1ºB e C - Química - 22/06 A 26/06

Habilidade: Reconhecer que nas transformações químicas há proporções fixas entre as massas de reagentes e produtos

Conteúdo: Conservação da massa e proporção entre as massas de reagentes e produtos nas transformações químicas.

Compreensão visual sobre o balanceamento de equações químicas

Transformações químicas - Relações entre as quantidades envolvidas.

No sr (1743-1794) e disse que:

“Em uma reação química feita em recipiente fechado, a soma das massas dos reagentes é igual à soma das massas dos produtos.”

Atualmente, essa lei é mais conhecida pelo seguinte enunciado:

“Na natureza nada se cria, nada se forma, tudo se transforma.”

Lavoisier chegou a essa conclusão porque ele realizou várias reações químicas e pesou cuidadosamente as massas das substâncias envolvidas no início e no final de cada reação. Por exemplo, uma das reações que ele realizou foi a combustão do mercúrio metálico, produzindo óxido de mercúrio II:

Mercúrio metálico + oxigênio → óxido de mercúrio II

      100,5 g                 8,0 g               108,5 g

Observe que a soma das massas dos dois reagentes é exatamente igual à massa do produto. Lavoisier verificou experimentalmente que esse fato acontecia com regularidade, sem restrições e, por isso, criou a lei de conservação das massas citada.

2.      Lei das Proporções Constantes ou Lei de Proust:

Essa lei foi criada por Joseph Louis Proust (1754-1826) e pode ser enunciada assim:

“A proporção em massa das substâncias que reagem e que são produzidas numa reação é fixa, constante e invariável.”

Por exemplo, ao se passar uma corrente contínua na água (eletrólise), ela é decomposta em seus constituintes: hidrogênio e oxigênio. Os dados experimentais mostram que as massas dessas duas substâncias sempre estarão na mesma proporção de 1:8, como mostram os exemplos abaixo:

Isso ocorre em todas as reações químicas, as massas das substâncias reagem sempre numa mesma proporção.

O que cookies e química têm em comum? Muitas coisas, ao que parece! Uma equação química balanceada é uma receita para uma reação: ela contém uma lista de reagentes (os ingredientes) e produtos (os cookies), bem como as suas proporções relativas.

Usar uma equação química balanceada para calcular quantidades de reagentes e produtos é denominado estequiometria. Este é um termo super técnico que se refere simplesmente ao uso das proporções obtidas a partir de equações balanceadas. Nesse artigo, nós discutiremos como usar as razões molares para calcular a quantidade de reagentes necessários para uma reação.

Reações balanceadas e razões molares

Os coeficientes estequiométricos são números que usamos para assegurar que uma reação esteja balanceada. Nós podemos criar razões usando os coeficientes estequiométricos, que nos darão informações sobre as proporções relativas dos produtos químicos em nossa reação. Essa razão pode ser chamada de razão molar, fator estequiométrico ou razão estequiométrica. A razão molar pode ser usada como um fator de conversão entre diferentes quantidades.

Dica para resolução de problemas: A primeira e mais importante etapa para solução de todos os problemas de estequiometria é sempre a mesma, não importa o que você esteja calculando — tenha certeza de que sua equação está balanceada! Se a equação não estiver balanceada, as razões molares estarão erradas, e as respostas não estarão corretas.

Por exemplo, os coeficientes estequiométricos da equação balanceada a seguir nos dizem que $1$1 mol de $\text {Fe}_2 \text O_3$start text, F, e, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, start subscript, 3, end subscript reagirá com $\text{2}$start text, 2, end text mols de $\text {Al}$start text, A, l, end text para produzir $\text{2}$start text, 2, end text mols de $\text {Fe}$start text, F, e, end text e $1$1 mol de $\text {Al}_2 \text O_3$start text, A, l, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, start subscript, 3, end subscript.

$\text {Fe}_2 \text O_3(s) + \blueD{2} \text {Al} (s) \rightarrow \redD{2} \text {Fe} (l) + \text {Al}_2 \text O_3(s)$start text, F, e, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, start subscript, 3, end subscript, left parenthesis, s, right parenthesis, plus, start color #11accd, 2, end color #11accd, start text, A, l, end text, left parenthesis, s, right parenthesis, right arrow, start color #e84d39, 2, end color #e84d39, start text, F, e, end text, left parenthesis, l, right parenthesis, plus, start text, A, l, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, start subscript, 3, end subscript, left parenthesis, s, right parenthesis

Se conhecemos a massa do reagente $\text {Fe}_2 \text O_3$start text, F, e, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, start subscript, 3, end subscript, podemos calcular a quantidade de mols de $\text {Al}$start text, A, l, end text que precisamos para reagi-lo completamente com o $\text {Fe}_2 \text O_3$start text, F, e, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, start subscript, 3, end subscript, usando a razão dos seus coeficientes:

$\text{Razão molar entre Al e Fe}_2\text{O}_3=\dfrac{\blueD{2}\,\text {mols de Al}}{1 \,\text{mol de Fe}_2 \text O_3}$start text, R, a, z, a, with, \~, on top, o, space, m, o, l, a, r, space, e, n, t, r, e, space, A, l, space, e, space, F, e, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, start subscript, 3, end subscript, equals, start fraction, start color #11accd, 2, end color #11accd, start text, m, o, l, s, space, d, e, space, A, l, end text, divided by, 1, start text, m, o, l, space, d, e, space, F, e, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, start subscript, 3, end subscript, end fraction

Exemplo: uso de razões molares para calcular a massa de um reagente

Na seguinte reação desbalanceada, quantos gramas de $\text {NaOH}$start text, N, a, O, H, end text serão necessários para reagir totalmente com $3{,}10 \,\text g$3, comma, 10, start text, g, end text de $\text H_2 \text{SO}_4$start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript?

$\text {NaOH}(aq) + \text H_2 \text{SO}_4 (aq) \rightarrow \text H_2 \text O + \text {Na}_2 \text{SO}_4(aq)~~~~~~~\text{Não balanceada!}$start text, N, a, O, H, end text, left parenthesis, a, q, right parenthesis, plus, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis, right arrow, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, plus, start text, N, a, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis, space, space, space, space, space, space, space, start text, N, a, with, \~, on top, o, space, b, a, l, a, n, c, e, a, d, a, !, end text

Nessa reação, temos $1\,\text {Na}$1, start text, N, a, end text e $3 \,\text H$3, start text, H, end text no lado dos reagentes, e $2 \,\text {Na}$2, start text, N, a, end text e $2 \,\text H$2, start text, H, end text no lado dos produtos. Podemos balancear nossa equação multiplicando $\text {NaOH}$start text, N, a, O, H, end text por $2$2 de modo que haja $2 \,\text {Na}$2, start text, N, a, end text de cada lado, e multiplicando $\text H_2 \text O$start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text por $2$2, de modo que haja $6\,\text O$6, start text, O, end text e $4 \,\text H$4, start text, H, end text dos dois lados. Isso nos dá a seguinte reação balanceada:

$2 \text {NaOH}(aq) + \text H_2 \text{SO}_4 (aq) \rightarrow 2\text H_2 \text O + \text {Na}_2 \text{SO}_4(aq)~~~~ \text{Balanceada, Viva!}$2, start text, N, a, O, H, end text, left parenthesis, a, q, right parenthesis, plus, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis, right arrow, 2, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, plus, start text, N, a, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis, space, space, space, space, start text, B, a, l, a, n, c, e, a, d, a, comma, space, V, i, v, a, !, end text

Quando tivermos balanceado a equação, podemos nos fazer as seguintes perguntas:

• Já sabemos a quantidade de produto químico de qual(is) reagente(s)?
• O que estamos tentando calcular?

Neste exemplo, sabemos que a quantidade de $\text {H}_2 \text{SO}_4$start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript é $3{,}10 \,\text g$3, comma, 10, start text, g, end text, e gostaríamos de calcular a massa de $\text{NaOH}$start text, N, a, O, H, end text. Munidos com a equação balanceada e (esperamos) com um objetivo claro, podemos usar a seguinte estratégia para lidar com esse problema de estequiometria:

Etapa 1: Converta as quantidades de reagentes conhecidas em mols.

A quantidade conhecida nesse problema é a massa de $\text H_2 \text{SO}_4$start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript. Podemos converter a massa de $\text H_2 \text{SO}_4$start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript em mols usando o peso molecular. Dado que o peso molecular do $\text H_2 \text{SO}_4$start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript é $98{,}09\,\text{ g/mol}$98, comma, 09, start text, space, g, slash, m, o, l, end text, podemos encontrar o número de mols de $\text H_2 \text{SO}_4$start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript como apresentado a seguir:

$3{,}10 \, \cancel{\text g \,\text de H_2 \text{SO}_4} \times \dfrac{1 \,\text{mol de} \,\text H_2 \text{SO}_4}{98{,}09 \, \cancel{\text g \,\text de H_2 \text{SO}_4}} =3{,}16 \times 10^{-2} \text {mol de H}_2 \text{SO}_4$3, comma, 10, start cancel, start text, g, end text, start text, d, end text, e, H, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, end cancel, times, start fraction, 1, start text, m, o, l, space, d, e, end text, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, divided by, 98, comma, 09, start cancel, start text, g, end text, start text, d, end text, e, H, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, end cancel, end fraction, equals, 3, comma, 16, times, 10, start superscript, minus, 2, end superscript, start text, m, o, l, space, d, e, space, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript

[Por que você moveu a vírgula decimal na resposta?]

O número 

$0{,}0316$0, comma, 0316 pode ser escrito em notação científica como $3{,}16 \times 10^{-2}$3, comma, 16, times, 10, start superscript, minus, 2, end superscript. A notação científica é particularmente útil para representar números muito pequenos ou muito grandes, o que acontece muito em química!

Etapa 2: Uso da razão molar para encontrar o número de mols de outros reagentes.

Estamos interessados em calcular a quantidade de $\text {NaOH}$start text, N, a, O, H, end text, então podemos usar a razão molar entre $\text {NaOH}$start text, N, a, O, H, end text e $\text H_2 \text{SO}_4$start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript. Com base na nossa equação química balanceada, precisamos de $2\,\text{mols de NaOH}$2, start text, m, o, l, s, space, d, e, space, N, a, O, H, end text para cada $1\,\text{mol de H}_2 \text {SO}_4$1, start text, m, o, l, space, d, e, space, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, o que nos dá a seguinte razão:

$\text{Razão molar entre NaOH e H}_2 \text{SO}_4=\dfrac{2\,\text{mols de NaOH}}{1\,\text{mol de H}_2 \text {SO}_4}$start text, R, a, z, a, with, \~, on top, o, space, m, o, l, a, r, space, e, n, t, r, e, space, N, a, O, H, space, e, space, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, equals, start fraction, 2, start text, m, o, l, s, space, d, e, space, N, a, O, H, end text, divided by, 1, start text, m, o, l, space, d, e, space, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, end fraction

Podemos usar a razão molar para converter mols de $\text H_2 \text{SO}_4$start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript da etapa $1$1 em mols de $\text {NaOH}$start text, N, a, O, H, end text:

mol de NaOH$3{,}16 \times 10^{-2} \,\cancel{\text {mol de} \,\text H_2 \text{SO}_4} \times \dfrac{2\,\text{mols de NaOH}}{1\,\cancel{\text{mol de H}_2 \text {SO}_4}} =6{,}32 \times 10^{-2} \,\text {mol de NaO$3, comma, 16, times, 10, start superscript, minus, 2, end superscript, start cancel, start text, m, o, l, space, d, e, end text, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, end cancel, times, start fraction, 2, start text, m, o, l, s, space, d, e, space, N, a, O, H, end text, divided by, 1, start cancel, start text, m, o, l, space, d, e, space, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, end cancel, end fraction, equals, 6, comma, 32, times, 10, start superscript, minus, 2, end superscript, start text, m, o, l, space, d, e, space, N, a, O, H, end text

Observe que podemos escrever a razão molar de duas formas:

$\dfrac{2\,\text{mol NaOH}}{1\, \text{mol H}_2 \text {SO}_4}~~ \greenD{\checkmark}~~~$start fraction, 2, start text, m, o, l, space, N, a, O, H, end text, divided by, 1, start text, m, o, l, space, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, end fraction, space, space, start color #1fab54, \checkmark, end color #1fab54, space, space, spaceou$~~~ \dfrac{1\, \text{mol H}_2 \text {SO}_4}{2\,\text{mol NaOH}}~~\redD{\mathsf X}$space, space, space, start fraction, 1, start text, m, o, l, space, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, divided by, 2, start text, m, o, l, space, N, a, O, H, end text, end fraction, space, space, start color #e84d39, X, end color #e84d39

Cada uma das formas nos fornece uma resposta diferente! No entanto, somente uma razão permite que as unidades de $\text H_2 \text{SO}_4$start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript sejam canceladas apropriadamente. A mensagem importante aqui é sempre verifique as unidades! Para um vídeo explicando como as unidades podem ser tratadas como números e assim facilitar o controle do cálculo, você pode assistir a esse vídeo sobre análise dimensional.

Etapa 3: conversão de mols em massa.

Podemos converter o número de mols de $\text {NaOH}$start text, N, a, O, H, end text da Etapa 2 em sua massa, em gramas, usando o peso molecular do $\text {NaOH}$start text, N, a, O, H, end text:

$6{,}32 \times 10^{-2} \cancel{\text {mol de} \,\text {NaOH} }\times \dfrac{40{,}00\,\text{g de NaOH}}{1\, \cancel{\text{mol de NaOH}}} =2{,}53 \,\text {g de NaOH}$6, comma, 32, times, 10, start superscript, minus, 2, end superscript, start cancel, start text, m, o, l, space, d, e, end text, start text, N, a, O, H, end text, end cancel, times, start fraction, 40, comma, 00, start text, g, space, d, e, space, N, a, O, H, end text, divided by, 1, start cancel, start text, m, o, l, space, d, e, space, N, a, O, H, end text, end cancel, end fraction, equals, 2, comma, 53, start text, g, space, d, e, space, N, a, O, H, end text

Nós necessitaremos 2,53 gramas de $\text{NaOH}$start text, N, a, O, H, end text para reagir totalmente com 3,10 gramas de $\text H_2 \text{SO}_4$start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript nesta reação.

Atalho: Também podemos combinar as $3$3 etapas em um único cálculo (com o cuidado de que devemos prestar muita atenção às nossas unidades). Para converter a massa de $\text H_2 \text{SO}_4$start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript na massa de $\text {NaOH}$start text, N, a, O, H, end text, devemos resolver a seguinte expressão:

$\underbrace{3,10 \, \cancel{\text g \,\text H_2 \text{SO}_4} ~~~\times~~~\dfrac{1 \,\cancel{\text{mol} \,\text H_2 \text{SO}_4}}{98,09 \, \cancel{\text g \,\text H_2 \text{SO}_4}}} ~~~\times~~~ \underbrace{\dfrac{2\,\cancel{\text{mol NaOH}}}{1\,\cancel{\text{mol H}_2 \text {SO}_4}}} ~~~\times~~~ \underbrace{\dfrac{40,00\,\text{g NaOH}}{1\, \cancel{\text{mol NaOH}}}} ~=~2,53 \,\text {g NaOH}\\ ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~\text{1° Passo}~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~\text{2° Passo} ~~~~~~~~~~~~~~~~~\quad\quad\quad\text{3° Passo}\\ ~~~~~~~~~~~~~~\quad\text{Definir mols de H}_2 \text{SO}_4~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~\text{Usar razão molar}~~~~~~\text{Encontrar o peso de NaOH em gramas}~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~$

Se examinarmos a expressão cuidadosamente, podemos separá-la nas etapas $1-3$1, minus, 3 acima. A única diferença é que, em vez de fazer cada conversão separadamente, as fizemos todas de uma vez.

Resumo

Os coeficientes da reação química balanceada nos informam as proporções dos reagentes e dos produtos. Podemos usar as razões dos coeficientes para fazer a conversão entre quantidades de reagentes e produtos na nossa reação

Caderno do aluno página 39-42 ATIVIDADE 2 – RELAÇÕES EM MASSA NAS TRANSFORMAÇÕES QUÍMICAS: CONSERVAÇÃO E PROPORÇÃO EM MASSA

Para ajudar na resolução, tem uma sequencia de vídeos de cálculo estequiométrico , que colocarei no blog com o título ESTEQUIOMETRIA.