ESTEQUIOMETRIA - PARTE TEORICA

Embed Size (px)

Citation preview

ESTEQUIOMETRIAMOLCULA

ESTEQUIOMETRIA

Por que precisamos conhecer este assunto? importante saber a quantidade de produto que pode ser obtida a partir de uma determinada quantidade de reagentes. fundamental, tambm, numa indstria qumica, por exemplo, saber antecipadamente qual a quantidade de reagentes que deve ser utilizada para se obter uma determinada quantidade de produto. O objectivo econmico de toda indstria que envolve processos qumicos produzir substncias em quantidade suficiente, usando a menor quantidade possvel de reagentes e com o menor custo, obtendo, assim, a melhor relao custo/benefcio. Relaes desse tipo no so utilizadas somente pelos qumicos. Elas fazem parte da nossa vida e muitas vezes ns as usamos sem perceber. Em Qumica, as relaes em massas, volumes e mesmo em quantidade de energia so denominadas clculos estequiomtricos.

1.1 - Massa Atmica (MA): massa comparada com12

1 da massa do carbono 12

C.

Exemplos: MA(O) = 16 uma MA(H) = 1 uma MA(Na) = 23 uma etc.

1.2 - Massa Molar (MM): a soma das massas atmicas dos tomos que constituem as molculas.Elaborado por: Antnio Adelino Kilala Molcula 923 38 23 35 Pgina 1

ESTEQUIOMETRIAMOLCULA

- A massa molecular (expressa em u.m.a) e a massa molar (expressa em g/mol) tm o mesmo valor numrico, mas unidades diferentes.

Exemplo: Massa Molecular da H2O igual a 18 u.m.a Massa Molar da H2O igual a 18 g/mol - A massa molar (molecular) achada somando as massas atmicas dos elementos que constituem a molcula (ou um composto inico), multiplicando pelo respectivo nmero de tomo. MM = MA1 de tomos + MA2 de tomos + MA3 de tomos .Exemplo para 1.2:

Calcule a massa molar dos seguintes compostos: a) H2O b) H2SO4 c) Cr2(SO4)3 O = 16 S = 32 d) Na2B4O710H2O Na = 23 Cr = 52 B = 10,81

Dada as massas atmicas: H = 1 Resoluo:

a) MM(H2O) = 1x2 + 16x1 = 2 + 16 mol. b) MM(H2SO4) = 1x2 + 32x1 + 16x4 mol. c) MMCr2(SO4)3 = 52x2 + 32x3 + 16x12 392g/mol.

MM(H2O) = 18 g/ MM(H2SO4) = 98 g/ MMCr2(SO4)3 =

d)

MM Na2B4O710H2O = 23x2 + 10,81x4 + 16x7 + 1x20 + 16x10 MM Na2B4O710H2O = 381,24g/mol

1.3 Nmero de mol (n): A quantidade de substancia expressa em mol. O nmero de mol esta relacionado com a massa atravs da expresso seguinte:n m MM

- Em uma reaco qumica os nmeros que aparecem antes das frmulas qumica dos reagentes como dos produtos indicam o nmero de mol e tambm so chamados de coeficiente estequiomtrico.

Elaborado por: Antnio Adelino Kilala Molcula 923 38 23 35

Pgina 2

ESTEQUIOMETRIAMOLCULA

de tomo de mol

3O2

1.4 Volume Molar (Vm): O volume ocupado por uma mol (Massa Molar) de qualquer gs nas Condies Normais de Temperatura e Presso (CNTP) chama-se Volume Molar (Vm), e igual a 22,4 litros. - Nota: Nas CNTP a presso igual a 1 atm e a temperatura O oC. 1 mol 1 Massa Molarl 22,4 litros 22,4 litros

- Nmero de mol esta relacionado com o volume molar atravs da expresso seguinte: V n VmOnde V o volume real.

Exemplo para - 1.4: Qual o volume ocupado nas CNTP por: a) 2 mol de O2 b) 32 g de SO2. Dadas as massas atmicas: S = 32 Resoluo: a) V 22,4 litros x 2 x22,4 44,8litros 1 Resposta: 2 mol de O2 ocupa o volume de 44,8 litros. n 1 mol de O2 2 mol de O2

O = 16.

b) 1 Calcula-se a massa molar do SO2: MM(SO2) = 32x1 + 16x2 = 64 g/mol m 64 g de SO2 32 g de SO2 V 22,4 litros x 32 x22,4 11,2litros 64Pgina 3

Elaborado por: Antnio Adelino Kilala Molcula 923 38 23 35

ESTEQUIOMETRIAMOLCULA

1.5 - Nmero de Avogadro (NA): Indica o nmero de partculas (tomos, molculas ies etc.) existente em 1 mol (massa molar) de qualquer substancia, e igual a 6,02x10 23 partculas.

1 mol 1 Massa Molarl partculas

6,02x10 23 partculas 6,02x10 23

- Nmero de mol esta relacionado com o nmero de Avogadro atravs da expresso seguinte: N n NA Onde N o numero real de partculas.

Exemplo para - 1.5: Determine o nmero de molculas existente em 5 mol de gua. Resoluo: 1 mol 5 mol 6,02x10 23 molculas x

5 6,02 x10 23 3,01x10 24 molculas 1 1.6 Reaces qumicas xSo fenmenos que ao produzirem-se do lugar a formao de novas substanciam e com novas propriedades. Exemplo: C (S) + O2 (g) CO2 (g)

Propriedades So caractersticas que permitem distinguirem umas substncias de outras ou estabelecer a semelhana entre elas.Elaborado por: Antnio Adelino Kilala Molcula 923 38 23 35 Pgina 4

ESTEQUIOMETRIAMOLCULA

Exemplo: A cor, o cheiro, a temperatura, o estado fsico, a densidade etc. 1.7 Manifestao que pode indicar a ocorrncia de uma reaco qumica: 1) Formao de um slido. 2) Desprendimento de um gs. 3) Mudana de colorao. 4) Libertao ou absoro de energia. 1.8 - Equaes Qumicas: So apenas esquemas, de algum modo simplificados, daquilo que se passa nas reaces qumicas. As equaes qumicas indicam quais os reagentes (normalmente, os elementos a esquerda da seta) e quais os produtos (os elementos a directa da seta), as propores de cada um e o estado de agregao (slido, liquido e gasoso). As reaces qumicas que se consideram completas (so caracterizados como reaces irreversvel) so representadas por uma seta direccionada em 1 nico sentido (). As reaces qumicas que se consideram incompleta (que normalmente atingem o estado de equilbrio e so caracterizados como reaces reversveis) so representadas por duas setas direccionadas em sentidos opostos ( ).

1.9 Estequiometria: So clculos que se fazem com base nas reaces qumicas. Em uma equao qumica o nmeros que prescedem (que aparecem antes d) as formula dos reagentes tanto dos produtos indica o nmero de mol e so chamados de coeficientes Estequiometria.

Informaes teis tirada em uma equao qumica 2.1 Considere a equao seguinte: 2H2 (g) + O2 (g) 2H2O (g)

Elaborado por: Antnio Adelino Kilala Molcula 923 38 23 35

Pgina 5

ESTEQUIOMETRIAMOLCULA

As informaes que podem ser tiradas desta equao qumica so: 2 mol de H2 reagem com 1 mol de O2 para formarem 2 mol de H2O. 4 g de H2 reagem com 32 g de O2 para formarem 36 g de H2O. 44,8 L de H2 reagem com 22,4 L de O2 para formarem 44,8 L de H2O. 12,04x1023part de H2 reagem com 6,02x10 23part de O2 para formarem 12,04x1023part de H2O. Tambm valida a relao seguinte: 2 mol de H2 reagem com 32 g de O2 para formarem 12,04x1023part de H2O. Comentrio adicional: Relaes algbricas entre produtos e reagente de equao qumica.

Considere a seguinte equao qumica para os reagentes A e B formando os produtos C e D: aA + bB cC + dD

Onde a, b, c e d so os coeficientes estequiomtrico necessrio para acertar a equao. As relaes algbricas entre nmero de moles de A, B, C e de D estequiometricamente exigida pela equao balanceada so:n A n B nC n D a b c d

Exemplo para comentrio adicional: A relao algbrica para a reaco 2H2 (g) : + O2 (g) 2H2O (g)

nH 2 2

nO2 1

n H 2O 2

2.2 Passos que podem ser usados em clculos estequiomtrico normais so: 1) Tirar os dados. 2) Acertar a equao qumica. 3) Analisar a relao metendo:

Elaborado por: Antnio Adelino Kilala Molcula 923 38 23 35

Pgina 6

ESTEQUIOMETRIAMOLCULA

n por baixo da substancia que se deu ou se pediu o numero de mol. m por baixo da substancia que se deu ou se pediu a massa. V por baixo da substancia que se deu ou se pediu a volume. N por baixo da substancia que se deu ou se pediu de partculas.

4) Tirar a informao da equao no caso de: n deve-se considerar o coeficiente estequiomtrico. m calcule a massa molar e multiplique pelo respectivo coeficiente estequiomtrico. V deve-se considerar o volume molar (caso for nas CNTP) e multiplique pelo respectivo coeficiente estequiomtrico. N deve-se considerar o nmero de Avogadro e multiplique pelo respectivo coeficiente estequiomtrico.

5) Por ltimo use os dados fornecidos pelo problema para calcular o que se pede. Exemplo (1) para 2.2: Clculos Massa Volume O propano (C3H8) reage com o oxignio de acordo com a equao: C3H8 + O2 CO2 + H2O

Qual o volume de dixido de carbono (CO2) nas CNTP, que se pode obter a partir de 15 g de propano (C3H8). Dadas as massas atmicas: C = 12 H = 1.

Resoluo: Dados: V(CO2)= ? m(C3H8) = 15 g MM(C3H8) = 44 g/mol

A equao balanceada : C3H8 +

5O2

3CO2

+ 4 H2OPgina 7

Elaborado por: Antnio Adelino Kilala Molcula 923 38 23 35

ESTEQUIOMETRIAMOLCULA

m 44 15x

V 22,4x3 x

15 x22,4 x3 22,09 22,1litros 44 Logo o volume que se poder obter a partir dos 15 g de propano 22,1 L.

Exemplo (2) para 2.2: Clculos Mol MassaCalcule o nmero de mole s do cloreto de clcio necessrio para reagir com um excesso de nitrato de prata produzindo 6,60 g de AgCl segundo a equao:

CaCl 2 AgNO3 AgCl Ca(NO3 ) 2Dados os pesos atmicos: Ca = 40,08 Resoluo: Dados: n(CaCl2) = ? A equao balanceada : m(AgCl) = 6,60 g MM(AgCl) = 143,4 g/mol Cl = 35,5 Ag = 107,9

CaCl 2 2 AgNO3 2 AgCl Ca( NO3 ) 21 mol X 2x143,4 g 6,60 g

1x6,60 0.0230mol 2 x143,4

REAES NO LABORATRIO E NA INDSTRIAOs clculos estequiomtricos vistos at agora referem-se a condies tericas. Na Prtica, em certas situaes, os reagentes so misturados em quantidades no estequiomtricas, ou ento apresentam impurezas. Nem sempre, tambm, as reaces ocorrem com aproveitamento total. A seguir estudaremos algumas dessas situaes prticas.

Elaborado por: Antnio Adelino Kilala Molcula 923 38 23 35

Pgina 8

ESTEQUIOMETRIAMOLCULA

2.3 - REAGENTE EM EXCESSO E REAGENTE LIMITANTEQuando misturamos dois reagentes que no esto em proporo estequiomtricas, um deles ser consumido totalmente, sendo denominado reagente limitante. O outro reagente, do qual restar certa quantidade sem reagir, ser denominado reagente em excesso. Para resolver questes que envolvem reagentes limitante e em excesso, podemos seguir as etapas abaixo: aA + bB cC + dD

Considere a reaco:

1) Divide-se o nmero de moles dos dois reagentes pelo coeficiente estequiomtrico:

nA a

nB b

se

n A nB a b

Ento conclui-se que a substancia A reagente limitante, enquanto que a B esta em excesso. 2.4 Quando tivermos quantidade de 2 ou mais reagentes necessrio determinar o reagente limitante e o reagente que esta em excesso. 2.5 - A quantidade de qualquer produto da reaco, calcula-se a partir da quantidade do reagente limitante. Exemplo para (2.3, 2.4 e 2.5): Foram misturados 40 g de hidrognio (H2) com 40 g de oxignio (O2), com a finalidade de produzir gua, segundo a equao: 2H2 + O2 2H2O Determine: a) O reagente limitante; b) A massa do produto formado; c) A massa do reagente em excesso. Dadas as massas atmicas: H = 1 O = 16 Resoluoa) 1) Acha-se o nmero de moles de cada reagente:

nH 2

m 40 20 MM 2

nO2

m 40 1,25 MM 32

2) Divide-se o nmero de moles dos dois reagentes pelo coeficiente estequiomtrico:Elaborado por: Antnio Adelino Kilala Molcula 923 38 23 35 Pgina 9

ESTEQUIOMETRIAMOLCULA

H2

20 10 2

O2

m 1,25 1,25 MM 1

Resposta: Logo se pode concluir que o oxignio o reagente limitante.

b)

O2

+32 g 40 g

2H2

2H2O36 g x

x

40 36 45 g 32

Resposta: a massa da gua formada 45 g. c) 1) Calcula-se a massa do hidrognio necessria para reagir com o oxignio.

O232 g 40 g

+

2H24 g x

2H2O

40 4 x 5g 32

Como a massa total de H2 era de 40 g e s 5 g de H2 reagiram, teremos um Excesso de 35 g de H2.Resposta: massa de hidrognio em excesso 35 g.

2.6 - REAES QUMICAS COM SUBSTNCIAS IMPURAS comum o uso de reagentes impuros, principalmente em reaes industriais, ou porque so mais baratos ou porque j so encontrados na natureza acompanhados de impurezas (o que ocorre, por exemplo, com os minrios). At aqui, trabalhamos com as substncias admitindo que fossem puras (100% de Pureza). Na prtica, isso ocorre apenas na produo de medicamentos ou em anlises qumicas muito especiais. Normalmente, trabalhamos com substncias que apresentam certa percentagem de impurezas. Por isso, a quantidade do material obtido pela reaco no igual ao previsto teoricamente. Sempre que se tem uma dada quantidade de uma amostra impura, deve-se determinar a quantidade de pureza na amostra de acordo com a expresso:% pureza m pura msubstan cia.impura x100

m pura

% pura msubstan cia.impura 100Pgina 10

Elaborado por: Antnio Adelino Kilala Molcula 923 38 23 35

ESTEQUIOMETRIAMOLCULA

Exemplo para - 2.6: Qual massa de carbonato de clcio (CaCO3 ) existente em 40 kg de um calcrio a 85 % de pureza? Resoluo:

m pura

% pura msubstan cia.impura 100

85 x40 34 g 100

Resposta: 34 g de CaCO3 e 6 g de outras substncias (impureza).

2.7 RENDIMENTO ( ) DE UMA REAO QUMICANa prtica, quando realizamos uma reaco qumica, mesmo utilizando quantidades estequiomtricas dos reagentes, nem sempre conseguimos obter a quantidade mxima possvel dos produtos. Isso acontece por vrios factores. Assim, comum que a reaco ocorra com um rendimento real menor que 100%). O rendimento de uma reaco dado por:

Re n dim ento

Qreal x100 Qteorico

Onde Q a quantidade que pode ser dada em gramas, mol, litros etc. Qteorico determina-se atravs da quantidade estequiometrica. Exemplo para - 2.7: Sabendo que a formao da gua ocorre segundo a equao: H2 + O2 H2O

Determine o rendimento real de um experimento no qual 2 g de hidrognio reagiram com 16 g de oxignio, produzindo 14,4 g de gua. Dadas as massas atmicas: H = 1 O = 16. Resoluo: 2H2 + O2 2H2O

Dados: = ? m(H2) = 2 g m(O2) = 16 g g/mol

MM(H2) = 2 g/mol

MM(O2) = 32Pgina 11

Elaborado por: Antnio Adelino Kilala Molcula 923 38 23 35

ESTEQUIOMETRIAMOLCULA

Uma vez que temos quantidade de 2 reagentes, devemos em primeiro lugar determinar o reagente limitante:1) Acha-se o nmero de moles de cada reagente:

nH 2

m 2 1 MM 2

nO2

m 16 0,5 MM 32

2) Divide-se o nmero de moles dos dois reagentes pelo coeficiente estequiomtrico:H2

1 0,5 2

O2

m 0,5 0,5 MM 1

Como as massas dos reagentes (H2(g) e O2(g)) esto em proporo estequiomtrica, no existe reagente em excesso . Isto significa que podemos usar qualquer um dos reagentes para o clculo da quantidade do produto. A massa terica de gua que poderia ser produzida com esta quantidade dada por: O232 g 16 g

+

2H2

2H2O36 g x

x

16 36 18 g 32

Re n dim ento

Qreal 14,4 x100 x100 80% Qteorico 18

2.8 Princpio da gravimtria: Em regra o teor de um elemento (io) que se quer determinar, na substancia em estudo, obtm-se em analise gravimtria pela massa do precipitado depositado aps a precipitao deste elemento (io) sob forma de um composto dificilmente solvel. Para o clculo do teor de um elemento (x) que se quer determinar podemos usar a expresso:

Elaborado por: Antnio Adelino Kilala Molcula 923 38 23 35

Pgina 12

ESTEQUIOMETRIAMOLCULA

Elaborado por: Antnio Adelino Kilala Molcula 923 38 23 35

Pgina 13