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.