Fundamentos de Química Profa. Janete Yariwake

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1 2. Introdução: Conceitos e cálculos fundamentais (Estequiometria; Concentrações) 1 Lei das proporções definidas (Lei de Proust) Em uma substância química, os elementos estão sempre presentes em proporções definidas (em massa). Lei da conservação da massa (Lavoisier) Em uma reação química, não há variação em massa. Teoria atômica de Dalton ατοµο = indivisível Prof. Benedito 2 1

2 Estequiometria stoichieion = elemento ; metron = medida στοιχηιειον µετρον As reações químicas ocorrem em quantidades definidas. 2 H2 + 1 O2 1 H2O A unidade utilizada para cálculos em reações químicas é o mol. 1 mol = 6,022 x átomos (ou moléculas, íons, etc.). Peso (g) de 1 mol de átomos = peso atômico Ex: 1 mol de Au = 196,97 g 3 4 2

3 Estequiometria As reações químicas ocorrem em quantidades definidas. Exemplo 1: A substância química água (H2O) é formada pelos elementos hidrogênio (H) e oxigênio (O), na proporção de 1 parte de H para 8 partes de O. Calcule a percentagem em massa de hidrogênio na água. 5 Determinação do peso atomico médio A Tabela Periódica apresenta o peso atômico médio de cada elemento. Ex: cloro = 35,45 Há 2 isótopos naturais do cloro: 35 Cl (+ abundante, 75,77 %) 37 Cl (24,23 %) isótopos (grego: ισοτοποσ) Atomos de um mesmo elemento químico, com massas diferentes 6 3

4 Determinação do peso atomico médio Técnica mais usada atualmente: espectrometria de massas Sugestão para informações adicionais: Video-aula introdutória à espectrometria de massas Profs. Alvaro J. dos Santos-Neto e prof. Emanuel Carrilho (IQSC-USP) 7 Determinação do peso atomico médio Técnica mais usada atualmente: espectrometria de massas Sugestão para informações adicionais: Video-aula introdutória à espectrometria de massas Profs. Alvaro J. dos Santos-Neto e prof. Emanuel Carrilho (IQSC-USP) 8 4

5 Estequiometria stoichieion = elemento ; metron = medida στοιχηιειον µετρον As reações químicas ocorrem em quantidades definidas. 2 H2 + 1 O2 1 H2O 1 mol = 6,022 x átomos (ou moléculas, íons, etc.). Peso (g) de 1 mol de moléculas = peso molecular Ex: 1 mol de H 2 O = 18,0 g Hidrogênio: 2 x 1,0 = 2,0 Oxigênio: 1 x 16,0 = 16,0 9 A unidade utilizada para cálculos em reações químicas é o mol. 1 mol = 6,022 x átomos (ou moléculas, íons, etc.). Quando o elemento químico tem mais de um isótopo natural, devemos considerar o peso atômico médio. Ex: 1 mol de HCl = 36,5 g Hidrogênio = 1,0 g 1 H (peso atômico = 1,0) ~ 99% 2 H (peso atômico = 2,0) ~ 0,015% 3 H (peso atômico = 3,0) radioativo; meia-vida curta (12,3 anos) 10 5

6 Quando o elemento químico tem mais de um isótopo natural, devemos considerar o peso atômico médio. Ex: 1 mol de HCl = 36,5 g Hidrogênio = 1,0 g 1 H (peso atômico = 1,0) ~ 99% 2 H (peso atômico = 2,0) ~ 0,015% 3 H (peso atômico = 3,0) radioativo; meia-vida curta (12,3 anos) Cloro = 36,5 g 35 Cl (peso atômico = 35,0) ~ 75,8% 37 Cl (peso atômico = 37,0) ~ 24,2% 11 Fórmulas Químicas Fórmula mínima (= Fórmula empírica) Fornece o número relativo de átomos de cada elemento químico. Ex.: NaCl; H 2 O; CH 4 Fórmula molecular Fornece o número efetivo (real) de átomos de cada elemento químico. Ex.: etano fórmula molecular C 2 H 4 fórmula mínima = CH

7 Fórmulas Químicas Fórmula mínima (= Fórmula empírica) Fornece o número relativo de átomos de cada elemento químico. Ex.: NaCl; H 2 O; CH 4 Fórmula molecular Fornece o número efetivo (real) de átomos de cada elemento químico. Ex.: etano fórmula molecular C 2 H 4 fórmula mínima = CH 2 Fórmula estrutural do etano 13 Os elementos se combinam, formando os compostos (ou substâncias químicas). Esta combinação ocorre sempre em proporções definidas. Lei das proporções definidas (Lei de Proust) Em uma substância química, os elementos estão sempre presentes em proporções definidas (em massa). 14 7

8 Representação das Reações Químicas A combinação de elementos químicos é representada modernamente pelas Reações Químicas. reagentes produtos Seta única: reação irreversível reagentes produtos Duas setas: reação reversível Ex.: 2 H2 + 1 O2 1 H2O 15 Representação das Reações Químicas A combinação de elementos químicos é representada modernamente pelas Reações Químicas. reagentes produtos Seta única: reação irreversível reagentes produtos Duas setas: reação reversível Ex.: 2 H2 + 1 O2 1 H2O (reação irreversível) As reações químicas devem também descrever quantitativamente a combinação de elementos químicos. 16 8

9 Lei da conservação da massa Em uma reação química, não há variação em massa. Lavoisier pai da Química Moderna 17 Representação das Reações Químicas As reações químicas devem também descrever quantitativamente a combinação de elementos químicos. Lei da conservação da massa Em uma reação química, não há variação em massa. Balanceamento de reações químicas 2 H2 + 1 O2 1 H2O 18 9

10 Representações das Reações Químicas Balanceamento de reações químicas 2 H2 + 1 O2 1 H2O correto H2 + ½ O2 H2O correto H2 + O H2O ERRADO!!! O elemento químico oxigênio não reage com o hidrogênio na forma monoatômica (O). 19 Reações Químicas As reações químicas podem ocorrer: - em fase gasosa - em fase sólida - em solução solvente = água solvente água As reações em soluções não-aquosas são estudadas principalmente nas disciplinas de Química Orgânica

11 2 o Bloco: Soluções. Equilíbrio Químico em solução aquosa Soluções: íons e estado de oxidação. Dissolução e ionização. Solvatação. Reações em solução e equilíbrios iônicos em solução aquosa. ph e autoionização. Ácidos e bases de Arrhenius. Acidez e eletronegatividade. Efeito tampão. Reações de oxidação e redução. Potencial padrão de redução. Equação de Nernst. Condutividade iônica. Pilhas e baterias; corrosão; eletrólise. 21 Reações Químicas As reações químicas podem ocorrer: - em fase gasosa - em fase sólida - em solução. soluto = substância presente em menor proporção solvente = substância presente em maior proporção 22 11

12 Cálculos de concentração de soluções (água como solvente) 1) concentração (c) c = m = massa do soluto V = volume de solução 2) concentração molar (molaridade; [ ] ) [ ] = n = número de moles do soluto V = volume de solução (L) 23 Cálculos de concentração de soluções Concentração (c) c = m = massa do soluto V = volume de solução Ex: 24 12

13 Cálculos de concentração de soluções Concentração (c) c = m = massa do soluto V = volume de solução Importante: os valores de concentração devem ser sempre apresentados usando unidades (massa, volume) Ex.: Qual a concentração de NaCl em uma solução preparada dissolvendo-se 58,45 g NaCl em 0,5 L de água? Dados : peso atômico Na = 23,0 Cl = 35,45 c = =,, c = 116,9 g/l 25 Cálculos de concentração de soluções Concentração molar (molaridade; [ ] ) [ ] = n = número de moles do soluto V = volume de solução (L) = Ex.: Qual a [NaCl] em uma solução preparada dissolvendo-se 58,45 g NaCl em 0,5 L de água? Dados : peso atômico Na = 23,0 Cl = 35,45 [NaCl] = = =,.,., [NaCl] = 1,0 mol/l 13

14 Cálculos de concentração de soluções Concentração molar (molaridade; [ ] ) [ ] = n = número de moles do soluto V = volume de solução (L) = Ex.: Qual a [NaCl] em uma solução preparada dissolvendo-se 58,45 g NaCl em 0,5 L de água? Importante: os valores de Dados : peso atômico Na = 23,0 concentração molar também Cl = 35,45 devem ser apresentados usando unidades [NaCl] = = =,.,., [NaCl] = 1,0 mol/l Bloco 1. Conceitos e cálculos fundamentais Exercícios selecionados para estudo dirigido 28 14

15 Bibliografia - Exercícios selecionados Exercícios retirados dos seguintes livros-texto: J.E. Brady, G.E. Humiston. Química Geral, vol. 1 (2ª ed., 1986). P. Atkins, L. Jones. Princípios de Química (5ª ed., 2012) e-aulas recomendadas (para revisão ) e-aulas (portal e-aulas USP) Estequiometria e representação de reações químicas Prof. Guilherme A. Marson Estequiometria de reações Prof. Guilherme A. Marson 29 Exercícios selecionados - Estequiometria: Exercícios do Brady, vol. 1 (cap. 2): 2.4 cálculo do número de moles 2.8 massa de 1 átomo 2.9 cálculos de peso molecular (= peso fórmula ) 2.11 cálculo % massa (composição centesimal) 2.12 fórmula mínima 2.15 fórmula molecular 30 15

16 Exercícios selecionados - Estequiometria: Exercícios do Atkins, 5ª ed. (cap. E - Fundamentos): pg F39 / E1 pg F39 / teste E1B cálculo do número de moles pg F41 / E3 cálculo da massa molar média (Cl 35 e Cl 37 ) pg F42+ F43 / E.4 cálculo da % massa (composição %) pg F47 + F48 F2 cálculo da fórmula mínima 31 Exercícios selecionados Cálculos de concentração Exercícios do Brady, vol. 1 (cap. 2): 2.25 cálculos de molaridade (= concentração molar ) cálculos de preparo de soluções Exercícios do Atkins, 5ª ed. (cap. E - Fundamentos): pg F 55+ F 56 / G.2 cálculos de preparo de soluções pg F 57 + F58 / G

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