Estequiometria. Prof a. Dr a. Flaviana Tavares Vieira

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1 Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri Bacharelado em Ciência e Tecnologia Diamantina - MG Estequiometria Prof a. Dr a. Flaviana Tavares Vieira

2 -A palavra estequiometria deriva das palavras gregas stoicheion (elemento) e metron (medida). -É uma ferramenta essencial da química -É baseada em entendimento de massas atômicas e em um princípio fundamental, a lei da conservação da massa: A massa total de uma substância presente ao final de uma reação química é a mesma massa total do início da reação. (Lavoisier )

3 -O mesmo conjunto de átomos está presente tanto antes como depois da reação. -As mudanças que ocorrem durante qualquer reação é simplesmente um rearranjo dos átomos. Reações Químicas X Equações Químicas

4 -A estequiometria de uma reação química é de suma importância por informar: -o reagente limitante, -a massa e volume (no caso de gases) finais -a quantidade de reagentes que deve ser adicionada para que determinada quantidade de produto seja obtido, etc. -Portanto, o balanceamento de equações químicas deve ser feito sempre que se deseja retirar alguma informação acerca de uma reação fornecida.

5 -Para que o balanceamento de reações químicas seja feito de maneira correta, deve-se atentar para os seguintes princípios: 1) Lei de conservação de massa: indica que a soma das massas de todos os reagentes deve ser sempre igual à soma das massas de todos os produtos (princípio de Lavoisier). 2) Lei das proporções definidas: Os produtos de uma reação são dotados de uma relação proporcional de massa com os reagentes. Assim, se 12g de C reagem com 36g de oxigênio para formar 48g de CO2, 6g de C reagem com 18g de oxigênio para formar 24g de CO2. 3) Proporção atômica: De maneira análoga à lei das proporções definidas, os coeficientes estequiométricos devem satisfazer as atomicidades das moléculas de ambos os lados da equação. Portanto, são necessárias 3 moléculas de oxigênio (O2) para formar 2 moléculas de ozônio (O3).

6 *De acordo com a IUPAC, os coeficientes estequiométricos devem ser os menores valores inteiros possíveis.

7 *Para que uma equação encontre-se devidamente balanceada, é necessário: -balanço de cargas (a carga final dos produtos deve ser igual à carga final dos reagentes) e, -que átomos de um mesmo elemento químico estejam presentes em igual quantidade tanto nos reagentes quanto nos produtos.

8 Método das tentativas Método algébrico Método da oxi-redução ou Método Redox Método do íon-elétron Balanceamento dependendo do meio Balanceamento em meio aquoso Balanceamento em meio ácido Balanceamento em meio básico

9 MÉTODO DAS TENTATIVAS -Consiste em, como o nome sugere, balancear a equação química por meio de tentativas sucessivas para achar os coeficientes estequiométricos que corretamente completam a equação. -Assim, apesar de mais simples, pode se tornar a forma mais trabalhosa de balancear uma equação.

10 Existe uma regra que diz que deve-se conferir átomos usando a seguinte seqüência: 1º: os átomos dos elementos METALICOS 2º:os átomos dos elementos AMETALICOS 3º: os átomos de HIDROGÊNIO 4º: os átomos de OXIGÊNIO.

11 -A lógica desta regra é simples: -Normalmente, numa equação química, os átomos de elementos metálicos estão presentes em menor número do que os outros e, normalmente, os átomos de oxigênio estão presentes em maior número. -Assim é mais fácil corrigir o número de átomos metálicos primeiro e mais difícil acertar o número de átomos de oxigênio. -Por outro lado, muito frequentemente, quando chega-se aos átomos de oxigênio, a equação já está devidamente balanceada.

12 -Consiste em atribuir coeficientes algébricos à equação para serem futuramente determinados por meio da resolução de um sistema. -É em geral bastante eficaz, mas pode vir a tornar-se bastante trabalhoso dependendo do número de espécies envolvidas na equação.

13 Exemplo: NH4NO3 N2O + H2O Passo 1: Identificar os coeficientes. anh4no3 bn2o + ch2o

14 Passo 2: Igualar as atomicidades de cada elemento respeitando a regra da proporção atômica. Assim, deve-se multiplicar a atomicidade de cada elemento da molécula pelo coeficiente estequiométrico identificado anteriormente. -Para o nitrogênio: 2a = 2b (pois existem 2 átomos de N na molécula NH4NO3) -Para o hidrogênio: 4a = 2c -Para o oxigênio: 3a = b + c -Ou seja, o número de átomos de cada elemento deve ser igual no lado dos reagentes e no lado dos produtos.

15 Passo 3: Resolver o sistema de equações Se 2a = 2b, tem-se que a = b. Se 4a = 2c, tem-se que 2a = c. Portanto, atribuindo-se o valor arbitrário 2 para o coeficiente a, tem-se: a = 2, b = 2, c = 4. Mas, como os coeficientes devem ser os menores valores inteiros possíveis: a = 1, b = 1, c = 2.

16 Passo 4: Substituir os valores obtidos na equação original 1NH4NO3 1N2O + 2H2O ou NH4NO3 N2O + 2H2O

17 -Baseia-se nas variações dos números de oxidação dos átomos envolvidos de modo a igualar o número de elétrons cedidos com o número de elétrons ganhos. Se no final do balanceamento redox faltar compostos a serem balanceados, deve-se voltar para o método das tentativas e completar com os coeficientes restantes.

18 Exemplo: Fe3O4 + CO FeO + CO2 Passo 1: Identificar os átomos que sofrem oxirredução e calcular as variações dos respectivos números de oxidação. Sabendo-se que o Nox do oxigênio é -2 para todos os compostos envolvidos. O Nox do Ferro varia de +8/3 para +2. E, o Nox do carbono de +2 para +4. Portanto, o ferro se reduz e o carbono se oxida. ΔFe = 8/3 2 = 2/3 (variação de Nox do Fe) ΔC = 4 2 = 2 (variação de Nox do C)

19 Passo 2: Multiplicar a variação de Nox pela respectiva atomicidade no lado dos reagentes e atribuir o valor obtido como o coeficiente estequiométrico da espécie que sofreu processo reverso. Assim, o número obtido pela multiplicação da variação de Nox do ferro pela sua atomicidade deve ser atribuído como o coeficiente estequiométrico da molécula de CO. Para o ferro: 2/3. 3 = 2 Para o carbono: 2. 1 = 2 Portanto, o coeficiente do Fe3O4 é igual a 2, e o coeficiente do CO também. 2Fe3O4 + 2CO FeO + CO2 Simplificando-se os coeficientes para os menores valores inteiros possíveis, tem-se: Fe3O4 + CO FeO + CO2

20 Passo 3: Acrescentar os coeficientes restantes Para completar o balanceamento, pode-se realizar o mesmo procedimento utilizado no lado dos reagentes (multiplicando a variação de Nox pela atomicidade do elemento na molécula) ou realizar o método de tentativas. A 1ª opção é a mais viável, embora para equações mais simples (como a indicada como exemplo) possa ser utilizado o segundo método. O fato é que ambos os métodos devem levar à mesma resposta final. Como a atomicidade do carbono no CO2 é igual a 1, multiplicando-se pela variação do Nox 2, obtém-se o coeficiente 2 para o FeO. Do mesmo modo, sendo a variação de Nox do ferro igual a 2/3, multiplicando-se pela atomicidade 1 na molécula de FeO, obtém-se o coeficiente 2/3 para o CO2.

21 Agora, basta balancear o lado dos produtos: Fe3O4 + CO 2FeO + 2/3CO2 Como os coeficientes devem ser os menores valores inteiros possíveis, deve-se multiplicar a equação por 3/2 a fim de retirar o coeficiente fracionário do CO2: Fe3O4 + CO 3FeO + CO2

22 Baseia-se na divisão da reação global de oxirredução em duas semi-equações. Sendo que, para a semi-equação de redução deve-se acrescentar os elétrons no lado dos reagentes e o ânion no lado dos produtos. De forma análoga, para a semi-equação de oxidação, deve-se adicionar os elétrons no lado dos produtos junto à espécie oxidada, enquanto que no lado de reagentes deve estar a espécie mais reduzida.

23 Exemplo: CuSO4 + Ni NiSO4 + Cu Passo 1: Identificar as espécies que sofrem oxidação e redução No composto CuSO4, o cobre possui Nox +2 e transforma-se em cobre puro com Nox zer0. Assim como, o níquel puro passa do estado zero para o estado de oxidação +2. Portanto, o cobre 2+ sofre redução e o níquel oxidação.

24 Passo 2: Escrever as semi-equações Cu e - Cu Ni Ni e -

25 Passo 3: Somar as semi-equações de modo a balanceálas e cancelar os elétrons cedidos com os ganhos Cu 2+ + Ni Ni 2+ + Cu ou CuSO4 + Ni NiSO4 + Cu Caso a quantidade de elétrons cedidos e ganhos não fosse igual, as duas semi-equações deveriam ser multiplicadas por números inteiros de modo a equilibrar as cargas. Se a equação inicial possuir íons H + em um dos lados ou átomos de oxigênio, também em um dos lados, deve-se balancear a primeira espécie com moléculas de hidrogênio e a segunda com moléculas de água.

26 Em alguns casos, ao tentar-se balancear uma equação as espécies presentes na mesma não são suficientes para que se consiga efetuar o balanceamento. Contudo, nesses casos,informações sobre o meio reacional serão fornecidas e tornarão possíveis os balanceamentos das equações. -Balanceamento em meio aquoso A fim de se conseguir o balanceamento correto da equação, deve-se acrescentar água aos produtos ou aos reagentes dependendo da situação. -Balanceamento em meio ácido A fim de se conseguir o balanceamento correto da equação, deve-se acrescentar H + aos produtos/reagentes e H2O aos reagentes/produtos

27 Balanceie as seguintes equações: 1) Al + NH 4 NO 3 N 2 + H 2 O + Al 2 O 3 2) Fe 2 O 3 + C CO 2 + Fe 3) S + HNO 3 NO 2 + H 2 O + H 2 SO 4 4) C + HNO 3 NO 2 + H 2 O + CO 2 5) HNO 3 + I 2 HIO 3 + NO + H 2 O

28 6) K 2 Cr 2 O 7 + KI + H 2 SO 4 I 2 + K 2 SO 4 + Cr 2 (SO 4 ) 3 + H 2 O 7) KMnO 4 + HCl KCl + MnCl 2 + H 2 O + Cl 2 8) CuS + HNO 3 Cu(NO 3 ) 2 + S + H 2 O + NO 9) P + HNO 3 + H 2 O H 3 PO 4 + NO 10) Ag + HNO 3 AgNO 3 + NO + H 2 O

29 11) Cl 2 + NaOH NaCl + NaClO 3 + H 2 O 12) As 2 S 3 + HNO 3 + H 2 O H 3 AsO 4 + H 2 SO 4 + NO 13) Cr 2 (SO 4 ) 3 + H 2 O 2 + KOH K 2 CrO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O 14) MnO C 2 O H + Mn 2+ + H 2 O + CO 2 15) K 2 Cr 2 O 7 + H 2 S + H 3 PO 4 K 3 PO 4 + CrPO 4 + S + H 2 O

30 16) KMnO 4 + FeSO 4 + H 2 SO 4 Fe 2 (SO 4 ) 3 + K 2 SO 4 + MnSO 4 + H 2 O 17) Ag + H 2 SO 4 Ag 2 SO 4 + H 2 O + SO 2 18) Ag + HNO 3 AgNO 3 + NO 2 + H 2 O 19) Fe + HNO 3 Fe(NO 3 ) 3 + NH 4 NO 2 + H 2 O 20) MnO 2 + HCl MnCl 2 + H 2 O + Cl 2

31 Bibliografia -SARDELLA, A. Curso de química: química geral, São Paulo SP: Editora Ática, ª Edição, 2ª impressão. 448 p. e

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