ESTEQUIOMETRIA. Prof. João Neto

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1 ESTEQUIOMETRIA Prof. João Neto 1

2 Lei de Lavoisier Leis Ponderais Lei de Dalton Lei de Proust 2

3 Fórmula molecular Fórmula mínima Tipos de Fórmulas Fórmula eletrônica ou de Lewis Fórmula Centesimal Fórmula Estrutural 3

4 Determinação de fórmulas A fórmula percentual indica a porcentagem em massa de cada elemento. Por exemplo, na água, H 2 O, a porcentagem em massa do oxigênio é igual a 88,88% e a porcentagem em massa do hidrogênio é igual a 11,11%. H 11,11% O 88,88% 4

5 Veja os cálculos: H 2 O massa molar = 18g/mol %de H 18g % 2g x X=11,11% H 11,11% o 88,88% %de O 18g % 16g y y=88,88% 5

6 A fórmula mínima indica a proporção mínima de cada elemento presente na fórmula da substância. Exemplo Uma substância muito usada em laboratório é o benzeno. Ele é formado apenas por carbono e hidrogênio. Em uma amostra de 100 g de benzeno, 92,30 g são de carbono e 7,70 g são de hidrogênio. Como determinar a sua fórmula mínima? 6

7 A fórmula mínima pode ser determinada seguindo este raciocínio: 1. Determinamos a quantidade de matéria em mol de cada elemento presente na amostra. Para isso, dividimos as massas dos elementos presentes na amostra analisada pelas suas respectivas massas atômicas. 2. Dividimos essa quantidade em mol encontrada pelo menor valor entre eles. O objetivo desse procedimento é encontrar os menores números inteiros possíveis. 3. Escrevemos a fórmula mínima utilizando como índices os valores calculados no item 2 desse procedimento. 7

8 Fazendo o cálculo para o benzeno, teríamos: C 92,30/12 = 7,69 7,70 = 0,998 1 H 7,70/1 = 7,70 7,70 = 1 A fórmula mínima será: C 1 H 1. Como o índice 1 não precisa ser indicado, basta escrevermos CH. 8

9 Veja outro exemplo: Uma substância é formada de 54,6% de oxigênio, 10,23% de hidrogênio e 40,9% de carbono. Determinar sua fórmula mínima. Nesse caso, foram dadas as porcentagens em massa de cada elemento na fórmula. O procedimento para determinar a fórmula mínima é análogo. Acompanhe: C 40,9% 12 = 3,41 3,41 = 1 O 54,6% 16 = 3,41 3,41 = 1 H 10,23% 1 = 10,23 3,41 = 3 A fórmula mínima será: CH 3 O 9

10 A fórmula molecular indica a quantidade real de átomos na molécula. Por exemplo, considerando a fórmula mínima determinada no exemplo anterior, qual será a fórmula molecular da substância? Para determinarmos a fórmula molecular, temos de saber a massa molar que é a massa de 1 mol da substância. A partir da massa molar e da massa da fórmula mínima, podemos efetuar o cálculo: Massa da fórmula molecular = n x massa da fórmula mínima 10

11 Massa molar da fórmula mínima = 31 g/mol Se informarmos o valor da massa molar como 62 g/mol, teremos 62g = n x 31g logo n = 2 Se multiplicarmos a fórmula mínima pelo valor de n, que no caso foi igual a 2, teremos a fórmula molecular. Sendo assim, a fórmula molecular será: (CH 3 O) x 2 = C 2 H 6 O 2 11

12 Podemos também determinar a fórmula mínima, conhecendo a fórmula molecular. O vinagre é uma mistura muito usada como condimento em nosso dia-a-dia. Nele, o principal componente é o ácido acético. 12

13 A fórmula molecular do ácido acético é C 2 H 4 O 2. Qual será a sua fórmula mínima? Nesse caso, basta simplificarmos os índices já que todos são múltiplos. A fórmula mínima será: CH 2 O. Agora você já aprendeu o que representa os vários tipos de fórmulas. E, para fixar melhor o seu aprendizado, vamos acompanhar um exemplo resolvido. 13

14 Uma análise elementar de uma substância pura determinou a presença dos elementos cálcio, carbono e oxigênio. Em 32 g da amostra analisada, foi determinada a presença de 10 g de cálcio, 6,08 g de carbono e 15,92 g de oxigênio. Determinar a composição percentual de cada elemento na fórmula, a fórmula mínima e a fórmula molecular. Dado: massa molar igual a 128 g/mol 14

15 Resolução Composição percentual % de Cálcio 32g % 10g x % de Carbono 32g % 6,08g y x = 31,25% de Ca y = 19% de C % de Oxigênio 32g % 15,92g z z = 49,75% de O 15

16 Fórmula mínima Ca 31,25% 40 = 0,78 1,58 = 0,49 C 19% 12 = 1,58 1,58 = 1 O 49,75 16 = 3,10 1,58 = 1,97 Observe que, nesse caso, nem todos os valores foram números inteiros, logo devemos multiplicálos para que se tornem inteiros. O fator pelo qual devemos multiplicar todos eles é o fator 2, pois assim teremos números inteiros. Ca 0,49 x 2 = 0,98 1 C 1 x 2 = 2 O 1,97 x 2 = 3,94 4. A fórmula mínima será, então, CaC 2 O 4 16

17 Fórmula molecular Para determinarmos a fórmula molecular, vamos usar a expressão: Massa da fórmula molecular n x massa da fórmula mínima A massa da fórmula mínima será: 128 g/mol Substituindo-se o valor da massa molar fornecida como dado, teremos 128g = n x 128 g. O n = 1 e a conclusão a que chegamos é de que a fórmula mínima é igual à formula molecular. A fórmula molecular será, então, CaC 2 O 4. 17

18 1. O tetracloreto de carbono (CCl 4 ) é um líquido incolor usado como solvente. Na análise de 154g de tetracloreto de carbono, encontraramse 142 g de cloro. a) Calcule a porcentagem em massa de cloro no tetracloreto de carbono. b) Calcule a porcentagem de carbono no tetracloreto de carbono. 18

19 2. a) Uma substância tem a seguinte composição centesimal: 87,5% de N e 12,5% de H. Determine sua fórmula mínima. b) Uma substância de massa molecular igual a 200 contém 72% de carbono, 16% de oxigênio e 12% de hidrogênio. Determine sua fórmula molecular. 19

20 3. O elemento potássio tem um grande papel em nosso metabolismo. Ele está relacionado com contrações musculares e um bom desempenho dos batimentos cardíacos. Ele é encontrado principalmente na banana. O sulfato de potássio apresenta composição centesimal igual a 36,78% de oxigênio, 18,39 % de enxofre e 44,82% de potássio. A partir dessas informações, determine A)a fórmula mínima desse composto; B)a fórmula molecular desse composto, sabendose que sua massa molar é 174g/mol. 20

21 4. Em um fertilizante, existe a presença do nitrato de amônio, cuja fórmula é NH 4 NO 3. A)Determine a porcentagem em massa de nitrogênio no fertilizante. B)Determine a porcentagem em massa de oxigênio no fertilizante. 21

22 5.O carbonato de cálcio (CaCO 3 ) é um sal presente em formações de grutas e cavernas. Determine a porcentagem de cada elemento em sua fórmula. 6.Em uma determinada amostra de urina de um atleta, com suspeita de doping, foi detectada a presença de anfetamina, que, após isolada, apresentou as seguintes quantidades percentuais: 79,95% de carbono, 9,69% de hidrogênio e 10,36% de nitrogênio. Com base nessas informações, calcule a)a fórmula mínima da anfetamina; b)a fórmula molecular da anfetamina, sabendo que sua massa molar é 135g/mol. 22

23 7.(UFV) Sabe-se que, quando uma pessoa fuma um cigarro, pode inalar de 0,1 até 0,2 mg de nicotina. Descobriu-se em laboratório que cada miligrama de nicotina contém 74% de carbono, 8,64% de hidrogênio e 17,30% de nitrogênio. Calcule a fórmula mínima da nicotina. 23

24 8. (Cesgranrio) A síntese da aspirina (ácido acetilsalicílico) foi uma das maiores conquistas da indústria farmacêutica. Sua fórmula estrutural é Qual a porcentagem em massa de carbono na aspirina? Registre seus cálculos. 24

25 Cálculo Estequiométrico Estequiometria Stoicheon = elemento metron = medida É o estudo das relações quantitativas (átomos, moléculas, massa, volume) entre as substâncias que participam de uma reação química. 25

26 = íons elétrons átomos moléculas elementares entidades possui T PV T P V CNTP Fora das atm C CNTP L nas ocupa mol g molar massa pesa a mol I I I O O O : 1 0º 22,4 ) / ( 1 = íons elétrons átomos moléculas elementares entidades possui T PV T P V CNTP Fora das atm C CNTP L nas ocupa mol g molar massa pesa a mol I I I O O O : 1 0º 22,4 ) / ( 1 = íons elétrons átomos moléculas elementares entidades possui T PV T P V CNTP Fora das atm C CNTP L nas ocupa mol g molar massa pesa a mol I I I O O O : 1 0º 22,4 ) / ( 1 = íons elétrons átomos moléculas elementares entidades possui T PV T P V CNTP Fora das atm C CNTP L nas ocupa mol g molar massa pesa a mol I I I O O O : 1 0º 22,4 ) / ( 1 = íons elétrons átomos moléculas elementares entidades possui T PV T P V CNTP Fora das atm C CNTP L nas ocupa mol g molar massa pesa a mol I I I O O O : 1 0º 22,4 ) / ( 1

27 Relações Molares N 2 + 3H 2 2NH 3 Mol - 1mol + 3mol 2mol Moléculas- 6 x x x10 23 Massa - 28g + 6g 34g Volume 22,4L + 67,2L 44,8L Átomos 6x x6x x6x

28 Cálculo Estequiométrico PROCEDIMENTO PARA A RESOLUÇÃO 1. Escreva corretamente a equação química mencionada no problema (caso ela não tenha sido fornecida); 2. As reações devem ser balanceadas corretamente (tentativa ou oxi-redução), lembrando que os coeficientes indicam as proporções em mols dos reagentes e produtos; 3. Abaixo das fórmulas, escrevem-se os dados estequiométricos correspondentes às unidades dos dados (mol, gramas, número de átomos ou moléculas, volume molar); 28

29 Cálculo Estequiométrico 4. Abaixo dos dados estequiométricos, escrevemse os dados do problema, estabelecendo-se assim a regra de três; 5. Caso o problema envolva pureza de reagentes, fazer a correção dos valores, trabalhando somente com a parte pura que efetivamente irá reagir; 6. Caso o problema envolva reagentes em excesso e isso percebemos quando são citados dados relativos a mais de um reagente devemos verificar qual deles está correto. O outro, que está em excesso, deve ser descartado para efeito de cálculos;, impureza 29 das substâncias;

30 Cálculo Estequiométrico 7. Relacione, por meio de uma regra de três, os dados e a pergunta do problema, escrevendo corretamente as informações em massa, volume, mols, moléculas, átomos, etc; 8. Se o problema citar o rendimento da reação, devemos proceder à correção dos valores obtidos. Na prática, quando realizamos uma reação química, mesmo utilizando quantidades estequiométricas dos reagentes, nem sempre conseguimos obter a quantidade máxima possível dos produtos 30

31 Cálculo Estequiométrico 9. Para resolver problemas com reações em seqüência, você tem duas opções: obter uma única equação, a partir da soma das equações fornecidas, ou relacionar as substâncias etapa por etapa. 31

32 Relação Massa-Massa Ex.: Qual a massa de água dada em gramas, produzida a partir de 8g de hidrogênio gás? 1º H 2 + O 2 H 2 O 2º 2H 2 + O 2 2H 2 O 3º 4g x18g 8g y y=72g 32

33 Relação Massa-Moléculas Ex.: Quantas Moléculas de água são produzidas a partir de 16g de gás oxigênio? 1º H 2 + O 2 H 2 O 2º 2H 2 + O 2 2H 2 O 3º 32g----2x6,02 x g y y=6,02 x

34 Ex.: Relação Massa-Volume Qual o volume de Amônia produzido nas CNTP por 12g de H 2 que reage com N 2 suficiente? 1º N 2 + H 2 NH 3 2º N 2 + 3H 2 2NH 3 3º 6g x22,4 L 12g y y =89,6 L 34