICOS DEESTEQUIOMETRIA• SE A QUANTIDADE DE SUBSTÂNCIA PERMANECE A MESMA, QUAL ÉESSA QUANTIDADE?Para decidir sobre essa quantidade é preciso saber que outros grandes cientistascontribuíram, como por exemplo:Lavoisier: “a massa total de um sistema fechado não varia, qualquer que seja areação química que aí venha a ocorrer”;Proust: “uma determinada substância, qualquer que seja sua origem, sempre seráformada pelos mesmos elementos químicos, combinados na mesma proporção emmassa”;64

NÚCLEO DE QUÍMICACONCEITOS BÁSICOS DEESTEQUIOMETRIA O CONCEITO DE MOLEntão, Amedeo Avogadro realizou seu ensaio que provou que em uma quantidade23de 12 gramas de carbono continham 6,02 x 10átomos de carbono. Avaliando queos outros átomos foram medidos em comparação com o átomo de carbono, pode-se expandir essa medida para os outros, ou seja a quantidade de átomosequivalente à quantidade que se tem em doze gramas de carbono é um MOL.65

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NÚCLEO DE QUÍMICACONCEITOS BÁSICOS DEESTEQUIOMETRIA1 u.m.a. é equivalente a 1 (um) grama. CONCEITO DE MOLConstante de Avogadro23•1 mol de qualquer substância, seja ela molecular ou atômica, tem sempre 6,02 x 10átomos ou moléculas.231 MOL=6,02x10átomos ou moléculas.67

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NÚCLEO DE QUÍMICACONCEITOS BÁSICOS DEESTEQUIOMETRIAEXERCÍCIOSUm cientista dispõe de 19,2 g de átomos oxigénio (O = 16). Qual o número demoles que este cientista pode contar?Sabendo que um mol de oxigênio é igual a 16 gramas, e que em um mol temos236,02 x 10moléculas ou átomos, então podemos afirmar que:2316g de O ------------ 6,02 x 1019,2g de O---------- xx= 0,6 mol de O.75

NÚCLEO DE QUÍMICACONCEITOS BÁSICOS DEESTEQUIOMETRIA1) Determine o número de moléculas existente em 160 g de hidróxido de sódio (NaOH). (H=1, O=16, NA=23).2) Uma lâmina de Zinco é formada por 2,5 mols de átomos. Ache a sua massa, emgramas. ( Dados: MZn = 65 g/mol)76

NÚCLEO DE QUÍMICAPRINCIPAIS LEIS DASTRANSFORMAÇÕES QUÍMICASAs bases para o estudo da estequiometria das reacções químicas foram lançadas noséculo XVIII por cientistas que conseguiram expressar matematicamente asregularidades que ocorrem nas reacções químicas, através das Leis dasCombinações Químicas. Essas leis foram divididas em dois grupos: Leis ponderais: relacionam as massas dos participantes de uma reacção Leis volumétrica:relaciona os volumes dos participantes de uma reacção.77

NÚCLEO DE QUÍMICAPRINCIPAIS LEIS DASTRANSFORMAÇÕES QUÍMICASLeis ponderais78

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NÚCLEO DE QUÍMICACÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOSVejamos, por exemplo, a reacção que permite a produção de amoníaco:86

NÚCLEO DE QUÍMICACÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOSA quantidade de matéria em mol pode ser expressa em outras grandezas, tais como:massa em gramas, volume de gases e, ainda, número de moléculas.87

NÚCLEO DE QUÍMICACÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOSConhecendo as massas atómicas do nitrogénio (N = 14) e do hidrogénio (H = 1)pode-se interpretar a equação de formação de amoníaco de várias maneiras:O que foi demonstrado para a reacção de formação do amoníaco é válido paraqaulquer reacção química, o que permite prever as quantidades de reagentes eproductos envolvidos em uma reacção.88

NÚCLEO DE QUÍMICACÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOSEXERCÍCIOS1- Calcular o número de mol de amoníaco produzido na reacção de 5 mol de gásnitrogénio com quantidade suficiente de gás hidrogénio.2- Determinar a massa de amoníaco produzida na reacção de 5 mol de gás nitrogéniocom quantidade suficiente de gás hidrogénio. (Dado: massa molar do NH =17 g/mol33- Calcular a massa de amoníaco produzida na reacção de 140 g de gás nitrogénio comquantidade suficiente de gás hidrogénio. (Dados: massas molares do NH = 17 g/mol;3N =28g/mol)289

NÚCLEO DE QUÍMICACÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOSEXERCÍCIOS4- Determinar o volume de amoníaco, nas CNTP, produzido na reacção de 140 g degás nitrogénio com quantidade suficiente de gás hidrogénio. (Dados:): massa molar-1doN=28g/mol;evolumemolardoNHnasCNTP=22,4Lmol)2 390

NÚCLEO DE QUÍMICACÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOSREAGENTE EM EXCESSO E REAGENTE LIMITANTE Os cálculos estequiométricos vistos até agora referem-se a condições teóricas. Naprática, em certas situações, os reagentes são misturados em quantidades nãoestequiométricas, ou então apresentam impurezas. Nem sempre, também, asreacções ocorrem com aproveitamento total. A seguir estudaremos algumas dessassituações práticas. Quando misturamos dois reagentes que não estão em proporção estequiométrica,um deles será consumido totalmente, sendo denominado reagente limitante. Ooutro reagente, do qual restará certa quantidade sem reagir, será denominadoreagente em excesso.91

NÚCLEO DE QUÍMICACÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOSREAGENTE EM EXCESSO E REAGENTE LIMITANTEPode se observar na figura acima descrita que, os parafusos são o reagente limitante eas porcas são o reagente em excesso.92

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NÚCLEO DE QUÍMICACÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOSAté aqui, trabalhamos com as substâncias admitindo que fossem puras (100% depureza) Na prática, isso ocorre apenas na produção de medicamentos ou em análisesquímicas muito especiais. Normalmente, trabalhamos com substãncias que apresentamcerta porcentagem de impurezas.101

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NÚCLEO DE QUÍMICACÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOSRENDIMENTO DE UMA REACÇÃO QUÍMICANa prática, quando realizamos uma reacção química, mesmo utilizando quantidadesestequiométricas dos reagentes, nem sempre conseguimos obter a quantidade máximapossível dos productos. Isso acontece por vários factores. Assim, é comum que areacção ocorra com umrendimento real menor que orendimento teórico(100%)107

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