Dr. Kimio - Caso específico: Reação com ar

Questão: 50L de metano são queimados totalmente no ar. Qual o volume de ar gasto sabendo que no processo a temperatura e pressão permanecem constantes e o ar é constituído por 20% de oxigênio e 80% de nitrogênio?

1° Passo: escrever a equação balanceada do processo.

→ como a queima/combustão é completa (“queimados totalmente”) o combustível (metano) reage com gás oxigênio formando gás carbônico e água.

CH₄ + O₂ → CO₂ + H₂O

2° Passo: balancear a equação.

1CH₄ + 2O₂ → 1CO₂ + 2H₂O

3° Passo: retirar a relação entre o metano e gás oxigênio da equação.

1 mol CH₄ → 2 mols O₂

4° Passo: Como a Temperatura e Pressão são constantes, podemos substituir a unidade mol por litro.

1 L CH₄ → 2 L O₂

Obs.: temperatura e pressão constantes não são a CNTP! Na CNTP 1 mol de gás ocupa 22,4L.

5° Passo: usar regra de três para calcular a quantidade de gás oxigênio necessária para queimar os 50L de metano.

Da equação: 1 L CH₄ → 2 L O₂

                     50 L CH₄ → X

                          X = 100 L de O₂ são gastos na combustão.

6° Passo: Sabendo que no ar há 20% de oxigênio, usamos regra de três para calcular quanto ar é necessário para fornecer os 100 L de oxigênio para a reação.

100 L de O₂ → 20%

X                  → 100%

                 X = 500 L de ar são necessários para que todo o metano seja queimado.

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Caso Específico: Reações sucessivas

A reação de formação de ácido sulfúrico ocorre em três etapas, que estão equacionadas a seguir:

1ª etapa: S + O₂ → SO₂
2ª etapa: SO₂ + ½ O₂ → SO₃
3ª etapa: SO₃ + H₂O→ H₂SO₄

Questão: Qual a massa de ácido sulfúrico produzido a partir de 100 kg de enxofre?

1° Passo: observar as equações e conferir o balanceamento.

→ observando cada etapa e contando os átomos antes da seta/reação (reagentes) e depois da seta/reação (produtos), podemos verificar que em todas as reações as quantidades de átomos de reagentes são iguais às quantidades de átomos nos produtos; porém, na segunda etapa há um coeficiente estequiométrico fracionário. Para retirar essa fração, devemos multiplica-la por 2, porém como as três reações fazem parte de um processo único, devemos multiplicar todos os participantes por 2, resultando:

1ª etapa: 2S + 2O₂ → 2SO₂
2ª etapa: 2SO₂ + 1O₂ → 2SO₃
3ª etapa: 2SO₃ + 2H₂O→ 2H₂SO₄

2° Passo: obter a reação global do processo

→ cortar os participantes que estão em lados opostos (reagentes e produtos), podem ser cortados porque se aparece como reagente e produto, significa que será consumido e produzido no processo.

3° Passo: somar o que restou.

4° Passo: calcular a massa molar do enxofre e ácido sulfúrico

S = 32g/mol

H₂SO₄ = 1g x 2 + 32g + 16g x 4 = 98g/mol

5° Passo: transformar a massa de enxofre (100 kg) para gramas

100 kg = 100.000g de enxofre

6° Passo: usar a equação do processo global para correlacionar o enxofre com ácido sulfúrico.

Da equação:      64g de S (2 mols)  →  196g de H₂SO₄

                               100.000g enxofre →  X

                                          X = 306.250g ou 306,25 kg de Ácido Sulfúrico produzidos.

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Dr. Kimio - Caso específico: Rendimento

O rendimento de um reação indica qual a quantidade de produto foi produzida realmente. Utilizando a equação química balanceada, temos a proporção entre os participantes da reação (reagente e produtos), mas ela indica uma situação ideal, isso é, na qual todos os reagentes são completamente consumidos e no final há apenas produtos.

Tal situação ideal não acontece na realidade devido a vários fatores, dentre eles: erros operacionais (na execução da reação), baixa qualidade dos reagentes (reagentes impuros).

Normalmente, a maioria das reações químicas não ocorre de forma ideal.

Questão: Qual o rendimento da reação a seguir (sem excesso de reagentes) na qual a queima de 10g de álcool produziu 13g de dióxido de carbono?

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}

                  10 g C₂H₆O              →  X                                {Dado do problema}

                                                     X = 19,1 g de CO₂ são formados.

No cálculo do rendimento, comparamos a quantidade do reagente (álcool) com a quantidade de produto formada (gás carbônico). Na regra de três acima, na primeira linha está indicada a proporção da equação química balanceada, ou seja, a quantidade ideal da reação. Na linha de baixo colocamos a quantidade de reagente usada para iniciar a reação e fazendo a conta encontramos que deveriam ter sido formados 19,1g de gás carbônico (quantidade ideal).

Obs.: por que colocamos o X no lugar do produto se foi informado que há 13g produzidos? Porque a pergunta refere-se ao rendimento, isto é, quantidade de produto que realmente foi produzida e deve ser comparada com o valor teórico.

Foi informado que houve formação de 13g, desta forma fazemos uma regra de três para determinar qual o rendimento, isso é, a porcentagem formada:

19,1 g de gás carbônico    → 100% (rendimento teórico, máximo)
13,0g de gás carbônico → X        (rendimento real a ser calculado)
                                           
                                          X = 68,1% de rendimento.

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Dr Kimio - Resolvido - ENEM 2016 - Dia 1

Resolução comentada das questões de Química do ENEM 2016

1° DIA - PROVA BRANCA

Resposta: C

A água é polar, isto significa que ela se mistura com a parte Polar do tenso ativo (representado pelo círculo preto) e não se mistura com a parte Apolar (representado pela linha ondulada), assim o círculo preto ficará em contato com a água (exclui-se a figura B) e a linha ondulada ficará acima da água (como acontece quando colocamos óleo na água, ele não fica dentro da água, mas acima) restando dentre as opções a figura C.

Resposta: D

Na testosterona o grupo X é representado por OH (hidroxila) que é um grupo polar, isto significa que sua afinidade com substâncias apolares não é bom. Ao trocar o grupo OH no composto 1 e 2, retira-se um grupo polar, diminuindo a polaridade da estrutura e, consequentemente, aumenta-se a lipofilia (solubilidade em compostos apolares).

Resposta: D

Para neutralizar os gases que causam a chuva ácida, precisamos desoluções básicas ou seja que liberam íons OH- 

Depois de escolher a solução básica (que contém OH), que poderá ser: piridina, metilamina e hidrogenofosfato de potássio; escolhemos a reação que apresenta a maior constante de equilíbrio: solução de hidrogenofosfato de potássio.

Maior constante de equilíbrio significa que na proporção produto/reagente há maior quantidade de produto (OH que nos interessa para a reação está no produto), assim o maior valor de constante de equilíbrio indica dentre as opções qual possui mais OH disponível para a reação.

Resposta: D

O fenômeno em questão representa as Mudanças de Estado Físico, sendo a diferença entre os estados físicos (sólido, líquido e gasoso) a distância entre as partículas (sólido - muito próximas, líquido - maior grau de liberdade em relação ao sólido - e gasoso - maior espaçamento possível entre os constituintes).

Resposta: B

Resposta: A

Questão de radioatividade (meia vida do Carbono 14). O carbono 14 é o único emissor natural e é  usado para determinar a idade de múmias e animais fósseis. Esse cálculo poderá ser feito pela relação entre C-14 e C-12. Com o passar do tempo o Carbono 14 vai diminuindo, pois é um elemento radioativo e sofre decaimento.

Resposta: C

A técnica em questão é "Arraste a vapor", na qual o vapor extrai e arrasta a essência.

Resposta: D

Tanto o carvão quanto o benzeno são substâncias Apolares, assim, a única interação entre eles é Dipolo induzido - dipolo induzido.

Resposta: A

Resposta: B

Para calcular a DDP (Diferença de Potencial) que a reação fornece, faz-se a conta:

DDP = Potencial do Cátodo - Potencial do Ânodo.

Como se trata de uma reação espontânea de geração de corrente elétrica (no texto temos o termo "Bateria"), para obter o valor de DDP, usa-se a regra: Na reação espontânea, inverte-se o menor potencial e somam-se os valores. Entre os valores 0,8V e -0,3V, o menor é -0,3V, intertendo-se obtemos: 0,3V.

DDP = 0,8V + 0,3V = 1,1V (ou DDP = 0,8V - (-0,3V) usando a fórmula acima) 

Então para obter 4,4V precisamos de 4 células em série (1,1 + 1,1 + 1,1 + 1,1 = 4,4V).

Resposta: D

1) Observar é se a reação está balanceada. Neste caso já está balanceada.

2) calcular as massas molares do metanol, brometo de metila e hidróxido de sódio:

metanol: 1C + 4H + O = 12g + 4x1g + 16g = 32g/mol

brometo de metila: 1C + 3H + 1Br = 12g + 3x1g + 80g = 95g/mol

hidróxido de sódio: 1Na + 1O + 1H = 23g + 16g + 1g = 40g/mol

3) Avaliar quem é o reagente limitante, pois a reação pára quando este reagente é totalmente consumido.

Observando as quantidades fornecidas, 142,5g brometo de metila e 80g de hidróxido de sódio, podemos concluir que o reagente limitante é o brometo de metila (142,5g equivale a 1,6 mols) e o reagente em excesso é o hidróxido de sódio (80g de hidróxido de sódio equivalem a 2 mols).

4) Cálculo do rendimento:

A equação nos diz que 1 mol brometo de etila reage produzindo 1 mol de metanol, como 1 mol de brometo de etila tem massa 95g e 1 mol de metanol tem massa 32g, utilizamos esses valores de massa numa regra de três para calcular qual seria a quantidade formada se a reação tivesse rendimento de 100%, ou seja, se os 142,5g reagissem totalmente:

     95g de brometo de etila ____ 32g de metanol

142,5g  de brometo de etila ____ Xg de metanol

                      X = 48g de metanol

Se tivessem sido formados 48g de metanol, o rendimento seria 100%, ou seja, todo o reagente foi transformado em produto; como o valor experimental obtido foi 32g, significa que nem todo o reagente se transformou em produto pois estava impuro.

48g de metanol ____ 100% de rendimento

32g de metanol ____ Y % de rendimento

                      Y = 66,7% de rendimento.

Resposta: D

O milho tem amido em sua composição, que é um açúcar de cadeia longa. Ao sofrer hidrólise, o amido é quebrado em partes menores chamadas monômeros, que neste caso são moléculas de glicose que são utilizadas pelas leveduras.

Resposta: C

Na reação do carbonato de bário (BaCO3 ) com ácido clorídrico (HCl) temos formação de um sal solúvel chamado de  Cloreto de Bário (BaCl2).

BaCO3 + 2HCl → H2O  +  CO2  +  BaCl2

Como o BaCl2 é sólido ele aparecerá no filtro.

Na reação com ácido sulfúrico (H2SO4) produziremos um sólido branco de sulfato de Bário que é um sal insolúvel

BaCl2  +  H2SO4  → BaSO4  +  2HCl

Resposta: E

O Bombical apresenta Isomeria Geométrica Cis-Trans (presença da Ligação Dupla com dois ligantes diferentes em cada extremidade da dupla ligação).

Resposta: B

Resposta: B

A quantidade de solvente (álcool) presente na mistura não é suficiente para que a água consiga remover a mistura do gás de pimenta, assim, a mistura oleosa do gás de pimenta não pode ser solubilizada pela água (não é possível remover utilizando água).

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Dr Kimio - Ferramenta

Esta parte contém conhecimentos estudados em outras disciplinas que são utilizadas na Química, como Ferramentas.

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Química Geral - Partículas fundamentais do átomo

Partículas Fundamentais do Átomo

Basicamente, para o ensino fundamental e médio, o átomo é constituído por 3 partes: prótons, nêutrons e elétrons.

Por convenção, temos:

	Carga relativa	Massa relativa	Símbolo
Próton	+1	1	p
Nêutron	0	1	n
Elétron	-1	0	e

OBSERVAÇÕES:

1) A massa do elétron é 1837 vezes menor do que a massa do próton, por isso é considerada como 0.

2) Próton: a existência de uma partícula com carga positiva foi evidenciada pela primeira vez quando, em 1886, Goldestein descobriu os raios positivos. A prova definitiva da existência do próton foi dada em 1919 por Rutherford.

3) Nêutron: Sua descoberta é atribuída a Chadwick, em 1932, embora essa descoberta tenha sido feita com apoio em trabalhos dos físicos Bothe, Becker e do casal Irene Curie – Frederic Joliot. É uma partícula neutra. Pelo fato de não ter carga elétrica ele penetra na matéria com relativa facilidade, porque, sendo neutro, não é repelido pelas cargas elétricas dos átomos da substância em que está penetrando. Por causa disso faz-se “bombardeamento” de átomos com neutrons.

4) Além destas três partículas fundamentais, no átomo podem ser encontrados: pósitron, neutrino, méson (o físico brasileiro César Lattes descobriu 2 tipos de mésons em 1947 e conseguiu produzí-los em laboratório em 1948, em conjunto com outro cientista).

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Química Geral - Modelo de Thomson

Descargas elétricas no alto vácuo

As descargas desse tipo são estudadas na "ampola de Crookes". Chama-se "alto vácuo" uma atmosfera onde se tenta produzir o melhor vácuo possível. A ampola de Crookes esta ilustrada a seguir:

Entre o cátodo e o ânodo estabelece-se uma diferença de potencial de alguns milhares de volts.

Observa-se na região em frente ao cátodo uma luminosidade esverdeada no vidro.

Em 1869, Hitterf demonstrou que a luminosidade era devida aos raios provenientes do cátodo pois, se colocasse uma placa metálica entre o cátodo e o vidro, a luminosidade do vidro não apareceria.

Como somente o cátodo emitia esses raios, eles foram chamados de "raios catódicos".

Crookes demonstrou que os "raios catódicos"eram constituídos de partículas de carga negativa pois, sofrem deflexões diante de campos elétricos ou campos magnéticos (Figura a seguir).

Esta evidência veio provar que o cátodo não emitia raios luminosos, mas sim "partículas de carga negativa".

Alguns anos depois (por volta de 1897), o cientista Joseph John Thomson conseguiu determinar a massa dessas partículas de carga negativa, constatando ser bem menor que o mais leve dos átomos, ou seja, mais leve que o hidrogênio.

Ficou assim esclarecido que existem partículas mais leves que o átomo; ou seja, o átomo é constituído de partículas.

As partículas constituintes dos raios catódicos foram chamados elétrons.

Inicia-se, assim, uma nova fase de pesquisa do interior do átomo e, evidentemente, o abandono da teoria atômica de Dalton (átomo indivisível).

Hoje sabe-se que os raios catódicos são formados de elétrons. Os elétrons caminham pelo condutor até o cátodo. Como a diferença de potencial é muito alta, os elétrons saem do cátodo com grande energia cinética rumo ao ânodo. Durante a trajetória, os elétrons quase não perdem energia pois, no meio rarefeito, quase não há colisões entre as partículas. No entanto, os elétrons não conseguem curvar sua trajetória e acabam colidindo contra as paredes do vidro. Na colisão, parte da energia cinética é transformada em energia luminosa (cor esverdeada pode ser vista). A seguir os elétrons são atraídos pelo ânodo.

Após tal teste, Thomson sugeriu que os elétrons estariam mergulhados em uma massa homogênea, como ameixas em um pudim (Plum Pudding). Esta proposta é conhecida como, "Modelo Atômico de Thomson". O modelo de Thomson era conhecido como "modelo do pudim de passas" ou "Panetone", tinha como hipótese a existência de configurações estáveis para os elétrons ao redor das quais estes oscilariam.

Graficamente, o modelo de Thomson é representado:

OBS.: uma das importantes aplicações dos raios catódicos está na televisão de tubo (imagem a seguir). O tubo de imagem da televisão é uma ampola de Crookes que possui o canhão (cátodo) capaz de, ordenadamente, atirar elétrons constra a superfície interna do video, onde se encontra um revestimento de tinta fluorescente. O tubo de imagem da televisão opera com uma tensão de aproximadamente 10.000 volts.

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