terça-feira, 1 de dezembro de 2015

Dr. Kimio - Caso Específico: Volume de Líquido


Questão: qual o volume de etanol consumido ao se produzir 4,5 mols de água?

1º) Calcular a massa molar do C2H6O;

C2H6O: 12 x 2 + 1 x 6 + 16 = 46g/mol

2º) Transformar a massa de 1 mol de etanol em volume.

Para converter massa em volume ou volume em massa utilizamos a densidade. Para o etanol (álcool etílico) puro, a densidade é 0,789 g/cm3 a 20°C.

A densidade é calculada pela equação: d = m/v; como estamos interessados em calcular o volume de álcool, isolamos a variável ‘v’ da equação: v = m/d. Substituindo os valores de massa e densidade, tem-se: v = 46g / 0,789 g/cm3, então v = 58,3 cm3.

Descobrimos, então, que 1 mol de etanol possui 46g e essa massa ocupa um volume de 58,3 cm3.

Assim, usaremos o volume no lugar da massa de etanol.

3º) Retirar a relação entre os componentes da equação balanceada;




Da equação: a reação de 1 mol de C2H6O formam 3 mols de H2O

4º) Montar regra de três com as quantidades;

                                               58,3 cm3 de C2H6O (1 mol)   →   3 mols de H2O
                                                                     X                         →   4,5 mols de H2O
                                                                              X = 87,45 cm3 de etanol serão consumidos.

Dr. Kimio - Caso Geral: Massa e Quantidade


Questão: qual a massa de etanol necessária para produzir 100.000 moléculas de água?

Para relacionar a quantidade de moléculas na equação balanceada, utilizamos o conceito de mol. O mol nos serve como uma unidade de conversão, assim, de forma prática, sempre que falamos em 1 mol de qualquer entidade estamos falando que há 6,02 x 1023 unidades desta entidade.

1º) Calcular a massa molar do C2H6O;

                                               C2H6O: 12 x 2 + 1 x 6 + 16 = 46 g/mol

2º) Retirar a relação entre os componentes da equação balanceada;




Da equação: a reação de 1 mol de C2H6O formam 3 mols de H2O

3º) Calcular a quantidade de moléculas de H2O que reagem de acordo com a equação:
                                               1 mol  →  6,02 x 1023 moléculas
                                               3 mols → X
                                                               X = 18,06 x 1023 moléculas de H2O
Obs.: ATENÇÃO para não multiplicar errado o número 6,02 x 1023, pois multiplicamos apenas a parte numérica (6,02) e deixamos como está a parte da potência (1023) que indica o ‘tamanho’ do número.

4º) Montar regra de três com as quantidades;
46 g de C2H6O (1 mol) → 18,06 x 1023 moléculas de H2O (3 mols) {Dados da equação balanceada}
                Y                    →   100.000 moléculas de H2O
                                              Y = 254706,5 x 10-23 g =  2,55 x 10-18 g de etanol serão consumidos.

Obs.: ATENÇÃO nesta conta, pois apenas um dos números possui expoente: ao executar os cálculos, tem-se:
46 de C2H6O x 100.000 moléculas de H2O = 18,06 x 1023 moléculas de H2O x Y
De forma mais simples: 46x 100.000 = 18,06x1023 x Y
4.600.000 = 18,06x1023 x Y
Y = 4.600.000/18,06x1023
Neste ponto, efetuamos a conta 4.600.000/18,06 somente, que resulta 254706,5. Usamos uma das propriedades da matemática que nos permite passar o termo 1023 (que está em baixo – no denominador – da divisão) para cima trocando o sinal do expoente; ficando 254706,5 x 10-23. Porém temos que usar a mesma notação para o número, ajustando para que esteja compreendido entre 0 e 9, como nos pede a notação científica. Portanto, o número 254706,5 deve ser escrito 2,54706,5; ficando 100.000 vezes menor; para compensar a diminuição do número temos que aumentar o expoente em 5 casas decimais que passa de 10-23 para 10-18; ficando o número 2,547065 x 10-18; que é arredondado para 2,55 x 10-18; para ficar com a mesma quantidade de algarismos significativos que foram usados no problema (6,02 x 1023)

Dr. Kimio - Caso Geral: Massa e Mol


Questão: qual a massa de etanol consumida ao se produzir 4,5 mols de água?

1º) Calcular a massa molar do C2H6O;

C2H6O: 12 x 2 + 1 x 6 + 16 = 46 g/mol (1 mol de C2H6O tem 92 g)

2º) Retirar a relação entre os componentes da equação balanceada;


Da equação: a reação de 1 mol de C2H6O formam 3 mols de H2O

3º) Montar regra de três com as quantidades;
          46 g de C2H6O (1 mol)   →   3 mols de H2O    {Dados da equação balanceada}
                         X                       →   4,5 mols de H2O {Dado do problema}
                                                X = 69 g de etanol serão consumidos.


Dr. Kimio - Caso Geral: Volume


Questão: qual o volume de gás carbônico formado quando reagem 1,68 L de gás oxigênio?

1º) Retirar a relação entre os componentes da equação balanceada;


Da equação: reagem 3 mols de O2 e formam 2 mols de CO2

2º) Converter mol em litros;
                            1 mol   →   22,4 L                                              1 mol   →   22,4 L
                            3 mols →   X                                                      2 mols →   Y
                                  X = 67,2 L                                                            Y = 44,8 L

3 º) Montar regra de três com as quantidades;

           67,2 L de O2 (3 mols) → 44,8 L de CO2 (2 mols)  {Proporção dada pela equação balanceada}
          1,68 L de O2                →  Z                                             {Dado  do problema}
                               Z = 1,12 L de gás carbônico serão formados.


Dr. Kimio - Caso Geral: Massa e Volume


Para trabalhar com o volume, temos que fazer correlação com uma grandeza chamada Volume Molar: equivale ao volume ocupado por 1 mol de entidades elementares.

Para um gás ideal na CNTP (Condições Normais de Temperatura e Pressão – 273,15 K e 101,325 kPa) o volume molar é 22,413968 L/mol, mas usamos somente 22,4 L/mol.

Desta forma, 1 mol do gás ocupa 22,4 L.

Questão: qual o volume de gás oxigênio gasto na reação de 4,6 g de álcool etílico?

1º) Calcular a massa molar do C2H6O;
 C2H6O: 12 x 2 + 1 x 6 + 16 = 92 g/mol
2º) Retirar a relação entre os componentes da equação balanceada;


Da equação: 1 mol de C2H6O reagem com 3 mols de O2

3º) Converter os 3 mols de O2 para volume;
                                               1 mol      →    22,4 L (1 mol de O2)
                                               3 mols    →    X
                                                               X = 67,2 L

4º) Montar regra de três com as quantidades;
     92 g de C2H6O (1 mol)   →   67,2 L de O2 (3 mols)    {Proporção dada pela equação balanceada}
     4,6g de C2H6O                →   Y                                    {Dado  do problema}
                                                               Y = 3,36 L de gás oxigênio são gastos na reação.

Dr. Kimio - Caso Geral: Massa e Volume


Para trabalhar com o volume, temos que fazer correlação com uma grandeza chamada Volume Molar: equivale ao volume ocupado por 1 mol de entidades elementares.

Para um gás ideal na CNTP (Condições Normais de Temperatura e Pressão – 273,15 K e 101,325 kPa) o volume molar é 22,413968 L/mol, mas usamos somente 22,4 L/mol.

Desta forma, 1 mol do gás ocupa 22,4 L.

Questão: qual o volume de gás oxigênio gasto na reação de 4,6 g de álcool etílico?

1º) Calcular a massa molar do C2H6O;
 C2H6O: 12 x 2 + 1 x 6 + 16 = 46 g/mol
2º) Retirar a relação entre os componentes da equação balanceada;


Da equação: 1 mol de C2H6O reagem com 3 mols de O2

3º) Converter os 3 mols de O2 para volume;
                                               1 mol      →    22,4 L (volume de 1 mol O2)
                                               3 mols    →    X
                                                               X = 67,2 L

4º) Montar regra de três com as quantidades;
     46 g de C2H6O (1 mol)   →   67,2 L de O2 (3 mols)    {Proporção dada pela equação balanceada}
     4,6g de C2H6O                →   Y                                    {Dado  do problema}
                                                               Y = 6,72 L de gás oxigênio são gastos na reação.

Dr. Kimio - Caso Geral: Massa


Para relacionar a massa na equação balanceada, utilizamos o conceito de mol. O mol nos serve como uma unidade de conversão, assim, de forma prática, toda vez que usamos uma fórmula e somamos as massas de cada elemento (que estão na Tabela Periódica) nas quantidades indicadas na fórmula, obtemos um valor de massa para a substância medida em gramas. Quando executamos esse procedimento, obtemos a chamada Massa Molar, isto é, a massa correspondente a 1 mol da substância. Ex.: massa molar do gás oxigênio: O2 – 16 x 2 = 32 g. A vantagem de medir a quantidade utilizando massa é que pode ser facilmente feita utilizando uma balança.

Questão: Qual a massa de gás carbônico produzido quando reagem 9,2 g de álcool etílico?

1º) calcular a massa molar do gás carbônico e álcool etílico;
 CO2: 12 + 16 x 2 = 44 g/mol (cada 1 mol de CO2 tem massa de 44 g)
 C2H6O: 12 x 2 + 1 x 6 + 16 = 46 g/mol (cada 1 mol de C2H6O tem massa de 46 g)

2º) Utilizar a equação balanceada para verificar qual a relação entre as dois participantes;


Da equação temos que quando reage 1 mol de C2H6O são formados 2 mols de CO2.

3º) Montar regra de três com as quantidades;

                  46 g C2H6O (1 mol)  → 88 g CO2 (2 mols)      {Proporção dada pela equação balanceada}
                  9,2 g C2H6O              →  X                                {Dado do problema}
                                                     X = 17,6 g de CO2 são formados.

Dr. Kimio - Caso Geral: Mol


Questão: quantos mols de gás carbônico são formados quando reagem 5 mols de álcool etílico?

1°) A partir da equação balanceada, observa-se a relação entre as duas espécies;


Da equação: 1 mol de C2H6O reage formando 2 mols de CO2.

2º) Montar regra de três com as quantidades;

                                               1 mol C2H6O   →   2 mols CO2 (informação da equação balanceada)
                                               5 mols C2H6O →   X                  (dado e pergunta do exercício)
                                                               X = 10 mols de gás carbônico são formados.

Dr. Kimio - Balanceamento de Equações


1º) Escrever a equação química:

Reaçãode combustão completa do etanol.
Obs.: os nomes das substâncias estão escritos apenas com o objetivo de descrever o que está representado por fórmulas, pois eles não pertencem à representação da equação química.

2º) Contar os átomos antes da seta (reagentes) e depois da seta (produtos):


Reagentes: 2 C, 6 H, 3 O               Produtos: 1 C, 2 H, 3 O

Comparando as quantidades de átomos representados nos reagentes e produtos, vemos que são diferentes, quando isto ocorre dizemos que a equação não está balanceada.

3º) Equilibrar as quantidades de átomos:

Para balancear, colocamos números a frente de cada participante representado na equação, este número multiplica as quantidades de todos os átomos da fórmula após ele. Escolhemos os números por tentativa e erro, sempre contando a quantidade de átomos dos reagentes e produtos, para chegar a uma igualdade.




Agora, ao contar os átomos do álcool etílico temos: C 2 x 2 = 4 C, H 2 x 6 = 12 H, O 2 x 1 = 2 O.




Contando após colocar os coeficientes estequiométricos:
Reagentes: 4 C, 12 H, 4 O   Produtos: 2 C, 2 H, 5 O
As quantidades de átomos continuam diferentes, isto significa que os números que usamos para balancear a equação não servem para balancear a equação. Temos que mudar um, dois, três ou todos eles novamente.




Contando após colocar os coeficientes estequiométricos:
Reagentes: 4 C, 12 H, 14 O   Produtos: 4 C, 12 H, 14 O

As quantidades de átomos estão iguais, então se quando a quantidade de átomos de reagentes e produtos é diferente dizemos que a equação não está balanceada, agora devemos dizer que ela está balanceada; porém como podemos garantir que não há outros números que também fazem com que a equação fique balanceada? Como podemos garantir que, por tentativa e erro, chegaremos sempre ao resultado correto?

Para verificar se os números usados, que fazem com que a quantidade de átomos nos reagentes seja igual à quantidade de átomos nos produtos, há duas regras que sempre devem ser respeitadas:
1)      Os coeficientes estequiométricos devem ser sempre inteiros;
2)      Os coeficientes estequiométricos devem ser sempre os menores possíveis.

Observando os números usados – 2, 6, 4, 6 – vemos que a primeira regra foi cumprida, são todos inteiros; no entanto a segunda regra não foi cumprida, pois os números são múltiplos de 2, devendo serem todos divididos por 2 para obtermos os menores números possíveis, ficando 1, 3, 2, 3:




Contando: Reagentes 2C, 6 H, 7 O – Produtos: 2 C, 6 H, 7 O.

Os coeficientes estequiométricos são inteiros e os menores possíveis (o único número que divide TODOS sem que deixem de ser inteiros é o 1). Agora podemos afirmar com certeza absoluta que a equação está balanceada.

                           Obs.: 1 – os coeficientes estequiométricos correspondem ao número de mols de cada participante na reação, assim 1 mol de álcool etílico reage com 3 mols de gás oxigênio, formando 2 mols de gás carbônico e 3 mols de água.
                                             2 – a equação acima pode ser balanceada de forma diferente, não de forma correta, mas de forma ACEITÁVEL, quando houver uma justificativa para tal mudança. Exemplo, pode-se estar interessado no calor de combustão da reação acima quando reage 1 mol de gás oxigênio, ficando a equação:




Neste caso deseja-se que o coeficiente estequiométrico do oxigênio seja 1, isto é muito comum no estudo da Termoquímica, onde temos que balancear as equações e depois temos que ajustar os coeficientes de acordo com um interesse particular, como dito isto é ACEITÁVEL mas não é o balanceamento correto.


segunda-feira, 30 de novembro de 2015

Cálculo Estequiométrico - Mol


Para medir líquidos, normalmente utilizamos as unidades: litro (L), mililitro (mL), metro cúbico (m3), centímetro cúbico (cm3), etc. Para medir sólidos, normalmente utilizamos as unidades: tonelada (ton), quilograma (kg), grama (g), miligrama (mg), etc. Dependendo do tamanho da amostra a ser medida, escolhemos por uma unidade de medida que melhor represente a quantidade, por exemplo, quando vamos preparar suco em pó, medimos o  volume de água a ser usado em litros ou mililitros, já o gasto de água mensal da casa é medido em metros cúbicos. Da mesma forma, quando pedimos carne no açougue, usamos as unidades quilograma ou grama.

Este mês, na conta de água da minha casa veio descrito: consumo 19 metros cúbicos, que poderia ser escrito 19.000 litros ou 19.000.000 mililitros. Escrever 19 metros cúbicos é mais apropriado, pois se usam menos algarismos para expressar a quantidade gasta.

Existem várias outras maneiras de se medir ‘coisas’, como ovos são vendidos em dúzia (12 unidades), meia-dúzia (6 unidades) ou duas dúzias e meia (30 ovos), papeis são vendidos em resmas (500 folhas), etc.

Na Química, lidamos com ‘coisas’ muito pequenas; além do fato de que muitos dos materiais estudados na Química não podem ser vistos, como os átomos, impossibilitando que seja feita uma contagem direta. Foi criada uma medida para contar as ‘coisas’ na Química, o nome desta medida é Mol. Como já dito, os materiais estudados na Química, muitas vezes, são muito pequenos, assim precisamos juntar uma grande quantidade para formar um mol.
Uma dúzia são 12 unidades, uma resma são 500 unidades, um mol são 6,02214129 x 1023 unidades (ou 60.221.412.900.000.000.000.000 unidades), mas usa-se a forma 6,022 x 1023 ou 6,02 x 1023.


Cálculo Estequiométrico - Introdução


A palavra estequiometria (ou equações químicas) vem do grego stoikheion (elemento) e metriā (medida, de metron).

Cálculo Estequiométrico (ou estequiometria) é o cálculo das quantidades de reagentes ou produtos das reações químicas, feitos com base nas Leis das Reações e executado em geral com auxílio das equações químicas correspondentes.

A estequiometria baseia-se nas leis ponderais – lei da conservação das massas, na lei das proporções definidas (ou lei da composição constante), e na lei das proporções múltiplas. Em geral, as reações químicas combinam proporções definidas de compostos químicos. Já que, generalizando, a matéria não pode ser criada ou destruída, a quantidade de cada elemento deve ser a mesma antes, durante e após a reação.

REGRAS FUNDAMENTAIS

1) Escrever a equação (ou equações) química mencionada no problema;

2) Balancear a equação (a equação só tem significado quantitativo depois de balanceada);

3) estabelecer uma proporção utilizando os dados do problema por meio de Regra de Três.