Cálculos com fórmulas e equações químicas

1. Cálculos com fórmulas e equações químicas Capítulo 3 Beatriz Gonzaga Faria Andrielle Silva Sousa

2. TÓPICOS 1 - Equações químicas 2 - Reatividade química 3 - Tipos de reação 4 - Massas moleculares 5 - O mol 6 - Massa molar 7 - Conversões 8 - Fórmula mínima 9 - Reagentes limitantes 10 - Rendimentos teóricos 11 - CO2 e o efeito estufa

3. ESTEQUIOMETRIA Análise da natureza quantitativa das fórmulas e reações químicas Cálculos baseados nas leis de: • Lavoisier Lei da conservação das massas A + B C + D ma + mb = mc + md • Proust Lei das proporções definidas A + B C + D ma mb mc md = = = = constante ma’ mb’ mc’ md’

4. Equações químicas Representam reações químicas Exemplo: CH4 + O2 CO2 + H20 (não balanceada) COEFICIENTE = quantidade ÍNDICE = identidade CH4+2 O2 CO2 + 2 H20 (balanceada) reage forma REAGENTES PRODUTOS

5. Reatividade química Através da tabela periódica buscam-se semelhanças de comportamento entre elementos de um mesmo grupo. Exemplo: 2 M (s) + 2 H2O (l) 2 MOH (aq) + H2(g) Fila de reatividade dos metais Utilizada para saber se a reação ocorre Metais Metais > > Al > Mn > Zn > Cr > Fe > Ni > Sn > Pb > H > Cu > Hg > Ag > Au alcalino- alcalinos terrosos Exemplo: Ocorre se C for mais reativo que A AB + C CB + A

6. Tipos de reações Reação de síntese Exemplo: 2 Fe + S2 2 FeS A + BAB substância composta mais complexa. Duas substâncias ou simples composta Caso particular Metal + ametal = sólido iônico

7. Tipos de reações Exemplo: CaCO3 (s) CaO(s) + CO2(g) Reação de análise Substâncias mais simples Substância composta AB A + B Calor “ i ” luz Pirólise Eletrólise Fotólise

8. Tipos de reações Reação de combustão combustível Hidrocarbonetos + O2 CO2 + H2O ou Derivados oxigenados comburente Exemplo: C3H8(g) + 5 O2 (g) 3 CO2(g) + 4 H20 (g) Caso particular Reação de oxidação Glicose + O2 CO2 + H2O

9. Massa molecular É a soma das massas atômicas de cada átomo em sua fórmula química Exemplo : MM de C6H1206 = 6 (12,0 u) + 12 (1,0 u) + 6 (16,0 u) = 180,0 u • A composição percentualé a porcentagem em massa de cada elemento em determinada substância. % do elemento = (número de átomos do elemento ∙ (MA) ∙ 100) (MM da substância) Exemplo: C12H22O11 % C = (12 x (12,0 u) x 100) / 342 u = 42,1% % H = (22 x (1,0 u) x 100) / 342 u = 6,4% % O = (11 x (16,0 u) x 100) / 342 u = 51,5%

10. O mol • Um mol é a quantidade de matéria que contém tantos objetos (átomos, moléculas ou o que considerarmos) quanto o número de átomos em exatamente 12 g de 12C isotopicamente puro. • 1 mol = 6,0221421 x 1023 = constante de Avogadro. EXERCÍCIO: Calcule o número de átomos de H em 0,350 mol de C6H12O6. Solução: mol de C6H12O6 moléculas de C6H12O6 átomos de H Átomos de H = (0,350 mol C6H1206) ∙ 6,02.1023 moléculas ∙ 12átomos de H 1 mol C6H12O6 1 molécula = 2,53 x 1024 átomos de H

11. Massa Molar • É a massa em gramas de um mol de certa substância ( g/mol) • Sempre numericamente igual à sua massa molecular (em u). • Relações Molares Exercício: Qual é a massa em gramas de 1,00 mol de glicose? 6 átomos de C = 6 (12,0) = 72,0 u 12 átomos de H = 12 (1,0) = 12,0 u 6 átomos de O = 6 (16,0) = 96,0 u 180,0 u

12. Conversões entre massas, mols e número de partículas Exercício: Calcule a massa, em gramas, de 0,433 mol de nitrato de cálcio. Massa de Ca(NO3)2 = (0,433 mol de Ca(NO3)2) 164,1g de Ca(NO3)2 1 mol de Ca(NO3)2 = 71,1 g de Ca(NO3)2 1 mol de Ca(NO3)2

13. Fórmulas mínimas a partir de análise Porcentagem em massa dos elementos Fórmula mínima Calcular razão molar Supor 100 g de amostra Massa de cada elemento Use massas atômicas Mols de cada elemento

14. Exercício: Fórmula mínima • O ácido ascórbico (vitamina C) contém 40,92% C, 4,58% H e 54,50% O em massa. Qual é a fórmula mínima do ácido ascórbico? Para 100 g de ácido: C: 40,92 g x 1 mol = 3,407 mol de C 12,01 g H: 4,58 g x 1mol = 4,58 mol de H 1,008 g O: 54,50 g x 1 mol = 3,406 mols de O 16,00 g Usando a razão molar: C : H : O 3 x 1,00 : 1,33 : 1,00 = 3 : 4 : 3 Fórmula Mínima= C3H4O3

15. Fórmula molecular a partir da fórmula mínima “Os índices inferiores da fórmula molecular de uma substância são sempre números múltiplos inteiros dos índices inferiores da sua fórmula mínima.” Ex: O mesitileno, tem uma fórmula mínima C3H4. Se a massa molecular para essa substância é 121 u, qual é a fórmula molecular do mesitileno? Obs.: Em compostos contendo principalmente carbono e hidrogênio, a fórmula mínima também pode ser encontrada através da análise por combustão.

16. Reagentes limitantes • É o reagente completamente consumido em uma reação. • Determina (limita) a quantidade de produto formada. Ex.: N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g) 3 mols 6 mols ??? Em excesso Limitante

17. Rendimentos teóricos • Quantidade de produto formada calculada quando todo o reagente limitante foi consumido. Rendimento Teórico < Rendimento Real Rendimento percentual = Rendimento real x 100 % Rendimento teórico

18. CO2 e o Efeito Estufa Petróleo / carvão combustíveis Fotossíntese/ oceanos 20 bilhões de toneladas de CO2 na atmosfera por ano. Excesso Mudanças climáticas

19. Referências bibliográficas • Química : A ciência central – Ed. Pearson– Brown , Lemay , Bursten. • Sites de busca.