LEI DA CONSERVAÇÃO DE MASSAS E LEI DAS PORPORÇÕES CONSTANTES. Figura 1 - Reação química Fonte: Pressmaster/Shutterstock.com

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1 LEI DA CONSERVAÇÃO DE MASSAS E LEI DAS PORPORÇÕES CONSTANTES Figura 1 - Reação química Fonte: Pressmaster/Shutterstock.com CONTEÚDOS Lei da Conservação das massas (lei de Lavoisier) Lei das Proporções definidas (lei de Proust) Cálculo estequiométrico em reações químicas AMPLIANDO SEUS CONHECIMENTOS A queima de uma vela, a obtenção de álcool etílico a partir de açúcar e o enferrujamento de um pedaço de ferro, são exemplos de transformações em que se formam substâncias com propriedades diferentes das que interagiram inicialmente. Sabe-se que nas reações químicas as substâncias participantes se transformam. Reagentes Produtos Essas substâncias não se combinam de forma aleatória, justamente porque nelas, os átomos estão combinados em proporções definidas, que são apresentados pela sua fórmula. No final do século XVIII, estudos experimentais levaram os cientistas a concluir que as reações químicas obedecem a certas leis, de dois tipos:

2 Leis ponderais: que tratam das relações entre a massa dos reagentes e a dos produtos de uma reação. Leis volumétricas: que tratam das relações entre o volume dos gases que reagem e dos que se formam em uma reação. Leis ponderais Lei da conservação das massas ou lei de Lavoisier Essa lei foi criada pelo químico francês Antoine Laurent Lavoisier em Lavoisier realizou inúmeras experiências em que pesava as substâncias participantes de uma reação química antes e depois da transformação. Reagentes Produtos massa (reagentes) massa (produtos) O que ele constatou foi que a massa total do sistema permanecia inalterada, quando a reação ocorria em sistema fechado, ou seja, em condições controladas. Observação No sistema fechado, garante-se que não haverá perda de massa se o produto formado for gasoso. Considere uma reação na qual forma-se produto gasoso, como exemplo temos a dissolução de um comprimido efervescente de vitamina C. Figura 2 Dissolução de uma pastilha efervescente de vitamina C Fonte: ThamKC/Shutterstock.com

3 Ao colocar o comprimido em contato com a água, observa-se a formação de um gás, o dióxido de carbono, que escapa para o meio. Se a intenção fosse determinar a massa liberada nessa transformação, era preciso preparar um aparato de forma que fosse possível recuperar o gás formado. Lavoisier realizou suas experiências de forma que recuperava o gás formado e pesava separadamente o recipiente que continha esse gás. Com base nessas observações, a lei é enunciada da seguinte forma: Em uma reação química, a soma das massas dos reagentes é igual a soma das massas dos produtos É muito comum também, a lei ser enunciada da seguinte forma: Na natureza, nada se perde, nada se cria; tudo se transforma. Desta forma, sejam m A, m B, m C e m D as massas dos participantes de uma reação do tipo: De acordo com a lei de Lavoisier: ma + mb = mc + md Assim, por exemplo, quando 2 gramas de gás hidrogênio reagem com 16 gramas de gás oxigênio, verifica-se a formação de 18 gramas de água. 2 g gás hidrogênio + 16 g gás oxigênio 18 g água 2 g H 2 (g) + 16 g O 2 (g) 18 g H 2O (l) Quando 12 gramas de carbono reagem com 32 gramas de oxigênio, ocorre a formação de 44 gramas de gás carbônico. 12 g de carbono + 32 g oxigênio 44 g gás carbônico 12 g C (s) + 32 g O 2 (g) 44 g CO 2 (g)

4 Leis ponderais Lei das proporções constantes ou lei de Proust Essa lei foi criada pelo químico Joseph Louis Proust em Ele constatou que as massas dos reagentes e as massas dos produtos que participam de uma reação química obedecem sempre a uma proporção constante. Assim, a lei pode ser enunciada da seguinte forma: Em uma reação química, quando duas ou mais substâncias reagem para formar um determinado produto, fazem-no sempre em uma razão constante de massas Essa proporção é característica de cada reação e independe da quantidade de substâncias que são colocadas para reagir. Sejam m A, m B, m C e m D as massas das substâncias participantes da reação: Substância A B C D 1ª experiência m A m B m C m D 2ª experiência m' A m' B m' C m' D Segundo a lei de Proust: Assim, para a reação entre hidrogênio e oxigênio para formação da água, podem ser obtidos os seguintes valores experimentais, apresentados na tabela a seguir: H 2 (g) + O 2 (g) H 2O (l)

5 Experimento Hidrogênio Oxigênio Água Massa (g) Massa (g) Massa (g) I II III IV 0,4 3,2 3,6 Para estes experimentos, observe as proporções das massas: A água é sempre formada de hidrogênio e oxigênio e a massa de oxigênio é sempre 8 vezes maior que a massa de hidrogênio. Em determinada reação química, realizada em diversas experiências, a proporção entre as massas dos participantes é constante, isto é, as massas participantes são diretamente proporcionas. Observe ainda: Para cada reação, a massa do produto é igual à massa dos reagentes, o que confirma a lei de Lavoisier. As massas dos reagentes e dos produtos que participam das diversas reações são diferentes, mas as relações das massas dos participantes são constantes.

6 Experimento I 80/10 = 8 90/10 = 9 90/80 = 1,125 II 16/2 = 8 18/2 = 9 18/16 = 1,125 III 8/1 = 8 9/1 = 9 9/8 = 1,125 IV 3,2/0,4 = 8 3,6/0,4 = 9 3,6/3,2 = 1,125 No caso das reações de síntese, isto é, aquelas que produzem uma substância a partir de seus elementos constituintes, o enunciado da lei de Proust pode ser o seguinte: A proporção, em massa, dos elementos que participam da composição de uma sustância é sempre constante e independe do processo químico pelo qual a substância é obtida. INDICAÇÕES Para saber mais sobre o método científico ouça o podcast Como ocorrem as descobertas científicas. O áudio do programa está disponível na Biblioteca digital do Portal EJ@, na área de Ciências da Natureza.

7 Para auxiliá-lo na compreensão do assunto e sobre a importância da atitude científica ao executar experiências, resolva a atividade Sequência didática, disponível na mesma seção. ATIVIDADES 1. (CEFET SP) Os trabalhos de Antonie Laurent Lavoisier são considerados precursores da Química Moderna. Entre esses trabalhos podem ser citados os que investigaram a) a natureza elétrica da matéria. b) a relação entre pressão e volume de gases. c) as relações de massas nas transformações químicas. d) os processos de obtenção de materiais poliméricos. e) a influência da luz nas transformações químicas. 2. (UNICASTELO SP) Em uma determinação experimental sob condições controladas, 2,4 g de magnésio produziram 4,0 g de um sólido branco, identificado como óxido de magnésio. A quantidade de oxigênio, em gramas, consumida nessa transformação corresponde a a) 1,6 b) 2,4 c) 3,2 d) 0,8 e) 6,4 3. (UNEMAT MT) Se 3 g de carbono combinam-se com 8 g de oxigênio para formar gás carbônico, 6 g carbono combinar-se-ão com 16 g de oxigênio para formar este mesmo composto. Essa afirmação está baseada na lei de a) Lavoisier conservação da massa. b) Dalton proporções definidas. c) Richter proporções recíprocas. d) Gay-Lussac transformação isobárica. e) Proust proporções constantes.

8 4. Dada a tabela: A + B C 1 Experimento 40 g x 56 g 2 Experimento y 32 g z Determine os valores de x, y e z e cite o nome das leis ponderais que permitiram essa determinação. 5. Experimentalmente, verifica-se que na reação completa de 52 g de crômio com 24 g de oxigênio resulta óxido de crômio III. Em uma segunda experiência, 26 g de crômio são totalmente transformados em óxido de crômio III. Assinale a alternativa que apresenta, em gramas, a massa do produto formado na experiência. a) 34 b) 38 c) 50 d) 52 e) 56

9 6. (UEL PR) 46,0 g de sódio reagem com 32,0 g de oxigênio, formando peróxido de sódio. Quantos gramas de sódio são necessários para se obter 156 g de peróxido de sódio? a) 23,0 b) 32,0 c) 69,0 d) 78,0 e) 92,0 7. (FGV- SP) Ao dissolver-se um comprimido efervescente em uma dada massa de água, ao término do processo observa-se uma diminuição da massa do conjunto. A referida observação contraria a lei de Lavoisier? Justifique a sua resposta. 8. (FUVEST SP) Os pratos A e B de uma balança foram equilibrados com um pedaço de papel em cada prato e efetuou-se a combustão apenas do material contido no prato A. esse procedimento foi repetido com palha de aço em lugar do papel. Após a combustão observou-se:

10 Com papel Com palha de aço Com papel Com palha de aço a) A e B no mesmo nível A e B no mesmo nível b) A abaixo de B A abaixo de B c) A acima de B A acima de B d) A acima de B A abaixo de B e) A abaixo de B A e B no mesmo nível LEITURA COMPLEMENTAR As leis e o método científico Lavoisier, para apresentar a sua lei da conservação da massa, seguiu uma sequência que é chamada de método científico, que pode ser fundamentada, em um esquema básico:

11 Todo estudo e pesquisa que envolve o método científico segue as etapas do esquema apresentado. É importante ressaltar que: Em uma experiência, as condições devem ser controladas. No caso de Lavoisier, os experimentos foram realizados em sistemas fechados para não haver perda de massa Coleta de dados: as substâncias e grandezas devem ser medidas com equipamentos calibrados. Observação: é necessário observar com atenção para descrever os acontecimentos da experiência. Além disso, é preciso registrar para não se perder o histórico. Lei: é a generalização baseada em observações, não há uma explicação para a sua ocorrência. Teoria: é a explicação da lei. As leis ponderais e a teoria atômica de Dalton Na tentativa de explicar as leis de Lavoisier e Proust, em 1803, Dalton elaborou uma teoria atômica, cujo postulado fundamental era que a matéria deveria ser formada por entidades extremamente pequenas, chamadas átomos, indestrutíveis e não transformáveis. A partir dessa ideia, Dalton conseguiu explicar as leis de Lavoisier e Proust.

12 Para lei de Lavoisier, sabe-se que: Em uma reação química, a massa se conserva, porque não ocorre criação nem destruição de átomos. Os átomos são conservados, ou seja, eles apenas se rearranjam. As substâncias dos reagentes são desfeitas e novas substâncias são formadas. Para a lei de Proust: Um composto químico é formado pela combinação de átomos de dois ou mais elementos em uma razão fixa. Hoje, temos que: REFERÊNCIAS ALMEIDA José Ricardo L.; BERGMAN Nelson; RAMUNNO Franco A. L. Química Geral Caderno de Atividades. 3ª ed: São Paulo: Harbra, ATKINS Peter; JONES Loretta. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. Porto Alegre: Bookman

13 FUNDAÇÃO ROBERTO MARINHO. Novo Telecurso de Química Teleaula 26. Disponível em: < Acesso em: 12 maio h25. ISUYAMA Reiko. Novo Telecurso de Química. 2ª Ed, Rio de Janeiro. Fundação Roberto Marinho, pág PERUZZO Francisco Miragaia; CANTO Eduardo Leite do. Química na abordagem do cotidiano. Volume único, 3ª edição, São Paulo: Moderna, SANTOS Wildson; MÓL Gerson, etc. Química cidadã. Volume 1, 1ª edição, São Paulo: Nova Geração, USBERCO João; SALVADOR Edgar. Conecte química. Volume único, 1ª edição, São Paulo: Saraiva, GABARITO 1. Alternativa C. 2. Alternativa A. 3. Alternativa E. 4. A + B C 1 Experimento 40 g x 56 g 2 Experimento y 32 g z Pela lei da Conservação das massas (lei de Lavoisier), é possível determinar o valor de x: 40 + x = 56 X = X = 16 g. A + B C 1 Experimento 40 g g 2 Experimento y 32 g z

14 Observe que do 1 para o 2ª experimento, a massa de B dobrou. Assim, considerando pela lei das Proporções constantes (lei de Proust), é possível determinar os valores de y e z (as massas de A e C, devem aumentar na mesma proporção). Massa de A = y = 40.2 = 80 g Massa de B = z = 56.2 = 112 g. Outra forma de determinar z, é a partir de y e aplicar a lei da conservação das massas. Assim, z = y + 32 z = z = 112 g 5. Crômio + oxigênio óxido de crômio III 1ª experiência 52 g 24 g 2ª experiência 26 g m =? Analisando as massas envolvidas nas experiências, é possível observar que a massa de crômio que reage na 2ª experiência é a metade da massa da 1ª experiência. Assim, a massa de óxido crômio também deve ser a metade. É possível calcular a massa de crômio III formada na 1ª experiência, aplicando-se a lei da conservação das massas: = 76 g Crômio + oxigênio óxido de crômio III 1ª experiência 52 g 24 g 76 g 2ª experiência 26 g m =? Aplicando a lei das Proporções constantes, a massa (m) de óxido de crômio III da 2ª experiência, é a metade de 76 g. m = 76/2 = 38 g. Alternativa B.

15 6. Sódio + oxigênio peróxido de sódio 1ª experiência 46 g 32 g 78 g 2ª experiência m =? 156 g Para determinar o valor da massa de sódio necessária para a produção de 156 g de peróxido de sódio, na 2ª experiência, é necessário primeiramente calcular a massa de peróxido de sódio formada na 1ª experiência. M peróxido de sódio = = 78 g Observa-se que 78 g é a metade de 156 g, assim da 1ª para 2ª experiência, a massa de peróxido dobrou. Essa proporção deve ser mantida, logo a massa de sódio que reage deve ser o dobro de 46 g. m = 46.2 = 92 g. Alternativa E. 7. A observação não contraria a lei de Lavoisier. A diminuição da massa foi observada, por causa da liberação do gás formado na dissolução do comprimido. Se esse gás fosse recuperado e pesado, iria-se observar a conservação da massa. 8. Na queima do papel, no prato, o ocorre liberação de gases A (na reação de queima do papel forma-se o dióxido de carbono, CO 2). Assim, o prato A ficará com massa final menor que a inicial, ou seja, o prato B abaixo de A ou A acima de B. Na queima da palha de aço, a massa final será maior, pois formará o óxido, que é produto da reação da palha de aço com o oxigênio do ar. Assim, a massa final será maior que a inicial, ou seja, o prato A ficará abaixo do prato B.