QUÍMICA. A Ciência Central 9ª Edição. Capítulo 3 Estequiometria: cálculos com fórmulas e equações químicas. Prof. Kleber Bergamaski.

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1 QUÍMICA A Ciência Central 9ª Edição Capítulo 3 Estequiometria: cálculos com fórmulas e equações químicas Prof. Kleber Bergamaski Equações químicas 1789, lei da conservação da massa A massa total de uma substância presente ao final de uma reação química é a mesma massa total do inicio da reação. Com a teoria atômica: Os átomos não são nem criados, nem destruídos durante qualquer reação química Lavoisier 1

2 Equações químicas A equação química para a formação da água pode ser visualizada como duas moléculas de hidrogênio reagindo com uma molécula de oxigênio para formar duas moléculas de água: 2H 2 + O 2 2H 2 O Equações químicas 2Na + 2H 2 O 2NaOH + H 2 2K + 2H 2 O 2KOH + H 2 2

3 Equações químicas Coeficientes estequiométricos: são os números na frente das fórmulas químicas; fornecem a proporção de reagentes e produtos. Equações químicas 3

4 Equações químicas Lei da conservação da massa: a matéria não pode ser perdida em nenhuma reação química. Alguns padrões simples de reatividade química Reações de combinação e decomposição As reações de combinação têm menos produtos do que reagentes: 2Mg(s) + O 2 (g) 2MgO(s) O Mg combina-se com o O 2 para formar o MgO. As reações de decomposição têm menos reagentes do que produtos: 2NaN 3 (s) 2Na(s) + 3N 2 (g) (a reação que ocorre em um airbag) O NaN 3 se decompôs em Na e N 2 gasoso. (100 g NaN 3 50 L) 4

5 Alguns padrões simples de reatividade química Reações de combinação e decomposição Alguns padrões simples de reatividade química Reações de combinação e decomposição 2Mg(s) + O 2 (g) 2MgO(s) 5

6 Alguns padrões simples de reatividade química Combustão ao ar A combustão é a queima de uma substância em oxigênio do ar: C 3 H 8 (g) + 5O 2 (g) 3CO 2 (g) + 4H 2 O(g) Massa molecular Massa molecular e peso fórmula A massa molecular (MF): é a soma de MA para os átomos na fórmula. MM (H 2 SO 4 ) = 2(MA do H) + (MA do S) + 4(MA do O) = 2(1,0 u) + (32,1 u) + 4(16,0 u) = 98,1 u A massa molecular (MM) é a massa da fórmula molecular. MM de C 6 H 12 O 6 ) = 6(12,0 u) + 12(1,0 u) + 6(16,0 u) = 180,0 u Não se recomenda a utilização do termo massa fórmula 6

7 O mol Mol: medida conveniente de quantidades químicas. 1 mol de algo = 6, daquele algo. Experimentalmente, 1 mol de 12 C tem uma massa de 12 g. Massa molar Massa molar: é a massa em gramas de 1 mol de substância (unidades g/mol, g.mol -1 ). A massa de 1 mol de 12 C = 12 g. O mol 7

8 O mol O mol Esta fotografia mostra um mol de sólido (NaCl), um mol de líquido (H 2 O) e um mol de gás (O 2 ). 8

9 O mol Conversões entre massas, mols e número de partículas Massa molar: é a soma das massas molares dos átomos: massa molar de N 2 = 2 (a massa molar de N). As massas molares para os elementos são encontradas na tabela periódica. As massas moleculares são numericamente iguais às massas molares. Conversões EXEMPLO 1 - Número de átomos em uma moeda de cobre: 9

10 Conversões EXEMPLO 2 (Como Fazer 3.10) Calcule a quantidade de matéria de glicose (C 6 H 12 O 6 ) em 5,380 g de C 2 H 12 O 6. CF 3.11 Calcule a massa, em gramas, de 0,433 mol de nitrato de cálcio Fórmulas mínimas a partir de análises Número relativo de átomos de cada elemento que a substância contém. Comece com a % em massa dos elementos (por exemplo, Dados Empíricos) e calcule uma fórmula, ou Comece com a fórmula e calcule os elementos da % em massa. 10

11 EXEMPLO: O mercúrio forma um composto com cloro que tem 73,9 % de mercúrio e 26,1 % de cloro, em massa. 11

12 Divide-se a maior quantidade de matéria pela menor para obter-se uma razão molar de 1,99 : 1: 1,99 2 Assim: Fórmula mínima é HgCl 2 CF 3.11 O ácido ascórbico contém 40, 92% de C,... (pág. 83) Fórmulas mínimas a partir de análises Fórmula molecular a partir de fórmula mínima Uma vez que conhecemos a fórmula mínima, precisamos da MM para encontrarmos a fórmula molecular. Os índices inferiores na fórmula molecular são sempre números inteiros múltiplos dos índices inferiores na fórmula mínima. EXEMPLO Fórmula mínima C 3 H 4 Fórmula molecular C 9 H 12 12

13 Fórmulas mínimas a partir de análises CF 3.14 O mesitileno tem uma fórmula mínima C 3 H 4. A massa molecular, determinada experimentalmente, para essa Substância é 121 u. Qual é a fórmula molecular do mesitileno? SOLUÇÃO: massa molecular da fórmula mínima: 3(12,0 u) + 4(1,0 u) = 40,0 u Fórmulas mínimas a partir de análises Apenas número inteiro tem sentido físico. Portanto, 3 x (C 3 H 4 ) C 9 H 12 CF 3.14 PRATIQUE: etilenoglicol... (pág. 84) 13

14 Fórmulas mínimas a partir de análises Análise por combustão As fórmulas mínimas são determinadas pela análise por combustão: CF 3.15 Álcool isopropílico é composto de C, H e O. A combustão de 0,255 g de álcool isopropílico produz 0,561 g de CO 2 e 0,306 g de H 2 O. Determine a fórmula mínima do álcool isopropílico. Gramas de O? 14

15 massa de O = massa da amostra (massa de C + massa de H) = 0,255 g (0,153 g + 0,0343 g) = 0,068 g de O Calculamos agora a quantidade de matéria de C, H e O na amostra: Para encontrar a fórmula mínima matéria de cada elemento quantidade relativa de C:H:O 2,98: 7,91: 1,00 Então C 3 H 8 O CF 3.15 PRATIQUE: ácido capróico... (pág. 85) 15

16 Informações quantitativas a partir de equações balanceadas A equação balanceada fornece o número de moléculas que reagem para formar produtos. Interpretação: a proporção da quantidade de matéria de reagente necessária para se chegar à proporção da quantidade de matéria do produto. Essas proporções são denominadas proporções estequiométricas. NB: As proporções estequiométricas são proporções ideais As proproções ideais de reagentes e produtos no laboratório devem ser medidas em gramas e convertidas para mols. 16

17 Informações quantitativas a partir de equações balanceadas COMO FAZER 3.16 (pág. 87) Quantos gramas de água são produzidos na oxidação de 1,00 g de glicose, C 6 H 12 O 6? Reagente limitante Se os reagentes não estão presentes em quantidades estequiométricas, ao final da reação alguns reagentes ainda estarão presentes (em excesso). Reagente limitante: um reagente que é totalmente consumido 17

18 Reagente limitante Suponha que você deseje fazer vários sanduíches usando uma fatia de queijo e duas fatias de pão para cada um deles. Equação química : 2Pa + Qu Pa 2 Qu dez fatias de pão e sete de queijo, quantos sanduíches? Reagente limitante Situação análoga ocorre em reações químicas: Por ex. 10 mol de H 2 e 7 mol de O 2 que reagem para formar água: 2H 2 (g) + O 2 (g) 2H 2 O(g) 2 mols de H 2 para cada mol de O 2 18

19 Reagente limitante Reagente limitante 19

20 Reagente limitante COMO FAZER 3.18 O mais importante processo comercial para converter N 2 do ar em compostos contendo nitrogênio é baseado na reação de N 2 e H 2 para formar NH 3 : N 2 (g) + 3H 2 (g) 2NH 3 (g) Qual quantidade de matéria de NH 3 pode ser formada a partir de 3,0 mols de N 2 e 6,0 mols de H 2? RESOLUÇÃO: Reagente limitante Quantidade de matéria de H 2 necessária para o consumo completo de 3,0 mols de N 2 é: apenas 6,0 mols de H 2 disponível, ou seja, REAGENTE LIMITANTE! 20

21 Reagente limitante RESOLUÇÃO: Usamos a quantidade de reagente limitante, H 2, para calcular a quantidade de NH 3 produzida: CF 3.18 PRATIQUE, pág. 91 Reagente limitante COMO FAZER 3.19 Considere a seguinte reação: 2Na 3 PO 4 (aq) + 3Ba(NO 3 ) 2 (aq) Ba 3 (PO 4 ) 2 (s) + 6NaNO 3 (aq) Suponha que uma solução contendo 3,50 g de Na 3 PO 4 é misturada com uma solução contendo 6,40 g de Ba(NO 3 ) 2. Quantos gramas de Ba 3 (PO 4 ) 2 podem ser formados? 21

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23 Reagente limitante Rendimentos teóricos A quantidade de produto prevista a partir da estequiometria considerando os reagentes limitantes é chamada de rendimento teórico. O rendimento percentual relaciona o rendimento real (a quantidade de material recuperada no laboratório) ao rendimento teórico: Fim do Capítulo 3: Estequiometria: cálculos com fórmulas e equações químicas EXERCÍCIOS CAP. 3 DO BROWN: 3.63 a