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Captulo 2
AS FRMULAS, AS EQUAES E A ESTEQUIOMETRIA.
TPICOS GERAIS
2.1 A MICROESTRUTURA DA
MATRIAOs tomos
As molculas
2.2 AS FRMULAS QUMICAS
As frmulas moleculares
As frmulas empricas
As frmulas estruturais
2.3 MASSA ATMICA E OUTROS TIPOS
DE MASSA
As massas atmicas
As massas moleculares
As massas de frmulas
2.4 O MOLO nmero de Avogadro
Mols de tomos
Mols de molculas
Mols de frmulas unitrias
2.5 A COMPOSIO
ESTEQUIOMTRICA
Os significados das frmulas qumicas
Determinao da anlise elementar a partir
de frmulas.
Determinao da frmula emprica a partir
de uma anlise elementar
As frmulas moleculares
2.6AS EQUAES QUMICAS
O balanceamento das equaes portentativas
2.7 ESTEQUIOMETRIA DE REAOES.
OS significados de uma equao qumica
Os clculos estequiomtricos
A anlise de combusto
Problemas com reagentes limitantes
2.8 A ESTEQUIOMETRIA DE SOLUO
O soluto e o solvente
A concentrao molar
A diluio
Os cidos e as bases
As reaes de neutralizao
Titulao
2.9 O MOL: COMENTRIOS
ADICIONAIS
A terminologia de mols de coisas diferentes
O tamanho de um mol
2.10 NOMENCLATURA QUMICA:
PRIMEIRO CONTATO
Nomes triviais e sistemticos
Os compostos binrios
Os compostos temrios contendo oxignio
Os cidos e as bases
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A palavra estequiometria vem das palavras gregas stoicheon, significando "elemento" e
metron, significando "medida". Atualmente, definida como o estudo (1) das quantidades
relativas de elementos combinados em compostos e (2) das quantidades relativas de substncias
consumidas e formadas em reaes qumicas. Em outras palavras, estequiometria o estado
quantitativo da composio qumica (composto ou frmula estequiomtrica) e transformaes
qumicas (equao ou reao estequiomtrica).
2.1A MICROESTRUTURA DA MATRIA
OS TOMOS
Hoje, muitos de ns estamos familiarizados com o conceito de tomo e estamos cientes de
que tomos so partculas submicroscpicas de que toda a matria composta. Ainda que seja
composto de partculas menores, o tomo a unidade fundamental de um elemento.Posteriormente, todos os tomos de um mesmo elemento so idnticos em quase todos os
aspectos (estes aspectos sero discutidos na Seo 5.2) e os tomos de diferentes elementos so
diferentes. Conseqentemente, damos para um elemento e seus tomos o mesmo nome; por
exemplo, o elemento cobre composto de tomos de cobre, e o elemento oxignio, de tomos de
oxignio. O smbolo para um elemento pode ser usado para representar um tomo daquele
elemento; assim, Cu pode representar um tomo de cobre e O um tomo de oxignio.
Comentrios Adicionais
Apesar de acreditarmos na existncia de tomos h muitos anos, muitas das evidncias
so completamente indiretas. Entretanto, em 1980, verses do microscpio eletrnico de alta
resoluo foramdesenvolvidas com suficiente poder de resoluo para mostrar a posio de
tomos em certos slidos. As imagens produzidas por meio destas tcnicas oferecem uma base
forte, quase direta, para se acreditar que os tomos so verdadeiros.
AS MOLCULAS
Em muitas substncias, os tomos so agrupados ou reunidos em agregados de 2 tomos
at nmeros maiores, incontveis. Tal agregado chamado de molcula e o termo geralmente
implica um nmero comparativamente pequeno de tomos. No interior de uma molcula, os
tomos componentes permanecem juntos por foras chamadas ligaes qumicas. Sucintamente:
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uma molcula um composto de partculas que consistem em 2 ou mais tomos quimicamente
ligados um ao outro. importante notar que, embora as molculas possam estar afastadas, como
nos gases, no interior de uma molcula os tomos esto relativamente presos uns aos outros
devido s fortes ligaes qumicas. (Ver Captulo 8.)
Alguns elementos so compostos de molculas. (Nestes casos, todos os tomos em cada
molcula so do mesmo elemento.) Em adio, muitos compostos consistem em molculas.
(Cada uma dessas molculas consiste em pelo menos dois tomos diferentes.) Entretanto, nem
todas as substncias so moleculares na natureza. Alguns slidos e lquidos consistem em
agregados de tomos extremamente grandes. Embora estes grandes agregados sejam algumas
vezes referidos como "molculas gigantes", o termo molcula normalmente implica um grupo de
tomos. Discutiremos mais o assunto sobre as diferenas entre substncias moleculares e no-
moleculares.
2.2AS FRMULAS QUMICAS
Apenas smbolos so usados para representar elementos ou seus tomos, as frmulas so
usadas para representar compostos ou agregados de seus tomos. Vrios tipos de frmulas
qumicas so teis; as mais importantes so as frmulas emprica e frmulas estruturais.
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Figura 2.2 Dixido de carbono slido (gelo seco), duas representaes: (a)bola e vareta e
(b) espacial. O modelo da bola e vareta mostra mais claramente as relaes geomtricas; o
modelo espacial representa mais exatamente os tamanhos atmicos relativos e o empacotamento
em um slido. Em cada modelo, molculas de CO2 podem prontamente ser identificadas. tomosde carbono em 5 molculas foram enumerados para mostrar a correspondncia entre os tipos de
modelos.
AS FRMULAS MOLECULARES
A frmula de uma molcula emprega um smbolo e um subndice para indicar o nmero
de cada tipo de tomo na molcula. (O subndice sempre omitido.) Tal frmula chamada
frmula-molecular. Uma molcula de gua consiste em 2 tomos de hidrognio e 1 tomo de
oxignio, e assim a frmula molecular para a gua H2O. Outro exemplo: uma molcula de
sacarose (cana-de-acar) consiste em 12 tomos de C, 22 tomos de H e 11 tomos de O, como
mostrado na frmula molecular C12H22O11. A Figura 2.1 mostra as representaes de trs
molculas, suas frmulas e seus nomes.
Nos slidos e lquidos moleculares, as molculas esto dispostas juntas e bem prximas.
A Figura 2.2 mostra duas representaes de dixido de carbono slido conhecido como gelo
seco. (Veja novamente a Figura 2.2.) Observe que as molculas de CO2 podem ser identificadas
individualmente mesmo estando prximas umas das outras.
Alguns elementos no se combinam, existindo em forma molecular, e geralmente so
representados por frmulas moleculares. O oxignio encontrado no ar como molcula
diatmica O2 e o nitrognio, como molculas N2. Uma forma do elemento fsforo contm
molculas tetratmicasP4 e o enxofre geralmente consiste em molculas octatmicasS8.
(a)(b)
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Comentrios Adicionais
As foras entre os tomos em uma molcula so tipicamente fortes, e as foras entre as
molculas so geralmente muito fracas. Enxofre slido consiste em molculas de S8 no qual os 8
tomos de enxofre esto fortemente ligados entre si, contudo, suas molculas permanecem juntas
devido a foras muito fracas.
AS FRMULAS EMPRICAS
Um segundo tipo de frmula, a frmulaemprica, d somente nmero relativo de tomos
de diferentes elementos em um composto, sendo que tais nmeros so expressos como uma razo
mais simples. A frmula emprica da glicose, a qual consiste em tomos de carbono, hidrognio e
oxignio em uma proporo de 1:2:1, CH2O. (As frmulas empricas so tambm chamadas de
frmulas mais simples.) A frmula molecular de uma substancia sempre um nmero inteiro dasua frmula emprica. Por exemplo, a frmula molecular da glicose C6H12O6 que 6 vezes sua
frmula emprica. Enquanto a frmula emprica d somente uma proporo de tomos, a frmula
molecular d o nmeroreal de tomos de cada elemento em uma molcula individual. Em alguns
casos a proporo de tomos apresentada na frmula molecular no pode ser reduzida para
nmeros inteiros menores, e como um resultado, as frmulas molecular e emprica so as
mesmas. Este o caso da sacarose, C12H22O11.
Substncias moleculares so geralmente representadas por frmulas moleculares, se o
nmero de tomos de cada elemento na molcula conhecido. Contudo, para substncias que no
so compostas de molculas, possvel escrever somente uma forma emprica. Uma das
substncias o carbeto de silcio, um slido duro usado como um abrasivo e conhecido como
carborundum. Este composto constitudo dos elementos silcio (Si) e carbono (C); em sua
estrutura cada tomo de silcio rodeado por (e ligado a) 4 tomos de carbono, e cada tomo de
carbono e semelhantemente circundado por 4 tomos de silcio, como mostrado na Figura 2.3. A
ligao normal de tomos de carbono e silcio estende-se em 3 dimenses (ao longo da pequena
poro mostrada no esquema) e somente termina no limite fsico do cristal carbeto de silcio.
Pode-se ver que no h pequenos agregados separados de tomos nesta estrutura. No h
molculas no carbeto de silcio.
Em uma amostra de carbeto de silcio o nmero total de tomos de silcio igual ao
nmero total de tomos de carbono. Em outras palavras, a razo dos tomos de silcio para os
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tomos de carbono 1:1 e, assim, escrevemos a frmula emprica como SiC. Exemplos de
frmulas empricas so ilustradas na Tabela 2.1. Note que, embora as frmulas moleculares
possam ser escritas somente para substncias moleculares, as frmulas empricas podem ser
escritas para todos os compostos.
Comentrios Adicionais
A Tabela 2.1 mostra que o acetileno e o benzeno tm frmulas empricas iguais, mas
diferentes frmulas moleculares. Isto no incomum; uma frmula emprica pode no ser
adequada para especificar um composto. (Realmente, em alguns casos quando a frmula
molecular no distingue especificamente um composto.).
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AS FRMULAS ESTRUTURAIS
Um terceiro tipo de frmulas a frmula estrutural. A frmula estrutural de uma
substncia molecular no d somente o nmero de cada tipo de tomo na molcula, mas tambm
mostra como eles esto ligados entre si no interior da molcula. A Figura 2.4 apresenta frmulas
estruturais de diversas molculas.
2.3MASSA ATMICA E OUTROS TIPOS DE MASSA
Uma importante propriedade de um tomo sua massa. Expressa em gramas, a massa de
um tomo de oxignio 2,7 x 10-23g. Este nmero extremamente pequeno e um grama uma
massa muito grande em comparao com a massa de um tomo de oxignio. Quando indicamos
massas de tomos conveniente usarmos uma unidade massa que seja muito menor do que um
grama, na qual a massa atmica poder ser indicada com valores que vo de um a vrias
centenas. (Indicar a massa de um tomo em gramas como expressar a massa de uma pulga em
toneladas.).
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AS MASSAS ATMICAS
A massa de um tomo conhecida como massa atmica e normalmente expressa pelo
uso de uma unidade extremamente pequena chamada de unidade de massa atmica, abreviada u
(Dalton). Arredondando para o inteiro mais prximo, a massa de um tomo de oxignio 16 u, a
massa de um tomo de flor 19 u, e a de tomo de ouro, 197 u. O tomo que tem a menor
massa o hidrognio, 1 u. Uma unidade de massa atmica 1/12 avos da massa do istopo de
carbono mais comum. (Istopos so variedades de tomos de um elemento; ver conceito em
seguida.).
Uma tabela de massas atmicas de todos os elementos dada no incio deste livro. Nesta
tabela cada massa atmica dada com pelo menos quatro algarismos significativos e representa a
massa mdia dos tomos de um elemento.
Muito embora massas atmicas sejam normalmente indicadas sem unidades nas tabelas e
grficos,udeve ser sempre subentendido.
Comentrios Adicionais
Na tabela de massas atmicas (aquela das pginas iniciais), os valores so dados com
vrios algarismos significativos. Em muitos casos, quando o nmero de algarismos significativos
apresentado pequeno, resultado de limitaes experimentais na preciso da determinao.
Para outros, a natural variao global na abundncia isotpica toma impossvel fornecer um
valor mais confivel.
Estabelecemos anteriormente que a massa atmica de um elemento a massa mdia de
seus tomos, devido ao fato de que a massa dos tomos de muitos elementos no so todas iguais.
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Muitos elementos ocorrem na Terra como uma mistura de vrios tomos diferentes chamados
istopos, cada um com uma massa diferente. (Ns discutiremos a razo para a existncia de
istopos na Seo 5.2.) 0 valor da massa atmica de cada elemento a massa de um "tomo
mdio" de elemento. Com poucas excees, os istopos de um elemento tm essencialmente as
mesmas propriedades qumicas. Veremos rapidamente por que isto verdade.
AS MASSAS MOLECULARES
A massa de uma molcula a soma das massas de seus tomos componentes e chamada
massa molecular. Por exemplo, sendo que a massa atmica do carbono 12,0 u e a do
hidrognio 1,0 u, ento a massa molecular do etileno, frmula molecular C 2H4, 2(12,0 u) +
4(1,0 u), ou 28,0 u.
AS MASSAS DE FRMULAS
A soma das massas de tomos indicada em uma frmula emprica chamada massa de
frmula emprica, ou mais simplesmente, massa de frmula. Realmente, o termo massa de
frmula significa a soma das massas de tomos representada em qualquer frmula, podendo ser
emprica ou molecular. Conseqentemente, para uma substncia molecular, os termos massa
molecular e massa de frmulapodem ser usados permutavelmente. No caso de uma substncia
no-molecular, o grupo de tomos mostrado na frmula emprica chamado uma frmula
unitria, e esta massa, a massa de frmula. Por exemplo, a frmula emprica de cloreto de clcio,
que no um composto molecular, CaCl2. Assim, uma frmula unitria de cloreto de clcio
consiste em um tomo de Ca e dois tomos de Cl. Das massas atmicas de Ca (40,1 u) e Cl (35,5
u), calculamos que a massa de frmula do CaCl2 40,1 u+2(35,5u), ou 111,1u.
Exemplo 2.1 Parathion um composto txico que tem sido usado como inseticida. Sua
frmula molecular C10H14O5NSP. Qual a massa molecular do parathion? (Massas atmicas:
C= 12,0; H= 1,0; H= 1,0; O= 16,0; N= 14,0; S =32,1; P=31,0.)
Soluo: 10 tomos de C: Massa =.10 x 12,0 u = 120,0 u
14 tomos de H: Massa = 14 x 1,0 u = 14,0 u
5 tomos de O: Massa = 5 x 16,0 u = 80,0 u
1 tomo de N: Massa = 1 x 14,0 u = 14,0 u
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1 tomo de S: Massa = 1 x 32,1 u = 32,1u
1 tomo de P: Massa= 1 x 31,0 u = 31,0 u
Massa molecular do parathion = 291,1 u
ProblemaParalelo: Epinephrine, algumas vezes chamado de adrenalina, um hormnio
produzido na glndula supra-renal em humanos e outros animais. Sua frmula molecular
C9H13O3N. Qual amassa molecular de epinephrine? (Massas atmicas: C = 12,0; H = 1,0; O =
16,0; N= 14,0.) Resposta: 183 u.
Exemplo 2.2 A frmula emprica do sulfato de alumnio Al2(SO4)3. Qual a sua massa
de frmula? (Massas atmicas: Al = 27,0; S = 32,1; O =16,0.).
Soluo: A frmula Al2(SO4)3 indica que uma frmula unitria consiste em 2 tomos deAl, 3 tomos de S, e 3 x 4, ou 12, tomos de O.
2 tomos de Al: Massa = 2(27,0 u) = 54,0 u
3 tomos de S: Massa = 3(32,1 u) = 96,3 u
12 tomos de O: Massa = 12(16,0 u) = 192 u
Massa de frmula do Al2(SO4)3 = 342 u
ProblemaParalelo: A frmula emprica do fosfato de clcio, usado como matria-prima
de fsforo em fertilizantes, Ca3(PO4)2.Qual sua massa de frmula? (Massas atmicas: Ca =
40,1; P = 31,0; O = 16,0.) Resposta: 310 u.
2.4O MOL
Um nico tomo to pequeno que, para que uma amostra de matria possa ser vista e
manipulada, esta precisa consistir em um enorme nmero de tomos. Por essa razo,
conveniente especificar um nmero total de tomos em uma amostra, no como tomos
individuais, mas, preferencialmente, em termos de "pacotes" consistindo em um certo nmero de
tomos, do mesmo modo que indicamos o nmero de ovos em uma cartela por dzia.A dzia
qumica" , entretanto, um nmero grande.
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O NMERO DE AVOGRADO
Uma tabela de massa atmica, tal como as pginas iniciais deste livro, indica que a massa
atmica do oxignio 16,0 u. Isto significa que a massa de um nico tomo de oxignio 16,0 u.
Agora, consideremos um grupo ou, coleo de tomos de oxignio consistindo em um nmero
extremamente grande de tomos, to grande que amassa do agrupamento inteiro 16,0 gramas.
O nmero de tomos neste grupo ser colossal: 6,02 x 1023 (Vocs imaginam que este nmero
extremamente grande. Apesar disso, um nico tomo de oxignio tem uma massa extremamente
pequena, e assim deve-se ter um nmero grande de tomos em 16,0 gramas.) Resumindo: um
tomo de oxignio tem uma massa de 16,0 u, e um grupo ou coleo de 6,02 x 1023 tomos de
oxignio tem uma massa de 16,0 gramas.
Considerando-se outro elemento: o enxofre. A tabela indica que a massa atmica do
enxofre 32,1 u. Isto significa que um tomo de enxofre tem uma massa de 32,l u, o que pareceser mais que duas vezes a massa de um tomo de' oxignio. Agora, imagine o agrupamento de
muitos tomos de enxofre e que a massa da coleo inteira 32,1 gramas.
Novamente, o nmero de tomos no grupo inteiro ser 6,02 x 1023. Por que este nmero
aparece novamente? Se um nico tomo de enxofre tem uma massa de aproximadamente duas
vezes a de um tomo de oxignio, ento 6,02 x 1023 tomos de enxofre devem ter uma massa de
aproximadamente duas vezes a de 6,02 x 1023 tomos de oxignio. Ou, mais precisamente, se
massas de tomos independentes de enxofre e oxignio esto em uma razo de 32,1:16,0, ento
as massas de nmeros iguaisde tomos de enxofre e oxignio devem manter a mesma proporo.
Isto significa que se 6,02 x 1023 tomos de oxignio tm uma massa de 16,0 gramas, ento o
mesmo nmero de tomos de enxofre deve ter uma massa de 32,1/16,0 x 16,0 = 32,1 g. O
nmero 6,02 x 1023 um nmero importante ao qual dado um nome especial: nmero de
Avogadro (Lorenzo Romano Amedeo Carlos Avogadro di Quaregua e si Cerreto (1776 - 1856), advogado e fsico italiano, foi
um dos primeiros cientistas a distinguir tomos de molculas.). Este o nmero de tomos de oxignio, enxofre,
ou de qualquer outro elemento, que deve ser reunido com a finalidade de que o grupo inteiro
apresente uma massa em gramas que numericamente igual massa atmica em u. Para cada
elemento este 6,02 x 1023 tomos.
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MOLS DE TOMOS
Uma coleo ou grupo de nmeros de Avogadro de tomos recebe um nome especial: um
mol de tomos. (Mol usado oficialmente pelo SI.) Entretanto, devido massa atmica do
oxignio ser 16,0, podemos dizer que um tomo de oxignio tem uma massa de 16,0 u e, em
adio, que um mol de tomos de oxignio tem uma massa de 16,0 gramas. Similarmente,
podemos dizer que para o elemento enxofre (massa atmica 32,1), a massa de um tomo 32,1 u,
e a massa de um mol de tomos de enxofre 32,1 gramas. E lembrando: um mol de tomos de
oxignio, tomos de enxofre, tomos de ferro ou tomos de qualquer elemento consiste em 6,02 x
1023 tomos.
Exemplo 2.3 Uma amostra de nitrognio gasoso contm 4,63 x 1022 tomos de N.
Quantos mols de tomos de N apresenta?Soluo:
Mtodo 1: Desde que 6,02 x 1023 tomos e 1 mol de tomos so medidas equivalentes,
escrevemos: 6,02 x 1023 tomos de N 1 mol de tomos de N onde, como anteriormente
(Captulo 1), usamos o smbolo para indicar equivalncia. Entretanto,
Desta relao, obtemos um fator unitrio:
e a usamos para calcular a quantidade de mol de tomos de N em 4,63 x 10 22 tomos de:
Mtodo 2: Como o nmero de ovos dividido por 12 ovos d o nmero de dzias de ovos, o
nmero de tomos dividido por 6,02 x 1023 tomos por mols d o nmero de mols de tomos.
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Problema Paralelo: Uma amostra de cloro gasoso contm 8,98 x 1023 tomos de Cl.
Quantos mols de tomos de cloro esto contidos nesta amostra? Resposta: 1,49 mol.
Exemplo 2.4Quantos mols de tomos de cobre esto presentes em 3,05 gramas de cobre?
(Massa atmica: Cu = 63,5.),
Soluo: Um tomo de cobre tem uma massa de 63,5 u, e assim um mol de tomos de Cu
tem uma massa de 63,5 g. Entretanto, podemos escrever a equivalncia:
Problema Paralelo: Um pedao de ouro tem uma massa de 12,6 g. Quantos mols de
tomos de ouro esto presentes? (Massa atmica: Au = 197,0.) Resposta: 0,0640 mol.
Exemplo 2.5Quantos tomos esto presentes em um pedao de enxofre tendo uma massa
de 10,0 g? (Massa atmica: S =32,1.)
Soluo: Um tomo de S tem uma massa de 32,1 u, e assim 1 mol de tomos de S tem
uma massa de 32,1 g. Entretanto, 10,0 g de S so
desde que 1 mol de tomos de enxofre consiste em 6,02 x 10 23 de S, 0,312 mols de tomos de S
consiste em:
Alternadamente, podemos realizar este clculo em uma etapa composta:
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ProblemaParalelo: Quantos tomos esto presentes em um pedao de ferro que tem uma
massa de 65,0 gramas? (Massa atmica: Fe =55,8.) Resposta: 7,01 x 10 23 tomos.
Exemplo 2.6Qual a massa de 8,46 x 1024 tomos de flor? (Massa atmica: F = 19,0.)
Soluo:
ProblemaParalelo: Uma amostra de magnsio consiste em 1,92 x 1022 tomos de Mg.
Qual a massa da amostra em gramas?(Massa atmica: Mg=24,3.) Resposta: 0,775g.
MOLS DE MOLCULASUsamos o mol no somente para quantificar tomos, mas tambm outras coisas, como por
exemplo, molculas. Poderamos citar um mol de molculas de gua, de molculas de dixido de
carbono, ou de molculas de acar. Em cada caso um mol de molculas 6,02 x 1023 molculas,
que o nmero de Avogadro de molculas.
Como podemos determinar a massa de um mol de molculas? Para cada substncia a
massa de um mol de molculas em gramas numericamente igual massa molecular. Isso
significa que cada vez que adicionamos massas atmicas para obter a massa molecular (em u), ao
mesmo tempo estamos obtendo a massa de um mol de molculas (em gramas), por serem
numericamente as mesmas.
Exemplo 2.7 Qual a massa de 1,00 mol de molculas de dixido de enxofre (SO2)?
(Massas atmicas: S =32,1; O= 6,0.).
Soluo: A massa de uma nica molcula SO2 a soma de suas massas atmicas: 32,1 u
+ 2(16,0 u), ou 64,1 u. Assim, se uma molcula de SO2tem uma massa de 64,1 u, 1,00 mol de
molculas de SO2tem uma massa de 64,1u:
Problema Paralelo: Qual massa de 0,674 mol de molculas de hexaxido de
tetrafsforo (P4O6)? (Massas atmicas: P = 31,0; O= 16,0.) Resposta: 148 g.
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MOLS DE FRMULAS UNITRIAS
Podemos quantificar frmulas unitrias pelo mol. Por exemplo, um mol de frmula
unitria de carbeto de silcio (SiC) e 6,02 x 1023 frmulas unitrias (cada uma consiste em um
tomo de Si e um tomo de C). A massa de uma frmula unitria igual soma de suas massas
atmicas (expressa em u), e a massa de um mol frmulas unitrias o mesmo nmero, mas
expresso em gramas.
Exemplo 2.8 Calcular a massa de 1,00 mal de frmulas unitrio de nitrato de potssio,
KNO3. (Massas atmicas: K =39,1; N = 14,0; O=16,0.).
Soluo: A massa de uma frmula unitria de KNO3 a soma de suas massas atmicas:
39,1 u + 14,0u + 3(16,0 u), ou 101,1 u. Portanto, a massa de 1,00 mol de frmula unitria
101,1g.
ProblemaParalelo: A frmula emprica de fosfato de sdio Na3PO4. Qual a massa de
0,146 mols de frmula unitria de Na3PO4? (Massas atmicas: Na = 23,0; P = 31,0; O = 16,0.)
Resposta: 23,9 g.
2.5A COMPOSIO ESTEQUIOMTRICA
A composio estequiomtrica, tambm chamada de frmula estequiomtrica, o estudo
da relao entre a frmula de um composto e a proporo de seus elementos constituintes.
OS SIGNIFICADOS DAS FRMULAS QUMICAS
A frmula qumica geralmente usada para representar uma substncia. Assim, por
exemplo, H2O representa a substncia gua, NaCl representa sal de cozinha, e C9H8O4, aspirina.
Qualitativamente, uma frmula simplesmente representa o nome de uma substncia.
Quantitativamente, a frmula representa uma molcula ou uma frmula unitria de uma
substncia, e esta indica o nmero de cada tipo de tomo em uma molcula ou frmula unitria.
Assim, a frmula molecular do composto nicotina, C10H14N2 indica que uma molcula de
nicotina consiste em 10 tomos de C, 14 tomos de H e 2 tomos de N. Analogamente, a frmula
emprica K2SO4 para o composto no-molecular sulfato de potssio indica que uma frmula
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unitria de sulfato de potssio consiste em 2 tomos de potssio, 1 tomo de enxofre e 4 tomos
de oxignio.
Quantitativamente, a frmula qumica tambm usada para representar um mol de
molculas ou frmulas unitrias de uma substncia. Ela descreve a composio de substncia
especificando o nmero de mols de tomos de cada elemento em um mol de molculas ou
frmulas unitrias. Assim, um mal de molculas de nicotina (C10H14N2) consiste em 10 mols de
tomos de carbono, 14 mols de tomos de hidrognio e 2 mols de tomos de nitrognio.
Analogamente, 1 mol da frmula unitria de K2SO4 consiste em 2 mols de tomos de potssio, 1
mol de tomos de enxofre e 4 mols de tomos de oxignio.
Exemplo 2.9 A frmula emprica para o carbonato de ltio Li2CO3. Uma frmula
unitria de Li2CO3 consiste em quantos tomos de cada elemento?Soluo: A partir da frmula, vemos que em uma frmula unitria de Li2CO3 h 2 tomos
de Li; 1 tomo de C e 3 tomos de O.
ProblemaParalelo: 2,3,7,8-tetraclorodibenzeno-p-dioxina um txico poderoso obtido
pela produo de certos herbicidas. Conhecido simplesmente como dioxina, tem a frmula
molecular C12H4O2Cl4. Quantos tomos de C, H, O e CI esto presentes na molcula de dioxina?
Resposta: 12 C, 4 H, 2 O e 4 tomos de Cl.
Exemplo 2.10 Em 1,00 mol da frmula unitria de Li2CO3, quantos mols de tomos de
Li, C e O esto presentes?
Soluo: A frmula mostra que 1,00 mol de frmula unitria de Li2CO3 consiste em 2,00
mols de tomos de Li, 1,00 mol de tomos de C e 3,00 mols de tomos de O.
Problema Paralelo: Em um mol de molcula de dioxina (ver acima), quantos mols de
tomos de C, H, O e Cl esto presentes? Resposta: 12,0mols de tomos de C, 4,00 mols de
tomos de H, 2,00 mols de tomos de O e 4,00 mols de tomos de Cl.
Exemplo 2.11: A frmula molecular da cafena C8H10O2N4. Em uma amostra contendo
0,150 mols de molculas de cafena, quantos mols de tomos de C, H, O e N esto presentes?
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Soluo: Em 0,150 mol de molculas de C8H10O2N4 h:
ProblemaParalelo: A frmula emprica do sulfito de sdio Na2SO3. Quantos mols de
tomos de Na, S e O esto presentes em 3,45 x 10-2 mol de frmula unitria de Na2SO3?
Resposta: 6,90 x 10-2 mol de tomos de Na, 3,45. x 10-2 mol de tomos de S e 1,04 x 10-1 mol de
tomos de O.
DETERMINAODA ANLISE ELEMENTAR A PARTIR DE FRMULAS
Dada a frmula emprica ou molecular, podemos facilmente determinar a anlise
elementar de um composto, tambm conhecida como sua composio percentual em massa.
Exemplo 2.12 O cido butrico, um composto produzido quando a manteiga se deteriora,
tem a frmula C4H8O2. Voc pode dizer se esta a frmula molecular apenas olhando-a? Qual
a anlise elementar do cido butrico?
Soluo: Comeamos encontrando o nmero de mols de tomos de C, H e O em um mol
de molcula de C4H8O2. (Realmente, embora 1 mol tome a aritmtica um pouco mais simples,
qualquer nmero de mols tambm poder ser usado.) Um mol de molculas de C4H8O2 possui 4
mol de tomos de C, 8 mol de tomos de H e 2 mol de tomos de O.
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Agora necessitamos encontrar a massa de cada uma destas quantidades. Da tabela da
peridica dos elementos, obtemos as seguintes massas atmicas: C = 12,0; H = 1,01e O = 16,0.
Destes dados, sabemos que 1 mol de tomos de C tem urna massa de 12,0 g; 1 mol de tomos de
H tem uma massa de 1,01 g; e 1 mol de O tem uma massa de 16,0 g. Agora quais massas destes
elementos esto presentes em 1 mol do composto?
Assim, a massa de 1 mol de C4H8O2 48,0 g + 8,08 g + 32,0 g + 88,1 g. Agora tudo que
precisamos fazer encontrar a contribuio percentual de cada elemento na massa de 88,1 g:
Problema Paralelo: cido oxlico, H2C2O4, um composto moderadamente txico
encontrado em ruibardo e outras plantas. Qual a anlise elementar do cido oxlico? Resposta:
2,24% H; 26,7% C e 71,1% O, em massa.
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DETERMINAO DA FRMULA EMPRICA A PARTIR DE UMA ANLISE
ELEMENTAR
Uma frmula emprica expressa as razes entre os nmeros de mols de tomos e um mol
de frmulas unitrias. Isto fornece um meio de achar a frmula emprica de um composto pela
sua anlise.
Exemplo2.13 Acredita-se que o nitrato de peroxiacetila (NPA) desempenha um papel na
formao da neblina fotoqumica. Ele tem a seguinte composio percentual em massa: 19,8% de
C; 2,5% de H; 66,1 % de O e 11,6% de N. Qual a frmula emprica do (NPA)?
Soluo: Iniciamos considerando alguma quantidade de NPA e achando quantos gramas
de C, H, O e N. esto presentes nesta quantidade. Realmente, qualquer quantidade servir porque
estamos somente procurando uma razo, porm conveniente escolher exatamente 100 g. Isto faz
com que o nmero de gramas de um elemento seja numericamente igual percentagem daqueleelemento(19,8%de 100 g 19,8 g, por exemplo.) Em 100 g de NPA h, portanto, 19,8 g de C, 2,5
g de H, 66,1 g de O e 11,6 g de N.
A seguir necessitamos encontrar o nmero de mols de cada espcie de tomos nesta
amostra de 100,0g. Desde que 1 mol de cada elemento tem uma massa que numericamente
igual a sua massa atmica, porm expresso em gramas, os nmeros de mols dos quatros
elementos so:
Agora, precisamos determinar a razo simples entre esses nmeros de mols. Esta razo
expressa os nmeros relativos de mols dos tomos de cada elemento no composto e pode ser
escrita (para C, H, O e N) como 1,65:2,5:4,13:0,829. E isto conduz a uma frmula emprica com
fraes decimais como subndices:
C1,65H2,5O4,13N0,829
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A fim de converter a razo expressa em nmeros inteiros, dividimos cada um dos nmeros pelo
menor deles; neste caso, por 0,829. [NOTA: dividindo-se todos os nmeros pelo mesmo nmero
(diferente de zero) a razo nunca muda.]
Estes nmeros podem ser arredondados dando-nos 2:3:5:1, desse modo a frmula
emprica do NPA C2H3O5N.
ProblemaParalelo: Frutose, ou acar de frutas, tem 40,0% C, 6,7% H e 53,3% O, em
massa. Qual a sua frmula emprica? Resposta: CH2O.
AS FRMULAS MOLECULARES
Se a frmula emprica de um composto molecular conhecida, ento somente um pouco
mais de informao necessria a fim de determinar a frmula molecular. Esta informao a
sua massa molecular.
Exemplo 2.14 O etano um composto molecular que tem a frmula emprica CH3. A
massa molecular' do etano determinada experimentalmente 30,1. Encontre a frmula molecular
do etano.
Soluo: A razo indicada na frmula molecular deve ser equivalente razo indicada na
frmula emprica, isto , 1:3. Isto no auxilia muito, porque a frmula molecular pode ser CH3 ou
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C2H6 ou C3H9 ou C4H12 etc. Entretanto, para cada uma destas possibilidades a molcula teria uma
massa diferente. Podemos somar as massas atmicas a fim de encontrar a massa de frmula
correspondente a cada uma das possibilidades at encontrarmos uma que concorde com a massa
molecular conhecida. Porm, este tipo de comparao de tentativa e erro no realmente
necessrio. Qualquer que seja a frmula molecular, ela deve ser algum mltiplo da frmula
emprica. Assim, a massa molecular deve ser o mesmo mltiplo da massa de frmula emprica.
Ento, tudo que necessitamos fazer dividir a massa molecular conhecida, 30,1 u/molcula, pela
massa de frmula (emprica) de CH3, 15,03 u/frmula unitria:
30,1 u/molcula = 2 frmulas unitrias/molculas15,03 u/frmula unitria
Deste resultado conclumos que h duas frmulas unitrias (unidades de CH3) emcada molcula,
assim a frmula molecular do etano precisa ser (CH3)2 ou, como normalmente escrita: C2H6.
Problema Paralelo: Frutose um composto molecular de frmula emprica CH2O. Sua
massa molecular 180,2. Qual a frmula molecular da frutose? Resposta: C6H12O6.
Comentrios Adicionais
Duas observaes podem ser feitas: primeiro, como j estabelecemos, as unidades das
massas atmicas, molecular e de frmula so normalmente omitidas para simplificar. (Umatabela de massas atmicas na qual as unidades so especificadas uma raridade.) Embora isto
parea um costume: em desuso, na prtica isto causa um pouco de dificuldade. Na declarao
"A massa molecular da gua 18", subentende-se que a unidade u.
Segundo, aps ler muitos exemplos de clculos numricos baseados nas frmulas, voc
ser tentado a resolver cada "tipo de problema" por meio de uma "rotina", acabando por
memoriz-la. Isto pode parecer prtico, porm uma armadilha; se usar este procedimento,
voc perder o real significado das frmulas qumicas, podendo ocorrer mais tarde resultados
desastrosos. Estude cada exemplo cuidadosamente: em vez de tentar meramente memorizar um
mtodo, observe a lgica do mtodo anterior e, assim que voc se deparar com um problema,
ser capaz de resolv-lo, encontrando o mtodo mais adequado.
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2.6AS EQUAES QUMICAS
Assim como os smbolos qumicos e as frmulas representam elementos e compostos, as
equaes qumicas representam as reaes. Por exemplo, considere a combusto (queima) de
carbono pelo oxignio para formar um composto dixido de carbono. Esta reao representada
pela equao:
C(s) + O2(g) CO2(g)
esquerda desta equao esto indica os reagentes, carbono e oxignio, e direita, o
produto, dixido de carbono. Usamos "O2" para o oxignio (em vez de "O"), porque ele
representa a molcula de oxignio. A equao pode ser lida: "Carbono reage (ou combina-se)
com o oxignio para formar dixido de carbono". A seta pode ser lida "forma", "produz", "reage
para formar" etc. As anotaes (s) e (g) no so absolutamente necessrias, porm servem parasuplementar a equao bsica, dando informao acerca dos estados dos reagentes e produtos. (s)
significa slido, e (g) significa gs. Outras abreviaes incluem (l) para lquido e (aq)para uma
substncia dissolvida em gua (soluo aquosa).
Os smbolos e frmulas na equao representam no somente os nomes das vrias
substncias; mas tambm tomos, molculas e frmulas unitrias. Assim, a equao anterior pode
tambm ser lida: "Umtomo de carbono combina-se com uma molcula de oxignio para formar
umamolcula de dixido de carbono".
A equao anterior est balanceada. Uma equao balanceada deve mostrar, entre
outras coisas, que os tomos so conservados na reao; todos os tomos nos reagentes devem ter
correspondentes nos produtos. Uma equao balanceada consistente com o fato de que, nas
reaes qumicas, tomos no so criados ou destru-los.
Outra equao,
CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(g),
Representa a combusto do metano (gs natural) pelo oxignio para formar dixido de
carbono e gua gasosa (vapor). Esta equao tem o coeficiente 2 tanto em O2 como em H2O a
fim de possibilitar o balanceamento da equao. (Subentende-se que o coeficiente de CH4 e CO2
1.) Sem estes coeficientes, os tomos de hidrognio e oxignio no estariam balanceados; isto ,
haveria nmeros desiguais nos lados opostos da equao.
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O BALANCEAMENTO DAS EQUAES POR TENTATIVAS
Muitas das equaes qumicas mais simples podem ser balanceadas por tentativas, como
mostram os seguintes exemplos.
Exemplo 2.15 Balanceie a equao da queima do butano, C4Hl0, pelo oxignio, para
formar dixido de carbono e gua (omitimos a notao indicando o estado para simplificar):
C4Hl0 + O2 CO2 + H2O
Soluo: Examine a equao e escolha um elemento para balancear em primeiro lugar.
Um bom procedimento iniciar com a frmula que tem o maior nmero de tomos ou o maior
nmero de elementos diferentes; neste caso, C4H10.
Etapa 1: Primeiro balanceie o carbono. Notando que h quatro tomos de carbono (em
uma molcula de C4H10) no lado esquerdo da equao e somente um no lado direito (na molcula
de CO2), comearemos colocando um 4 na frente do CO2:
C4Hl0 + O2 4CO2 + H2O
Etapa 2: Agora, olhe para o outro elemento, H, em C4H10. H 10 H tomos (em uma
molcula de C4H10) esquerda e somente 2 (em uma molcula de H2O) direita. A fim de
balancear os tomos de H, necessitamos escrever um 5 na frente de H2O porque 5 x 2 =10:
C4Hl0 + O2 4CO2 + 5H2O
Etapa3: Os tomos de oxignio so os nicos que no esto balanceados esquerda; para
serem balanceados, deve-se colocar um coeficiente apropriado em O2. Contudo, neste caso o
coeficiente precisa ser uma frao, por haver um nmero total de (4 x 2) + 5, ou 13, tomos de
oxignio direita. Entretanto, escrevemos 13/2, ou 6,5, em frente de O2.
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Etapa 4 As fraes so muitas vezes pouco prticas, por isso normalmente usamos
somente coeficientes inteiros nas equaes balanceadas. (Embora coeficientes fracionrios sejam
adequados para alguns propsitos, por enquanto, ser melhor evit-los.) Nesta equao, ento,
eliminamos o 13/2 pela multiplicao por 2:
Etapa 5 Por ltimo, checamos nosso trabalho de adio de nmero dos tomos de cada
elemento em cada lado da equao:
Problema Paralelo: Balanceie a equao para a queima do etanol (lcool de cereal),
C2H5OH, pelo oxignio para formar CO2 e H2O. Resposta: C2H5OH+ 3O2 - 2CO2 + 3H2O.
Ao balancear uma equao, uma regra importante que no deve ser esquecida: nunca
altere a frmulade um reagenteou produto durante o processo de balanceamento. Os seguintes
exemplos ilustram as conseqncias do no-cumprimento desta regra.
Exemplo 2.16 Balanceie a seguinte equao para a queima de hidrognio pelo oxignio
para formar gua:
H2 + O2 H2O
SoluoIncorreta: No correto balancear esta equao colocando-se um subndice 2
aps o O em H2O.
H2 + O2 H2O2
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Isto errado porque altera a equao, no mais descrevendo a mesma reao. Embora
balanceada, a nova equao mostra perxido de hidrognio, H2O2, em vez de gua.
SoluoCorreta: A equao ser corretamente balanceada colocando-se inicialmente um
coeficiente 2 em frente da H2O:
H2 + O2 2H2O
e ento, colocando um 2 em frente do H2, temos:
2H2 + O2 2H2O
ProblemaParalelo: xido de nitrognio, NO, reage com oxignio para formar dixido
de nitrognio. Escreva a equao para esta reao e inclua a notao, mostrando que todos os
reagentes e produtos so gasosos. Resposta: 2NO(g) + O2(g) 2NO2(g).
Comentrios Adicionais
Algumas vezes os estudantes tm a idia errnea de que so capazes de completar uma
equao quando lhes so dados somente os reagentes, imaginando quais devamser os produtos.
Isto no possvel sem um conhecimento qumico maior do que o seu neste estgio. Por exemplo,
na reao anterior NO com O2, o produto poderia ser NO2, N2O2, N2O3, N2O4 ou N2O5, os quais
sabe-se que todos existem. O produto real depende das condies s quais os reagentes so
submetidos. Voc eventualmente ser capaz de predizer os produtos de muitas reaes, mas, por
enquanto, no possvel.
2.7ESTEQUIOMETRIA DE REAES
OS SIGNIFICADOS DE UMA EQUAO QUMICA
Qualitativamente, uma equao qumica simplesmente descreve quais so os produtos e
reagentes de uma reao. Por exemplo,
4Fe(s) + 3O2(g) 2Fe2O3(s)
representa uma reao na qual o ferro reage com oxignio para formar o xido de ferro.
Quantitativamente, uma equao qumica balanceada especifica uma relao numrica das
quantidades de reagentes e produtos de uma reao. Estas relaes podem ser expressas em
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termos de quantidades microscpicas: tomos, molculas, frmulas unitrias etc., ou em
quantidades macroscpicas: mols de tomos, molculas, frmulas unitrias etc.
A equao:
4Fe(s) + 3O2(g) 2Fe2O3(s)
Realmente tem dois significados quantitativos: primeiro, que 4 tomos de ferro
combinam-se com 3 molculas de oxignio para formar 2 frmulas unitrias de xido de ferro e,
segundo, que 4 mol de tomos de ferro combinam-se com 3 mol de molculas de oxignio para
formar 2 mol de frmula unitria de xido de ferro.
Os coeficientes na equao balanceada descrevem razes fixas das quantidades dos
reagentes e produtos. Em escala atmica e molecular, a equao acima estabelece que tomos de
ferro e molculas de oxignio so consumidos, e frmulas unitrias de xido de ferro (xido deferro no um composto molecular) so formadas em uma razo de 4:3:2. Em uma escala real, a
equao estabelece que ferro e oxignio so consumidos, e xido de ferro formado em uma
razo de 4 mols de tomos de Fe; 3 mols de molculas de O 2; 2 mols de frmulas unitrias de
Fe2O3.
CLCULOS ESTEQUIOMTRICOS
Uma equao qumica balanceada expressa a quantidade qumica equivalente de reagentes
e produtos. Usando o smbolo para indicar esta equivalncia, pode-se dizer que na reao
anterior as quantidades de reagentes e produtos esto relacionadas do seguinte modo:
4 tomos Fe 3 molculas de O2 2 frmulas unitrias de Fe2O3
a partir do que obtemos os fatores unitrios:
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mais importante observar que nesta reao 4 mol de tomos de Fe 3 mol de
molculas de O2 3 mol de frmulas unitrias de Fe2O3 a partir do que obtemos os fatores
unitrios
Fatores unitrios como estes podem ser usados para calcular quantidades de reagentesconsumidas e produtos formados em reaes qumicas. Os seguintes exemplos ilustram o
procedimento.
Exemplo 2.17 Nitrognio gasoso e hidrognio gasoso combinam-se sob condies
apropriadas, para formar o composto amnia, NH3, de acordo com a equao:
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
Quantas (a) molculas de H2 so consumidas e (b) molculas de NH3 so formadas
quando 4,20 x 1021 molculas de N2 reagem?
Soluo: (a)A equao indica que uma molcula de N2 reage com 3 molculas de H2.
Assim, o nmero de molculas de H2 consumido :
(b) A equao indica que uma molcula de N2 reage para formar 2 molculas de NH3
Assim, o nmero de molculas de NH3 formado :
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ProblemaParalelo: 8,96 x 1021 molculas de H2 reagem com oxignio para formar gua
de acordo com a equao
2H2(g) + O2(g) 2H2O(g)
Quantas (a) molculas de O2 reagem e (b) molculas de H2O so formadas? Resposta: (a)
4,48 x 1021 molculas de O2; (b) 8,96 x 1021 molculas de H2O.
Exemplo 2.18Na reao
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
Quantos (a) mols de molculas de H2 so consumidos e (b) mols de molculas de NH3 so
formados quando 1,38 mols de molculas de N2 reage?Soluo: (a) A equao indica que 1 mol de molculas de N2 combina-se com 3 mol de
molculas de H2. Assim, o nmero de mols de molculas de H2 consumido
(b) A equao indica que 1 mol de molculas de N2 reage para formar 2 mol de molculas
de NH3 Assim, o nmero de mols de molculas de NH3 formado :
ProblemaParalelo: Na reao:
C2H4(g) + 3O2(g) 2CO2(g) + 2H2O(g)
Quantos (a) mols de molculas de O2 so consumidos e (b) mols de molculas de H2O so
formados quando 4,16 x 10-2 mol de molculas de C2H4 reagem? Resposta: (a) 1,25 x 10-1 mol
de molculas de O2; (b) 8,32 x 10-2 mol de molculas de H2O.
Exemplo 2.19 Quando o sulfeto de chumbo, PbS, e o xido de chumbo, PbO, so
aquecidos juntos, os produtos so chumbo metlico e dixido de enxofre, SO2:
PbS(s) + 2PbO(s) 3Pb(l) + SO2(g)
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Se 14,0 g de xido de chumbo reagem de acordo com a equao acima, quantos (a) mols
de tomos de chumbo, (b) gramas de chumbo, (c) tomos de chumbo e (d) gramas de dixido de
enxofre so formados? (Massas atmicas: Pb =207; S = 32,1; O=16,0).
Soluo: Para cada uma destas quatro partes, devemos usar a equao balanceada, e como
a equao estabelece uma relao quantitativa em termos de mais,precisamos primeiro encontrar
quantos mols de xido de chumbo esto presentes antes da reao. Somando-se as massas
atmicas do chumbo (207) e oxignio (16,0), encontramos a massa de frmulas do xido de
chumbo que 223. (Um mol de frmulas unitrias de xido de chumbo tem uma massa de 223
g.) Portanto, 14,0 g de PbO :
(a) A equao balanceada indica que cada 2 mol de frmulas unitrias de PbO formam 3
mol de tomos de Pb. Ento 6,28 x 10-2 mol de frmulas unitrias de PbO forma:
(b) A massa atmica do chumbo 207; ento, sabemos que 1 mol de tomos de Pb tem
uma massa de 207 g. Assim, 9,42 x 10 -2 mol de tomos de Pb tem uma massa de:
(d) A equao balanceada indica que cada 2 mol de frmulas unitrias de PbO forma 1
mol de molcula de SO2. Ento, 6,28 x 10-2 mol de frmulas unitrias de PbO formam:
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A massa molecular do SO2 32,1 + 2(16,0), ou 64,1; ento, 1 mol de molculas de SO 2
tem massa de 63,1 g. Assim, 3,14 x 10-2 mol de molculas de SO2 tem uma massa de:
ProblemaParalelo: Quando sulfeto de hidrognio, H2S, queima em excesso de oxignio,
os produtos so gua e dixido de enxofre. Se 16,0g de gua formada em tal reao, quantos (a)
mols de molculas de O2, (b) molculas de O2, (c) gramas de O2 so consumidos? (d) quantos
gramas de H2S so consumidos? Resposta: (a) 1,33 mol de molculas de O2; (b) 8,03 x 1023
molculas de O2; (c) 42,7 g de O2; (d) 30,3 g de H2S
A ANLISE DE COMBUSTOOs dados para determinar a frmula emprica de um composto so geralmente obtidos por
uma tcnica conhecida como anlisedecombusto. Neste mtodo, o composto queimado, e as
quantidades de produtos da reao de combusto so medidas. Os clculos so lustrados no
exemplo seguinte.
Exemplo 2.20Xileno uma substncia composta somente de carbono e hidrognio. Uma
amostra de xileno foi queimada em excesso de oxignio e este produziu somente como produtos
33,4 g de CO2 e 8,55 g de gua. Determine (a) a anlise elementar (composio percentual em
massa) e (b) a frmula emprica do xileno.
(a) Primeiro, somando-se as massas atmicas, obtm-se a massa molecular do CO2
Calcularemos o nmero de mols de molculas de CO2 e H2O formados:
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Da frmula de CO2, cada mol de molculas de CO2 contm um mol de tomos de C.
Analogamente, a mol de H2O contm 2 mol de tomos de H. Ento, o nmero de mols de tomos
de C e de H nos produtos CO2 e H2O e tambm originalmente no xileno so:
Como nenhum outro elemento est presente no xileno, a massa total da amostra original
deve ser 9,11 g + 0,960 g = 10,07g. A anlise do composto , portanto:
(b) Em seqncia, para determinar a frmula emprica, tomemos a razo do nmero de
mols de tomos de C para o nmero de mols de tomos de H, j determinada:
0,759 para 0,950
Para simplificar tal razo dividimos, ambos os nmeros pelo menor, transformando a
razo para um equivalente:
51,00 para 1,25 ou 1 para 4:
Ento, multipliquemos ambos os nmeros por 4 para remover a frao, e obteremos:
4 para 5
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Como esta a razo de mols de tomos de carbono e de hidrognio, a frmula emprica
C4H5.
Problema Paralelo: O naftaleno, que tem sido usado como conservante, composto
completamente de carbono e hidrognio. Quando uma amostra de naftaleno foi queimada, 19,6 g
de CO2 e 3,20 g de H2O foram produzidos. Qual (a) a composio percentual e (b) a frmula
emprica do naftaleno? Resposta: (a) 93,7% de C e 6,30% de H; (b) C 5H4.
PROBLEMAS COM REAGENTES LIMITANTES
Vimos que os coeficientes em uma equao balanceada indicam a relao de nmeros de
mols das espcies dos reagentes e produtos. A razo entre o nmero de mols de molculas de
hidrognio e oxignio na reao2H2(g) + O2(g) 2H2O(g)
2:1. Esta razo chamada razo estequiomtrica dos reagentes. Esta razo ,
naturalmente, fixa; se uma quantidade adicional (um excesso) de qualquer um dos reagentes
estiver presente alm da razo estequiomtrica, o excesso permanecer sem reagir. Por exemplo,
se 2,5 mol de molculas de H2 e 1,0 mol de molculas de O2 estiverem presentes no incio da
reao anterior, somente 2,0 mol de molculas de H2 reagiro, deixando 0,5 mol sem reagir.
Neste caso, o oxignio o reagente limitante, devido quantidade de gua formada ser limitada
pela quantidade de oxignio presente, no pelo hidrognio. O hidrognio encontra-se em excesso.
Se comeamos com 2 mol de molculas de H2 e 1,5 mol de molculas de O2, o H2 seria o
reagente limitante e o O2 presente estaria em excesso:
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O reagente limitante pode ser prontamente identificado por comparao da razo de mols
de molculas de reagentes realmente presentes coma razo estequiomtrica indicada na equao.
Considerando novamente a reao entre hidrognio e oxignio:
Se 0,468 mol de molculas de H2 de 0,221 mol de molculas de O2 so misturados ereagem, a real razo de reagentes :
O numerador na razo real do reagente maior do qu a razo estequiomtrica, por estar
presente mais H2 do que necessrio para reagir com todo O2 presente. Em outras palavras, H2
est presente em excesso, e O2 o reagente limitante.
Se, por outro lado, 0,372 mol de molculas de H2 e 0,194 mol de molculas de O2 esto
presentes, ento a razo real de reagentes :
E, assim, esta menor do que a razo estequiomtrica de 2/1, ou 2; isto significa que o,
denominador na razo real foi "muito grande", indicando um excesso de O2. Neste caso H2 o
reagente limitante.
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Uma vez identificado o reagente limitante, a quantidade deste (em mols) pode ser usada
para calcular as quantidades dos produtos formados.
Exemplo 2.21 3,65 g de H2 e 26,7 g de O2 so misturados e reagem. Quantos gramas de
H2O so formados? (Massas atmicas: H =1,01; O=16,0.)
Soluo: Como a equao balanceada
2H2(g) + O2(g) 2H2O(g)
a razo estequiomtrica (H2 para O2) 2/1, ou 2. Usando as massas moleculares de H2 (2 x 1,01=
2,02) e O2 (2 x 16,0= 32,0), encontramos o seguinte nmero de mols de molculas de cada
reagente realmente presente:
A razo de mol :
Visto que a razo maior do que 2, podemos observar que o H2 est presente em excesso.
Como O2 um reagente que limita a formao de H2O, todas as molculas (0,834 mol) so
usadas, Agora podemos determinar quantos gramas de gua so formados. Primeiro, encontramos
o nmero de mols de molculas de H2O formado:
Ento, usando a massa molecular de H2O [2(1,01) + 66,0 =18,0 ], calculamos a massa de gua
formada:
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ProblemaParalelo: Termita uma mistura de alumnio e xido de ferro (Fe2O3). Quando
aquecida a uma temperatura suficientemente alta, reage com uma exibio pirotcbica
espetacular para formar ferro fundido (lquido) e xido de alumnio slido (AlO 3). Se uma
mistura de 10,0 g de Al e 50,0 g de Fe2O3 reage, quantos gramas de ferro so produzidos?
(Massas atmicas: Fe = 55,8; Al = 27,0; O = 16,0.) Resposta: 20,7g.
A ESTEQUIOMETRIA DE SOLUO
At agora, consideramos a estequiometria de reaes que usa substncias puras como
reagentes e produtos. Reaes que ocorrem em solues so tambm muito comuns.
O SOLUTO E O SOLVENTE
Muito freqentemente, um componente de uma soluo apresenta-se em uma quantidademuito maior do que a dos outros componentes. Este componente chamado solvente e cada um
dos outros componentes chamado soluto. Por exemplo, aps dissolver um grama de acar
(uma quantidade relativamente pequena) em um litro de gua (uma quantidade relativamente
grande), referimo-nos gua como o solvente e ao 'acar como o soluto. Por serem muito
comuns, as solues onde o solvente gua so chamadas soluesaquosas.
A CONCENTAO MOLAR (OU SOMENTE CONCENTRAO)
A composio de uma soluo expressa pela concentrao de um ou mais de seu
componentes. Muitas unidades de concentrao so comumente usadas; uma familiar :
percentagem em massa, tambm freqente e incorretamente chamada de "percentagem peso".
Uma garrafa de vinagre, por exemplo, poderia especificar em seu rtulo "5% significando que
5% da massa de alguma amostra de vinagre consiste no composto de cido actico, o soluto
principal. (Os outros 95% consistem principalmente em H2O)
Em qumica, a unidade de concentrao mais importante a concentrao molar, ou
molaridade, simbolizada por M (recomenda-se mol/L). Indica o nmero de mols de soluto
adicionado ao solvente em quantidade suficiente para completar um litro (um decmetro cbico)
de soluo. Ou,
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Se 1,0 L de uma soluo foi preparado pela dissoluo de 1,0 mol de cloreto de sdio,
NaCl, isto significa que esta "uma soluo de cloreto de sdio 1,0 mol/L" e abrevia-se
como"1,0 M de NaCl."
Comentrios Adicionais
Um ponto que pode causar alguma confuso que M no usado somente como uma
abreviao para a palavra molaridade, mas tambm para indicar sua prpria unidade, "molar".
Note que especificamente "0,1 M no se l "0,1 mo1aridade, mas preferencialmente "0,1
molar".
Exemplo 2.22 Uma soluo tem um volume de 0,250 L e contm 26,8 g de cloreto de
clcio, CaCl2 Qual a concentrao molar do CaCl2? (Massas atmicas: Ca=40,1; Cl=35,5.).Soluo: Primeiro necessitamos encontrar o nmero de mols de CaCl2 usando sua massa
de frmula [40,1 + 2(35,5 )] = 111,1], encontramos:
Ento, aplicando a definio de molaridade:
Problema Paralelo 126 g de cloreto de sdio so adicionados em uma quantidade de
gua suficiente para preparar 793 cm3 de soluo. Qual a concentrao molar do NaCl? (Massas
atmicas: Na = 23,0; Cl = 35,5.) Resposta: 2,72 mol/L.
Por duas razes j mencionadas, a molaridade usualmente a unidade de concentrao
mais utilizada. A primeira est na facilidade em se preparar uma soluo de molaridade
conhecida pela pesagem do soluto, e ento preparar a soluo usando um balo volumtrico (um
recipiente de volume exato conhecido). A Figura 2.5 apresenta um balo desse tipo. O soluto
inicialmente dissolvido em uma quantidade moderada de solvente. Assim, apenas uma
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quantidade suficiente de solvente adicionada para levar o nvel do lquido at a marca no
pescoo do balo; com isso o volume da soluo fica definido precisamente.
Exemplo 2.23 Quantos gramas de nitrato de sdio, NaNO3, precisam ser usados para
preparar 5,00 x 102 mL de uma soluo 0,100 mol/L? (Massas atmicas: Na = 23,0; N =14,0; O =
16,0.)
Soluo: Primeiro calculamos o nmero de mols de NaNO3 necessrio. Como 5,00 x 102
mL 0,500 L (lembre-se: 1 L = 103 mL),
(0,100 mol/L) (0,500 L) =5,00 x 10-2 mol
A massa de frmula de NaNO3 23,0 + 14,0 + 3(16,0) = 85,0, e assim a quantidade de NaNO3
necessria
ProblemaParalelo: Quantos gramas de cloreto de magnsio, MgCl, so necessrios para
preparar 2,50 x 102mL de soluo 0,240 mol/L? (Massas atmicas: Mg=24,3; Cl = 35,5.)
Resposta: 5,72 g.
Uma segunda razo para usar a concentrao molar que, quando transferimos um
volume definido de uma soluo de molaridade conhecida, podemos facilmente calcular quantos
mols de soluto esto distribudos. Um aparelho conveniente para transferir uma amostra de
volume conhecido a pipeta (Figura 2.6). Com a pipeta, um volume pr-determinado de soluo
pode ser transferido.
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Figura 2.5 o uso de um balo volumtrico na preparao de uma soluo de molaridade
conhecida (a) Balo volumtrico vazio. (b) Adio de uma quantidade de soluto conhecida. (c)
Adio de solvente, com o balo tampado invertido vrias vezes para dissolver o soluto. (d)Nvel
da soluo elevado at a marca no pescoo do balo pela adio de mais solvente, e invertido obalo novamente para mistura final.
Exemplo 2.24Um volume de 10,00 cm3 de 0,1738 mol/L de NaCl foi transferido por uma
pipeta. Quantos mols de NaCl foram transferidos?
Soluo: 10,00 cm3 10,00 mL Em litros, isto 1,000 x 10 -2 L. A soluo contm 0,1738
mol de NaCl por litro. O nmero de mols transferidos foi ento:
(0,1738mol/L)(1,000 x 10-2L) = 1,738 x 10-2mol
Problema Paralelo: 25,0 mL de uma soluo 0,485 mol/L de sulfato de sdio, Na2SO4,
foi pipetado em um bquer. Quantos gramas de Na2SO4 foram transferidos? (Massas atmicas:
Na = 23,0; S= 32,1; O = 16,0.) Resposta: 1,72g.
DILUIO
Dois termos geralmente usados para descrever solues so concentrado e diludo. Uma
soluo concentrada apresenta uma concentrao alta de soluto; uma soluo diluda apresenta
uma concentrao baixa. A palavra diluio usada quando uma soluo pode ser mais diluda
pela adio de mais solvente.
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Figura 2.6Uma pipeta de transferncia.
Comentrios Adicionais
No dia-a-dia costuma-se usar as palavras "forte" e "fraco" com o sentido de concentrado
e diludo, respectivamente. Entretanto, forte e fraco tm diferentes significados em qumica,
como se ver na Seo 11.6
Exemplo 2.2550,0 mL de uma soluo aquosa de nitrato de potssio, KNO3, 0,134 mol/L
diluda pela adio de uma quantidade de gua suficiente para aumentar seu volume para 225
mL. Qual a nova concentrao?
Soluo: Em litros, o volume original 0,0500 L. O nmero de mols de KNO3 em
soluo no muda com a adio de gua. Isto ,
(0,134 mol/L)(0,0500 L) =6,70 x 10-3 mol
Como o novo volume 225 mL, ou 0,225 L, a nova concentrao :
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Note que em um problema de diluio, concentrao e volume so inversamente proporcionais.
(Por exemplo, se o volume duplica, a concentrao cai para a metade.) Ento, podemos escrever
para um; diluio:
No caso do problema acima, esta torna-se:
Comentrios Adicionais
Um problema como este mostra que a concentrao final menor que a concentraoinicial. Diluio por adio de solvente no causa umaumento na concentrao do soluto.
Problema Paralelo: 50,00 cm3 de uma soluo aquosa de sulfito de sdio, Na2SO3,
0,6219 mol/L diluda com gua at um volume final de 80,00 mol/L. Qual a concentrao
final? Resposta: 0,3887 mol/L.
OS CIDOS E AS BASESOs cidos e as bases so duas importantes classes de compostos qumicos. (As bases so
conhecidas tambm como lcalis, um nome antigo.) Provisoriamente os definimos como segue:
Um cido um composto capaz de fornecer ons de hidrognio, H+,em soluo aquosa.
Um cido reage com uma base. Uma base um composto capaz de fornecer ons hidrxidos,
OH em soluo aquosa. Uma base reage com um cido.
Um on um tomo ou grupo de tomos que carrega uma carga eltrica. Estudaremos
como os ons podem ser formados nas Sees 5.1 e 7.3.
REAES DE NEUTRALIZAAO
Em uma reao cido-base, ou reao de neutralizao, ons hidrognio de um reagente
cido com ons hidrxido de uma base formam gua ou
H+ (aq) + OH- (aq) H2O
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A gua um produto em todas as reaes de neutralizao. Consideremos a neutralizao
que ocorre quando solues aquosas de cidos clordrico, HCl, e hidrxido de sdio, NaOH, so
misturadas. A equao para a reao pode ser escrita na suposta forma molecular:
HCl(aq) + NaOH(aq) H2O + NaCl(aq)
Nesta reao, um mol de ons H+ (do HCl) combina-se com um mol de ons OH- (do
NaOH) para formar um mol de molculas de H2O. Neste caso, a razo estequiomtrica do HCl
para NaOH 1:1.
A situao diferente no caso da reao de cido clordrico com hidrxido de brio,
Ba(OH)2,
2HCl (aq) + Ba(OH)2(aq) 2H2O + BaCl2 (aq)
Desta vez a razo estequiomtrica (cido para base) ser 2:1. Em algumas reaes, de
neutralizao, um H+ (do cido) combina-se com um OH- (da base) para formar uma molcula de
H2O. Daqui pode-se ver que a razo estequiomtrica (mols de cido para mols de base)
determinada pelo nmero de ons de H+ reagentes por molculas de cido, e ons de OH- por
frmulas unitrias de base. Na equao anterior, duas molculas de HCl so necessrias para
fornecerdois ons H+ necessrios para combinarem-se com dois. ons OH- fornecidos poruma
nica frmula unitria Ba(OH)2
TITULAO
As reaes de neutralizao so importantes em um procedimento de laboratrio
conhecido como titulao cido-base, no qual a concentrao molar de um cido em uma
soluo aquosa determinada pela adio vagarosa de uma soluo bsica de concentrao
conhecida na soluo do cido. (As funes do cido e da base podem ser invertidas; ver a
seguir.)
Uma soluo de cido comumente transferida com uma pipeta e, assim, seu volume
conhecido. A soluo da base usualmente transferida por um tubo de medio chamado bureta,
e a adio desta soluo interrompida no ponto em que o nmero de mols de ons H + do cido
igual ao nmero de mols de ons OH- da base, que foram misturados. (Ver Figura 2.7.) A isto
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denominamos ponto de equivalncia, geralmente observado por uma mudana de cor de um
composto, chamado indicador, uma pequena quantidade que, foi adicionada previamente na
mistura reagente. No ponto de equivalncia, a razo do nmero de mols de cidos no incio para
mols da base que foi adicionada igual razo estequiomtrica. A bureta permite medir o
volume de base adicionado, e esse volume, juntamente com a concentrao da soluo de base e
o volume da soluo de cido, permite calcular a concentrao da soluo de cido.
Como mencionado anteriormente, o papel do cido e da base pode ser invertido, isto , a
concentrao de uma soluo pode se determinada por titulao com uma soluo de cido de
concentrao conhecida. Quando a titulao cido-base concluda, no ponto de equivalncia,a
quantidade de mols,de cido e base que est misturada encontra-se em um razo
estequiomtrica.
Exemplo 2.26 25,00 mL de uma soluo de cido sulfrico, H2SO4, de concentrao
desconhecida, titulada com uma soluo de hidrxido de sdio, NaOH, 0,1200 mol/L. A reao
pode ser representada pela equao "molecular":
Se so necessrios 38,14 mL de soluo NaOH para atingir o ponto de equivalncia, qual
a concentrao molar do cido?
Soluo: O nmero de mols de base que reagiu encontrado pela multiplicao da
molaridade da base pelo seu volume em litros:
A razo estequiomtrica (cido para base ) quando obtida da equao 1:2. Em outras palavras,
de onde obtemos o fator unitrio
e usa-se este para encontrar o nmero de mols de H2SO4 usado:
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Ento, para encontrar a molaridade do cido original, dividimos este nmero de mols pelo
volume da soluo original na qual foi dissolvido. (25,00 mL, ou 0,02500 L);
Problema Paralelo: 15,00 mL de uma soluo de hidrxido de brio, Ba(OH)2, so
exatamente neutralizados por 31,40 mL de cido clordrico 0,1428 mol/L. A reao na titulao
pode ser escrita:
Qual a concentrao da base? Resposta: 0,1495 mol/L.
Comentrios Adicionais
Nossas definies de cido e base so preliminares. Mais detalhes sobre solues, cidos, bases
e neutralizao sero vistos nos Captulos 11,12 e 15.
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2.9O MOL: COMENTRIOS ADICIONAIS
ATERMINOLOGA DE MOLS DE COISAS DIFERENTES
O conceito de mol simples, conveniente e importante. At agora, temos sido cuidadosos,
em especificarem palavras a unidade contida por um mol. Assim, falamos de 4,14 mol de
molculas de hidrognio; 6,28 x 10-2 mol de frmulas unitrias de xido de chumbo, 3 mol de
tomos de ferro etc. Desta vez podemos tranqilamente simplificar nossa terminologia. Se j
escrevemos a frmula da entidade que est contida pelo mol, podemos desprezar este nome.
Usando as quantidades anteriores, por exemplo, pode-se escrever 4,14 mol de H2, 6,28 x 10-2 mol
de PbO e 3 mol de Fe. Note que importante escrever a frmula da substncia, no o seu nome.
Por exemplo, suponha que voc tenha escrito ou dito "um mol de hidrognio". No h maneira
de saber se significa 1 mol de tomos de H ou um mol de molculas de H2. Uma expresso tal
como "um mol de hidrognio" vaga.
Nota: Deste ponto em diante, omitimos termos tais como tomos, molculas e frmulas
unitrias quando quantidades forem especificadas por mol. Fazer isto uma prtica comum.
O TAMANHO DE UM MOL
Quanto um mol? Ambas as palavras mol e molculas tm sua origem na palavra latina
moles, que significa "poro" ou "quantidade". importante compreendermos quanta matria
est presente em um mol de alguma coisa. Um mol de gua lquida, por exemplo, uma
quantidade menor do que uma colher cheia; um mol de gs de nitrognio (N2) inflar um balo
com um dimetro de aproximadamente 14 polegadas; um mol de acar de cana(C12H22O11)
aproximadamente 3/4de uma libra. Ummolde cada elemento consiste em 6,02 x 1023 molculas.
Note que o nmero de Avogadro incrivelmente grande, impossvel de compreender ou
visualizar. maior, por exemplo, do que o nmero de gros de areia de todas as praias do mundo.
Um nmero de Avogadro de moedas tem uma massa de aproximadamente 2 x 1018 (isto , 2
septilhes) de toneladas. Se o nmero de Avogadro de folhas de papel de arroz com somente um
milsimo de polegada de espessura for posicionado em uma nica pilha, sua altura ser 100
milhes de vezes maior do que a distncia da Terra ao Sol.
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2.10 NOMENCLATURA QUMICA: PRIMEIRO CONTATO
Neste captulo demos nomes e frmulas para muitos compostos qumicos. O nmero de
compostos conhecidos excede 10 milhes, e embora haja um caminho sistemtico para
denomin-los, ns nos demoraremos em uma discusso mais profunda da nomenclatura qumica
posteriormente neste livro. Por ser importante comear a associar a frmula com a sua
nomenclatura, uma breve introduo nomenclatura ser dada.
NOMES TRIVIAIS E SISTEMTICOS
Na prtica, dois tipos de nomes so usados para identificar compostos: nomes triviais
(tambm chamados nomes comuns) e nomes sistemticos. Um nome trivial aquele que ganhou
uma aceitao de uso comum por um considervel perodo de tempo, porm no concorda com o
conjunto de regras sistemticas. Sal de cozinha, carborundum, gelo seco, amnia e cal virgem sotodos nomes comuns. Em contraste, os nomes sistemticos dos produtos qumicos obedecem a
um conjunto de regras que atualmente so recomendadas pela International Union of Fure and
Applied Chemistry (Unio Internacional de Qumica Pura e Aplicada), ou IUPAC. O nome
sistemtico para um composto geralmente ligado sua frmula, assim, um nome pode ser
determinado a partir de outro.
OS COMPOSTOS BINRIOS
Um composto binrio formado somente por dois elementos. Seu nome sistemtico
consiste em duas palavras: o nome de um elemento seguido pelo nome do outro, modificando a
terminao para eto.
Compostos Binrios Metal No-Metal Compostos binrios que consiste em um no
metal, tal como sdio, combinado comum metal, tal como cloro so denominados primeiro dando
o nome do no metal com a terminao eto seguido pelo nome do metal. Na frmula de tal
composto, o smbolo do elemento metlico colocado primeiro. Assim, o composto formado de
sdio e cloro denominado cloreto de sdio (NaCl). Note que, quando "cloro" transformado em
"cloreto", somente a raiz da palavra original permanece. Isso tambm ocorre com o "iodo", que
torna-se "iodeto", e assim por diante. Os nomes sistemticos e frmulas de alguns compostos
binrios de metal-no-metal so dados na Tabela 2.2.
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Compostos Binrios No-Metal-No-Metal. Alguns compostos binrios consistem em
dois elementos no-metlicos: um dos dois ser mais metlico em suas propriedades do que o
outro. (Discutiremos propriedade metlicas e no-metlicas no Captulo 7.) Estes compostos, so
denominados primeiro pelo elemento menos metlico, adicionando-se eto raiz do nome, como
anteriormente, seguido pelo nome do elemento mais metlico.
Em portugus, compostos binrios de metal-no-metal, em que o no-metal o oxignio, tm seu nome iniciando-se
pela palavra xido, seguido pelo nome do metal.
Assim, o nome sistemtico para um composto de nitrognio e oxignio que tem a frmula
NO xido de nitrognio. (O oxignio menos metlico que o nitrognio.)
Como voc pode decidir qual dos dois elementos mais metlico e qual menosmetlico? Ao longo de uma linha horizontal na tabela da esquerda para a direita, os elementos
tomam-se geralmente menos metlicos (e, assim, mais no-metlicos). Para uma mesma coluna
vertical na tabela peridica, os elementos tomam-se mais metlicos no sentido de cima para
baixo?
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113
Quando um par de no-metais combinam-se em mais de uma razo de tomos alm de
1:1, prefixos gregos so usados no nome do composto resultante para identificar o nmero
relativo de tomos presentes. O prefixo mais importante e os seus nmeros esto representados
OS COMPOSTOS TERNRIOS CONTENDO OXIGNIO
Os compostos de trs elementos, compostos ternrios, geralmente consistem em um
metal, iniciando a frmula, combinado com um segundo elemento e oxignio. Os ltimos dois
elementos constituem um grupo, que recebem nome especial, o qual deve ser memorizado. Os
nomes destes compostos so formados primeiro pelo nome do grupo seguido pelo nome do
metal. Por exemplo, no composto de sdio, nitrognio e oxignio que tem a frmula NaNO3, o
grupo de um tomo de N mais 3 tomos de O, que NO3, chamado nitrato, e o composto
denominado nitrato de sdio.Na palavra nitrato; o nitrnos diz que nitrognio est presente, e o
atoindica a presena de oxignio. Similarmente, Na2SO4 denominado sulfato de sdio. (SO4
o grupo sulfato.).
Quando for possvel formar dois compostos temrios contendo oxignio diferindo
somente no nmero de tomos de oxignio, indicados na frmula, ento o sufixo atoser usado
para o composto com mais tomos de oxignio, e itopara o de menor nmero de tomos de
oxignio. Assim, NaNO2 denominado nitrito de sdio: (Compare com NaNO3 acima.)
Exemplos de alguns compostos temrios, contendo oxignio, so dados na Tabela 2.4.
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114
OS CIDOS E AS BASES
A frmula de um cido usualmente escrita com os tomos de hidrognio reativos
primeiro, como no HCl e H2SO4. Um cido, particularmente um cido binrio, pode ser
denominado como outros compostos. (Por exemplo, HCl cloreto de hidrognio.) Contudo,
cidos so mais comumentes denominados como cidos da seguinte maneira sistemtica: cidos
binrios so denominados iniciando-se primeiro com a palavra cido seguida pela raiz do nome
segundo elemento acrescida do sufixo drico. Assim, HCl denominado cido clordrico.
Comentrios Adicionais
De acordo com as recomendaes da IUPAC, os prefixos na Tabela 2.3 podem tambm
ser usados em compostos metal-no-metal, mas geralmente no so necessrios, como veremos
adiante.
cidos ternrios contendo oxignio so denominados iniciando-se com a palavra cido
seguida da raiz do nome do principal elemento do composto acrescido do sufixo ico ou oso.
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Assim, H2SO4 cido sulfrico, e H2SO3 cido sulfuroso. O sufixo ico indica mais tomos de
oxignio por molcula, e oso, menos. (Abordaremos mais extensamente o significado destes
sufixos posteriormente.)
As bases so denominadas apenas como se fossem compostos binrios, com a palavra
hidrxido seguida do nome do elemento metlico no composto. Assim, NaOH hidrxido de
sdio, e Ca(OH)2 hidrxido de clcio. Alguns exemplos de cidos e bases, suas frmulas e
nomes so dados na Tabela 2.5.
Comentrios Adicionais
Consideremos novamente o composto nitrato de sdio, NaNO3. Neste composto, o grupo
de 1 tomo de nitrognio e 3 tomos de oxignio o on nitrato. Este pode ser escrito como NO3-
o sinal de menos significa que o grupo tem uma carga eltrica negativa.
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Esta foi uma breve introduo nomenclatura qumica. Mais tarde suplementaremos esta
introduo dando regras e comentrios nas sees Notas de Nomenclatura.
RESUMO
A estequiometria um estudo quantitativo da composio de substncias qumicas
(compostos, frmulas, estequiometria) e das substncias consumi das e formadas em reaes
qumicas (reao, equao, estequiometria).
Uma frmula qumica usada no somente para representar o nome de um composto, mas
tambm para indicar sua composio em termos de (1) nmero relativo de tomos e (2) nmero
relativo de mols de tomos.
Uma frmula molecular mostra (1) o nmero de tomos em uma molcula da substncia e
(2) o nmero de mols de tomos em um mol de molculas.Uma frmula emprica indica somente a razo de (1) tomos e (2) mols de tomos no
composto. A frmula emprica de um composto pode ser determinada de sua anlise elementar.
Em seqncia para determinar a frmula molecular de um composto, a massa molecular precisa
ser tambm conhecida.
As massas atmicas so normalmente especificadas em unidades conhecidas como
unidades de massa atmica (u), onde um u definido exatamente como 1/12 da massa do istopo
de carbono mais comum. A soma das massas de tomos em uma molcula chamada massa
molecular, e normalmente dada em u. A soma de massas de tomos, indicados em uma frmula
chamada massa de frmula, e a mesma que a massa molecular se o composto formado de
molculas (e uma frmula unitria ento uma molcula).
Um mol de objetos o nmero de Avogadro de objetos (tomos, molculas etc.), onde o
nmero de Avogadro (para trs algarismos significativos) 6,02 x 1023. A massa de um mol de
tomos (ou molculas ou frmula unitria) igual numericamente massa atmica (ou molecular
ou de frmula), mas expressa em gramas.
As equaes qumicas especificam no somente as identidades das substncias
consumidas e formadas em uma reao, mas tambm as quantidades relativas destas substncias
em termos de (1) tomos, molculas e frmulas unitrias e de (2) mols destas identidades. Uma
equao qumica balanceada demonstra que todos os tomos presentes nos reagentes esto
quantificados para dar os produtos; tomos no so criados nem destrudos em uma reao. As
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razes estequiomtricas entre os mols de reagentes indicados em uma equao balanceada so
teis na determinao de qual substncia completamente consumida (o reagente limitante) e
qual(is) substncia(s) est (esto) em excesso.
Molaridade uma expresso de concentrao de um soluto em uma soluo. Esta
definida como o nmero de mols de soluto por litro de soluo e til nos clculos
estequiomtricos para reaes que ocorrem em soluo. Um importante tipo de reao em
soluo a cido-base, ou reao de neutralizao.No laboratrio, tais reaes so bsicas para
titulaes cido-base, nas quais a concentrao de um cido ou base pode ser experimentalmente
determinada.
A nomenclatura qumica sistemtica fornece um modo de denominar substncias
qumicas e de relacionar o nome da substncia com sua frmula. Neste captulo foi fornecida uma
rpida introduo destes tpicos.
PROBLEMAS
Nota: Voc precisar dos valores de massas atmicas para responder a alguns dos
seguintes problemas, assim como muitos daqueles que esto no fim dos prximos captulos.
Utilize a tabela peridica dos elementos.
tomos e Mols de tomos
* 2.1 Indique com 3 algarismos significativos as massas de cada um dos itens seguintes
em unidade de massa atmica:
(a) 1 tomo de carbono,
(b) 1 tomo de ouro,
(c) 200 tomos de cloro,
(d) 6,02 x 1023 tomos de magnsio.
* 2.2 Calcule a massa atmica do elemento X, dado que 2,02 x l0 6 tomos de X tm uma
massa de 1,70 x 108 u.
.
* 2.3 Com 3 algarismos significativos, qual a massa em gramas de cada um dos itens
seguintes?
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(a) 1 mol de tomos de Cl,
(b) 1 mol de tomos de Ag,
(c) 3,46 mols de tomos de enxofre,
(d) 6,02 x 1023 tomos de clcio.
* 2.4 Se um mosquito tem uma massa de 4,0 x 10-3 gramas, qual :
(a) a massa em gramas de 1,0 mol de mosquitos?
(b) a massa em u de um mosquito?
* 2.5 (a) Qual a massa em gramas de um tomo de ferro?
(b) Qual a massa em gramas de 1,0 mol de tomos de Fe?
(c) Quantos mols de tomos de Fe esto presentes em 0,150 g?(d) Quantos tomos de ferro esto presentes em 0,150 g?
2.6 Calcule a massa atmica do elemento Z, dado que 2,14 x 10 -3 mol de tomos de Z tm
uma massa de 9,11 x 10-2 g.
* 2.7 Quantos tomos esto presentes em:
(a) 27,0 g de Al?
(b) 23,0 g de Cr?
(c) 146 g de Lu?
(d) 0,00143 g de Mg?
Molculas, Frmulas Unitrias e Mols.
* 2.8 Qual a massa de cada um dos seguintes itens em gramas?
(a) 1,00 mol de tomos de Cl,
(b) 1,00 mol de molculas de Cl2,
(c) 6,00 mol de tomos de P,
(d) 6,00 mol de molcula de P4,
(e) 0,300 mol de frmulas unitrias de AlBr3.
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* 2.9 Quantos mols esto presentes em cada item?
(a) 52,0 g de Cr,
(b) 44,0 g de CO2
(c) 1,00 g de CH4
(d) 122 g de C6H12O6
* 2.10 Qual a massa expressa em gramas de:
(a) 0,475 mol de NO2
(b) 8,85 x 1022 molculas de NO2,
(c) 1 molcula de NO2
2.11 Expresse a massa de 0,600 mol de molculas de CBr4 em:(a) gramas,
(b) u.
2.12 Qual a massa molecular de um composto em u, se uma de suas molculas tem uma
massa de 4,08 x 10-23 g? .
Estequiometria de Compostos
2.13 Em cada um dos itens est escrita corretamente a frmula molecular. Escreva a
frmula emprica em cada caso:
(a) H2O2,
(b) P4O6,
(c) H2C2O4
(d) C6H14
(e) S8
2.14 Uma amostra de um certo composto contm 6 x 1022 tomos de Na, 2 x 1022 tomos
de P e 8 x 10 22 tomos de O. Qual a frmula emprica do composto?
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* 2.22 Qual o nmero mximo de mols de molculas de cada composto que pode ser
formado a partir de 0,498 mol de tomos de carbono?
(a) CH4,
(b) C4H8,
(c) C4H10,
(d) C2H6,
(e) C6H8
2.23 Qual o nmero mximo de mols de cada composto que pode formar-se a partir, de
35,00 g de carbono?
(a) CH4,
(b) C4H8,(c) C4H10,
(d) C2H6,
(e) C6H8
2.24 Qual o nmero mximo de gramas de cada composto que pode formar-se a partir
de 5,00 x 10-3 g de carbono?
(a) CH4,
(b) C4H8,
(c) C4H10,
(d) C2H6,
(e) C6H8
* 2.25 O gs mostarda foi usado na Primeira Guerra Mundial. Sua frmula molecular
C4H8Cl2S, Qual a sua anlise elementar(composio percentual) em massa?
2.26 Glutamato monosdio (MSG) um intensificador de aroma usado na preparao de
alimentos. Sua frmula NaC5H8O4N. Qual sua anlise elementar?
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* 2.27 Anlise de clorato de potssio, um composto qumico usado na confeco de
roupas a prova de fogo, indica que 31,90% K, 28,93% Cl e 39,17%O em massa. Qual a
frmula emprica do clorato de potssio?
2.28 O cido ascrbico (vitamina C) tem a seguinte anlise elementar: 40,91% C, 4,58%
H e 54,51% O em massa. Qual sua frmula emprica?
* 2.29 O composto para-diclorobenzeno usado em conservantes. Sua anlise 49,02%
C, 2,74 % H e 48,24% Cl em massa, e tem uma massa molecular de 147,0. Qual sua (a) frmula
emprica e (b) sua frmula molecular?
2.30 Adenina, uma importante substncia bioqumica, tem massa molecular de 135,1 econtm 44,45% C, 3,73% H e 51,82% N em massa. Qual sua frmula molecular?
Equaes Qumicas
2.31 Balanceie cada uma das seguintes equaes usando coeficientes inteiros:
2.32 Balanceie cada uma das seguintes equaes usando coeficientes inteiros:
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2.33 Balanceie cada uma das seguintes equaes usando coeficientes inteiros:
Estequiometria de Reao
* 2.34A amnia produzida industrialmente pela reao entre nitrognio e hidrognio
gasoso:
Quantas molculas de amnia podem ser produzidas de
(a) 1 molcula de N2?
(b) 27 molculas de N2?
(c) 9 molculas de H2?
(d) 180 molculas de H2?
* 2.35 Quantos mols de molculas de NH3 podem ser produzidos de acordo com a
equao do problema 2.34 de
(a) 0,200 mol de molculas de N2?
(b) 0,982 mol de molculas de N2?
(c) 50,0 mol de molculas de H2?
(d) 0,782 mol de H2?
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* 2.36Quantos gramas de NH3 podem ser produzidos conforme a reao do problema
2.34