Apostila 7 - Química B

Prof Marcus FelipeColégio Energia Barreiros

Cálculos Químicos/Estequiometria

Leis Ponderais Leis Volumétricas

Bombril fica mais pesado depois da ferrugem?

Papel depois da combustão fica mais leve?

O que a massa tem a ver com as Reações Químicas?

Leis Ponderais

Lei de Lavoisier Massa constante - Quantitativo.

Lei de Proust Proporções Constantes

Lei de Dalton Lei das Proporções Múltiplas

Leis Ponderais – ( Massa)

1° - Lei de Lavoisier: Lei da conservação das massas - Fez uma reação química e surpresa: a massa se manteve constante!!

Gás Hidrogênio e Gás Oxigênio Água. (Conservação da massa)

Exercício C + O2 CO2

1° Experimento: 12g + 32g 44g2° Experimento: 16g + 32g 44gSobra: excesso 4g! O Oxigênio impedirá que a reação aconteça, portanto ele será o reagente limitante - é o que fica em falta.

Provando a Lei de Lavoisier: Ma=Md, Mr=Mp.Obrigatoriamente as reações devem estar em

um recipiente fechado.

Lavoisier x Einsten: E=M.C2

Energia converte-se em matéria e vice-versa.Uma reação Química ocorre com a variação da entalpia

2Mg + O2 2MgO H = + 148,3kcal

1 cal - 4,2J assim a H = 623x103 JFórmula: 623x103 J = M. (3x108)2

M = 6,9x10-12gReações Químicas :(Variação de massa desprezível)Reações Nucleares: (Variação de massa não desprezível)

2° - Lei de Proust : Lei das Proporções Constantes. A proporção está ligada diretamente à massa molar de cada substância.

Mercúrio + Gás Oxigênio Óxido de Mercúrio 50g 4g 54g 100g X 10g? 10g?

Quem está em excesso?A lei permite descobrir o que reage de verdade e

descobrir a massa do produto.Não pode ter excesso.

3° - Lei de Dalton: Lei das Proporções Múltiplas. Compostos diferentes a partir de elementos constantes.

• S + O2 SO2

32g 32g 64g

• S + 3/2O2 SO3

32g 48g 80g

32/48 = 2/3

Exercício

Ácido + Base Sal + Água + Excesso1° 98g X 142g 36g 2° 100g 80g 142g 36g y

3° 30g 40g w z t

Leis Volumétricas• Lei de Gay Lussac.Relação entre os volumes. Novo arranjo dos átomos. Relação volumétrica dos gases.

1N2 + 3H2 2NH3

1 volume + 3 volumes 2 volumes N≡ ≡N + 3 (H- -H)

Os Gases: Propriedades/Comportamento .São moleculares: menos os G.N.Não há interações (atração) entre suas moléculas (livres) – um vazio “ENORME” entre elas.Movimentam-se desordenadamente e Volume variável.Choques Elásticos (não perde energia): Parede e entre si – resulta num ↑ da pressão (diretamente proporcional).

↑T ↑E=(mv2)/2 ↑movimento ↑colisõesEstado Gasoso: Todos terão propriedades físicas constantes.

Observações:• Quantidade de gás: n = massa/massa molar• Temperatura: TK = T°C+ 273• Volume: 1m3=1000L • 1dm3= 1L• 1L = 1000cm3 =1000mL

Gases respondem QUASE da mesma forma a mudanças na massa, temperatura e pressão.

1 Mol – ocupa 22,4L – 0°C – 1atm• Mol dobra? Volume dobra!(são diretamente proporcionais)• T dobra? Volume dobra!(são diretamente proporcionais)• Pressão metade? Volume dobra! (são inversamente proporcionais)

Transformação Isotérmica Lei de Boyle

P1.V1 = P2.V2

• 15 litros de uma determinada massa gasosa encontram-se a uma pressão de 8 atm e à temperatura de 30°C. Ao sofrer uma expansão isotérmica, seu volume passa a 20 litros. Qual será a nova pressão?

P1 . V1 = P2 . V2

8atm . 15L = P2 . 20L

P2 = 8.15/20 = 6 atm

Transformação Isobárica Lei Gay-Lussac

V1 / T1 = V2 / T2

(FAAP – SP) A 27º C, um gás ideal ocupa 500 cm3. Que volume ocupará a -73°C, sendo a transformação isobárica?

V1 / T1 = V2 / T2

500cm3 / (27+273) = V2 / (-73+ 273)

500 / 300 = V2 / 200

V2 = 33,33 cm3 ou 3,3 x10-4 m3

Transformação Isocórica P1 / T1 = P2 / T2

(FUVEST – SP) Um recipiente indeformável, hermeticamente fechado, contém 10 litros de um gás perfeito a 30°C, suportando a pressão de 2 atm. A temperatura do gás é aumentada até atingir 60°C. a) Calcule a pressão final do gás.b) Esboce o gráfico pressão versus temperatura da transformação descrita

Gás Ideal / Gás Perfeito

Gás ideal/Perfeito: é um modelo idealizado no qual o gás se move ao acaso, sendo que suas moléculas se chocam elasticamente, apresentam volume próprio e não exercem ações mútuas.Características: • Partículas puntiformes (tamanho desprezível) - não podem realizar rotação.• A força de interação elétrica entre as partículas deve ser nulas - bem (são

fastadas).• Ocorrência de interação apenas durante as colisões (perfeitamente

elásticas)• Pressão baixa e Temperatura alta.

Há uma relação entre as variáveis: temperatura, pressão, volume e número de mols do gás. Essa relação matemática é conhecida como a Lei dos Gases Ideais. A maioria dos gases reais se comporta de acordo com esta lei. Apenas em poucas situações, como próximo de uma transição de fase ou temperaturas muito baixas, esta lei não é obedecida.

A Lei dos gases ideais nos permite determinar o valor de uma das variáveis de estado de um gás se conhecermos as outras três. Assim, quando o número de mols de um gás permanece constante, a Lei dos Gases Ideais é expressa pela seguinte equação:

Equação de ClapeyronP . V = n . R . T

P Pressão - nas CNTP (0°C e 1 atm) ou CATP (25°C e 1 atm) V Volume (L)n Número de mol do gásR é um constante e depende da pressão:• 0,082 atm.L/mol.k• 62,3 mmHg.L/mol.K• 8,31 kPa.L/mol.k

T Temperatura em K (TK = T°C + 273)

Através da equação de Clapeyron é possível obter uma lei que relaciona dois estados diferentes de uma transformação gasosa, desde que não haja variação na massa do gás. Uma equação que relacione as variáveis de estado: pressão (p), volume (V) e temperatura absoluta (T) de um gás.

Considerando um estado (1) e (2) onde

Lei geral dos gases perfeitos

Qual é o volume ocupado por 4g de gás CH4 submetido à pressão de 5000N/m², a uma temperatura igual a 50°C?Dado: 1atm = 10000N/m² e R = 0,082 atm.L/mol.k

P = 5000N/m2 atm = 5000.1 /10000 = 0.5atmP . V = n . R . T0,5. V = (4/16). (0,082). (50+273)V = 13,24 L

Enem 2015 - É dia de sol e você está passeando a beira mar. Nesse dia a temperatura está a 28°C (não muito quente), e então se depara com um vendedor de balões. Sabe-se que o gás contido nesses balões é o Hélio (He), ele faz com que o objeto se mantenha suspenso no ar. Suponhamos que em um balão contenha 44 gramas de gás He (gás perfeito) a uma pressão de 2,5. 102 KPa, qual seria o volume desse balão?He = 4,0 g mol-1 R = 8,31 kPa.L/mol.KT : 28°C + 273 = 301 kV = ?P . V = n . R . T2,5. 102 KPa. V = (44/4). (8,31 kPa.L/mol.K). (301 K)V = 110L

Mistura de Gases

Mistura de gases é homogêneo: um único aspecto em toda a sua região.Ar atmosférico:78% do volume em massa de N2,

21% O2 e

1% de outros gases.

Botijão: C3H8

C4H10

Lei de Dalton: Pressão Parcial – A pressão total de um sistema onde há mistura de gases é a soma das pressões parciais.P total= PA + PB + PC +...A pressão total é diretamente proporcional ao número total de mols.

P = ∑n RT/V ∑n = nA + nB +...Lei de Amagat: o volume parcial de um gás em uma mistura gasosa é o volume que ele ocupará estando sozinho e sendo submetido à pressão total e à temperatura da mistura.

Vtotal = V1 + V2 + V3 + ... ou Vtotal = Σv

Lei de Graham: a velocidade de difusão dos gases é inversamente proporcional à raiz quadrada de suas densidades. Gases de ↓ densidade difundem-se + rápido

↑Densidade ↑massa molar ↓Velocidade de difusão.

Difusão e Efusão dos Gases• Difusão dos gases é a sua passagem espontânea

para outro meio gasoso .• Efusão é esta mesma passagem só que por meio

de pequenos orifícios.

Aspectos

• A pressão e o volume que estes gases exercem ou ocupa nas misturas das quais participam são de caráter individual, dentro da CNTP da mistura, e não corresponderá à pressão e volume que este gás possuía antes de entrar na mistura.

• Depensderá somente da quantidade da matéria (n° de mols) e não importa que gás é.

• Não há reação gasosa, apenas uma mistura.

Fração MolarÉ a relação entre o número de mols de um gás

e o número de mols total de mols da mistura.

X Gás = nGás = Vgás = Pgás = % em volume de gás Σn Vtotal Ptotal 100%

Pgás = X Gás . Ptotal Vgás = X Gás . Vtotal

A fração molar é uma relação entre um valor parcial e um total por isso a soma das fração molares sempre será igual a: 1

Exercícios1 - Um balão contém 48g de O2, 24g de He e 160g de SO2.

Calcule:a) As frações molares de cada gásb) As pressões parciais de cada gás quando a pressão total for igual a 1000 mm Hg.Massas molares: O2= 32g/mol, He = 4g/mol, SO2= 64g/mol

Quantos mols para cada gás?nGás

a)Frações molares ? X Gás = nGás

Σn b) Pgás = X Gás . Ptotal

2 – Após a abertura da torneira de comunicação dos frascos, mantendo-se a temperatura constante determine:

A: B:N2 O2

P: 1 atm 5atmV: 3 L 2 L

a) pressão parcial de cada gás.b) pressão total da mistura.

• T constante• PV = PV• Torneira fechada Torneira aberta

• N2 0,5 atm• O2 2 atm• Ptotal: PN2+PO2