QUI109 QUÍMICA GERAL (Ciências Biológicas) 4ª aula /

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1 QUI109 QUÍMICA GERAL (Ciências Biológicas) 4ª aula / Prof. Mauricio X. Coutrim (disponível em:

2 REAÇÃO EM SOLUÇÃO AQUOSA São reações envolvendo compostos iônicos Exemplo: dissolução de calcário (formação de estalactites) CaCO 3(s) + H 2 O (L) + CO 2(aq) Ca(HCO 3 ) 2(aq) A água (composto não iônico) é um bom solvente para compostos iônicos (os íons ficam solvatados e conduzem corrente elétrica).

3 REAÇÃO EM SOLUÇÃO AQUOSA Formação de eletrólito (compostos iônicos) em água Soluções com eletrólitos conduzem eletricidade Reações de precipitação (formam produtos insolúveis) Pb(NO 3 ) 2(aq) + 2 KI (aq) PbI 2(s) + 2 KNO 3(aq) AgNO 3(aq) + KCl (aq) AgCl (s) + KNO 3(aq) = precipitado Reações de dupla troca (produtos = troca de íons dos reagente) CaCl 2(aq) + Na 2 CO 3(aq) CaCO 3(s) + 2 NaCl (aq) Equação iônica: Ca 2+ (aq) + 2Cl - (aq) + 2Na + (aq) + CO 2-3 (aq) CaCO 3(s) + 2Na + (aq) + 2Cl - (aq) Ca 2+ (aq) + CO 2-3 (aq) CaCO 3(s)

4 REAÇÃO EM SOLUÇÃO AQUOSA FORMAÇÃO DE PRECIPITADO: Compostos iônicos que formam precipitado em água

5 REAÇÃO EM SOLUÇÃO AQUOSA Conceito ácido/base de BrØnsted e Lowry (compostos iônicos) Ácido: doa próton / Base aceita próton Base conjugada: espécie formada após a doação do próton Ácido conjugado: espécie formada com o próton doado pelo ácido A tendência para o solvente aceitar ou doar prótons determina a força do soluto (ácido ou base) dissolvido Ácido forte (totalmente dissociado) e fraco (parcialmente dissociado)

6 REAÇÃO EM SOLUÇÃO AQUOSA Reações de neutralização (ácido / base) Um ácido e uma base formam um sal e água HCl (aq) + NaOH (aq) NaCl(aq) + H 2 O (L) Mg(OH) 2(s) + 2 HCl (aq) MgCl 2(aq) + 2 H 2 O (L) Mg(OH) 2(s) + 2 H + (aq) Mg 2+ (aq) + 2 H 2 O (L) (equação iônica simplificada) Com formação de precipitado H 2 SO 4 + Ba(OH) 2 BaSO 4(s) + 2 H 2 O (L) Com formação de gás HCl (aq) + NaHCO 3(aq) antiácido NaCl(aq) + H 2 CO 3 H 2 O (L) + CO 2(g)

7 REAÇÃO EM SOLUÇÃO AQUOSA Reações de oxidação e redução São reações que ocorrem com transferência de elétrons (muitas dessas reações envolvem compostos iônicos) Oxidação: perda de elétrons por uma substância Redução: ganho de elétrons por uma substância Fe (s) + 2 H + (aq) Fe 2+ (aq) + H 2(g) Fe é oxidado (perde elétrons, aumenta a carga: 0 +2) H + é reduzido (ganha elétrons, diminui a carga: +1 0)

8 REAÇÃO EM SOLUÇÃO AQUOSA Reações de oxidação e redução Número de oxidação (nox) é carga do átomo (monoatômico, no composto ou no íon) Regras 1) Átomo elementar: nox = 0 (Ex. H 2, Fe, O 2, P, etc) 2) Íon monoatômico: nox = carga (Ex. Cl - nox = -1, Al 3+ nox = +3) 3) Íons oxigênio: geralmente nox = -2 (nos peróxidos nox = -1: H 2 O 2 ) 4) Íon hidrogênio: geralmente nox = +1 (nos hidretos nox = -1: NaH) 5) Íons halogênios: F- (sempre nox = - 1) e demais (nox -1 ou positivo) 6) A soma do nox de todos os átomos em 1) Composto neutro = nox = 0 2) Íon poliatômico = carga do íon (NO 3 - nox = -1, CO3 2- nox = -2, etc)

9 REAÇÃO EM SOLUÇÃO AQUOSA Reações de oxidação de metais em solução aquosa (reação de deslocamento) Na tabela são mostradas as semi reações dos metais Fe (s) Fe 2+ (aq) + 2é 2 H + (aq) + 2é H 2(g) Fe (s) + 2 H + (aq) Fe 2+ (aq) + H 2(g)

10 REAÇÃO EM SOLUÇÃO AQUOSA A série de atividade dos metais ajuda a prever as reações (somente metais com atividade maior que o H reagem com ácidos) Fe (s) + 2 H + (aq) Fe 2+ (aq) + H 2(g) Metais mais reativos: alcalinos e alcalinos terrosos Metais menos reativos: de transição família 10 e 11 (8B e 1B) Observe que: Cu (s) + 2 Ag + (aq) Cu 2+ (aq) + 2 Ag (s) Cu 2+ (aq) + 2 Ag (s) (não ocorre / Cu não oxida Ag) Tabela periódica Questão: Cloreto de ferro (II) em solução oxidará magnésio metálico? Escreva as equações molecular e iônica. FeCl 2(aq) + Mg (s) MgCl 2(aq) + Fe (s) // Fe 2+ (aq) + Mg (s) Mg 2+ (aq) + Fe (s)

11 REAÇÕES / Estequiometria Reação de combinação ou composição Muitas reações de combinação são de oxidação / redução 2 Mg (s) + O 2(g) 2MgO (s)

12 REAÇÕES / Estequiometria Reação de combustão (são reações rápidas que produzem chama) C 8 H 18(L) + O 2(g) 8CO 2(g) + 9H 2 O (L) As reações de Combustão são de oxidação / redução

13 REAÇÕES / Estequiometria Reação de decomposição Muitas reações de decomposição são de oxidação / redução

14 REAÇÕES / Estequiometria Reação de decomposição da azida de sódio (usada para inflar airbag) 2 NaN 3(s) 2 Na (s) + 3 N 2(g) Muitas reações de decomposição são de oxidação / redução

15 CONCENTRAÇÃO DE SOLUÇÕES Concentração Molar CONCENTRAÇÃO DE SOLUÇÕES (meio tomado em volume) Concentração Molar (molaridade): n o mols de soluto / volume de solução (L). Unidade = mol.l -1. Questão: Qual a concentração molar de 3,50 L de solução aquosa de etanol (C 2 H 5 OH, MM = 46,07 g.mol-1) contendo 2,30 g de soluto? ATENÇÃO! DAQUI ATÉ O FINAL SÃO EXERCÍCIOS COMO ATIVIDADE EXTRA SALA Resposta: 0,0143 mol.l -1 = 1, mol.l -1 (em notação científica).

16 CONCENTRAÇÃO DE SOLUÇÕES Concentração Molar de Eletrólito Questão: Quais as concentrações dos íons em uma solução aquosa de 0,025 mol.l -1 de nitrato de cálcio? Tem-se que: Ca(NO 3 ) 2(aq) 2 NO 3 - (aq) + Ca 2+ (aq) Então: [Ca(NO 3 ) 2 ] = [Ca 2+ ] = 0,025 mol.l -1 ; [NO 3- ] = 2 x 0,025 mol.l -1 = 0,50 mol.l -1. Questão: Qual a concentração de íon K + em uma solução aquosa de 0,015 mol.l -1 de carbonato de potássio? Tem-se que: K 2 CO 3(aq) 2 K + (aq) + CO 3 2- (aq) Então: [K 2 CO 3 ] = [CO 3 2- ] = 0,015 mol.l -1 ; [K + ] = 2 x 0,015 mol.l -1 = 0,030 mol.l -1.

17 CONCENTRAÇÃO DE SOLUÇÕES Concentração Molar em Diluições Questão: Qual o volume, em ml, de H 2 SO 4 3,00 mol.l -1 necessário para preparar 450 ml de uma solução de H 2 SO 4 0,10 mol.l -1? Primeiramente encontra-se quantas vezes que a solução a ser preparada é mais diluída que a inicial (fator de diluição - Fd) Fd = 3,00 / 0,10 = 30 vezes. Assim, tem-se que o volume da solução mais concentrada será 30 vezes menor que o volume da solução a ser preparada. Então, V conc = 450 / 30 = 15 ml (H 2 SO 4 3,00 mol.l -1 ) para preparar 450 ml (V dil ) de H 2 SO 4 0,10 mol.l -1.

18 CONCENTRAÇÃO DE SOLUÇÕES Concentração Percentual (Teor) Partes por milhão (ppm) e Partes por bilhão (ppb) C ppm = [(massa soluto / massa solução) x 10 6 ] ppm Aproximação quando r ~ 1,00 g.cm -3, então: Questão: Qual é a molaridade do K em uma solução que contém 63,3 ppm de K 3 Fe(CN) 6 (MM = 329,3 g.mol -1 )? Resposta: 5, mol.l -1

19 CONCENTRAÇÃO DE SOLUÇÕES Um problema desafiador MM (g/mol): Al2(SO4)3 = 342,15; Ba(NO3)2 = 261,34 1. Sulfato de alumínio é frequentemente utilizado como um agente floculante na purificação da água potável e nos resíduos de tratamento de água, esgoto e na manufatura de papéis ( em 12out16). Uma solução padrão foi preparada dissolvendo 2,3454 g desse sal para 1500,00 ml de água destilada. Determine a concentração, em mol.l -1, do sal e dos íons presentes nessa solução expressando o resultado em notação científica com todos os algarismos significativos. Considere a massa molar desse sal igual a 342,15 g.mol -1.

20 CONCENTRAÇÃO DE SOLUÇÕES Outro problema desafiador 2. O sulfato de bário é um sólido cristalino branco, pouco solúvel em água e utilizado para contraste artificial em exames radiográficos do sistema digestivo. Considerando que haja precipitação de 100% do sulfato de bário produzido na mistura de soluções de sulfato de alumínio com nitrato de bário, calcule a massa do precipitado formado após a adição de 3,4505 g de nitrato de bário em 800,00 ml da solução preparada anteriormente e expresse o resultado em notação científica com todos os algarismos significativos. Considere a massa molar do sal precipitado e do nitrato de bário iguais a 233,39 e 261,34 g.mol -1, respectivamente.

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