Apresentao do PowerPoint

Clculos qumicos e estequiomtricosPROFESSORA: ADRIANNE MENDONA Frmula a representao grfica da composio de uma substncia. Vrios tipos de frmulas so utilizadas. As teorias que explicam a formao das ligaes qumicas permitem prever a frmula molecular, estrutural e eletrnica de uma substncia molecular e a frmula emprica de uma substncia inica. Estudaremos de que maneira possvel, atravs da anlise de dados experimentais, determinar a frmula molecular de uma substncia e outros tipos de frmulas como a centesimal e a mnima.

CLCLOS DE FRMULAS

Frmula ou composio centesimal

Frmula centesimal (ou percentual) indica a percentagem, em massa, de cada elemento que constitui uma substncia.A frmula centesimal, em outras palavras, nos indica a massa (em gramas) de cada elemento presente em 100 gramas de substncia.A determinao experimental da frmula centesimal de uma substncia feita atravs de reaes de sntese ou de decomposio.Reao de sntese aquela na qual uma substncia formada a partir de seus elementos.

Sntese da gua: H2 + O2 => H2O;sntese de dixido de enxofre: S + O2 => SO2.Reao de decomposio aquela onde uma substncia composta origina substncias mais simples.Exemplo 2decomposio da gua oxigenada: H2O2 => H2O + O2; decomposio da amnia: 2NH3 => N2 + 3H2.

Exemplo 1

Para exemplificar como a frmula centesimal pode ser calculada tomemos como exemplo a gua. Uma das propriedades da gua ser decomposta em seus elementos constituintes atravs da passagem de corrente eltrica. Experimentalmente verifica-se que 900 gramas de gua, ao serem decompostas, originam 100 gramas de gs hidrognio e 800 gramas de gs oxignio. Utilizando a lei de Proust, podemos calcular as massas de hidrognio e oxignio formadas pela decomposio de 100 gramas de gua:gua=>hidrognio+oxignio900 g100 g800 g100 gxyMatematicamente temos:Repetindo esse procedimento para o oxignio temos: y = 88,9 gClculos mostram que cada 100 gramas de gua formada por 11,1 gramas de hidrognio e 88,9 gramas de oxignio. A frmula centesimal da gua : H 11,1% O 88,9%

A frmula centesimal de uma substncia tambm pode ser calculada teoricamente. Para isso necessrio conhecer a massa molecular da substncia. Para o caso do cido sulfrico , H2SO4, temos:

Exemploelementomassa atmicaContribuio do elemento para a massa molecularComposio centesimal (%)H12xO1664yS3232zMassa molecular = 2 + 64 + 32 = 98Utilizando a lei de Proust e realizando as propores:para o hidrognio x = 2 x 100/98 = 2,0%para o oxignio y = 64 x 100/98 = 65,3%para o enxofre z = 32 x 100/98 = 32,7%Portanto, a frmula centesimal do cido sulfrico : H 2,0%; S 65,3%; O 32,7%

Frmula mnima (ou emprica) indica a proporo, expressa pelos nmeros inteiros, entre os tomos presentes num agregado atmico, ou ons num agregado inico.Conhecendo-se quanto de cada elemento est presente numa determinada amostra de substncia, possvel calcular sua frmula mnima. Assim, sabendo-se que 560 gramas de buteno so formadas por 480 gramas de carbono e 80 gramas de hidrognio, o clculo da frmula mnima deve ser assim realizado: calcular o nmero de mols de cada tipo de tomo presente na amostra de substncia,

Frmula mnima ou emprica

para o carbono temos:12 g a massa de 1 mol de tomos;480 g a massa de x mol de tomos;para o hidrognio temos:1 g a massa de 1 mol de tomos;80 g a massa de y mol de tomos;

determinar a relao entre os tomos do elemento. Neste exemplo, verificamos que a proporo entre os tomos de carbono e hidrognio 1 para 2 (40 mols de carbono: 80 mols de hidrognio), ou seja, em qualquer amostra de buteno o nmero de tomos de hidrognio presente ser o dobro do nmero de tomos de carbono. A frmula mnima do buteno CH2.Conhecendo-se a frmula molecular de uma substncia, sua frmula mnima determinada atravs de "simplificao matemtica" dos ndices dos elementos na frmula molecular. Em muitos casos as frmulas mnima e molecular so as mesmas.substnciaFrmula molecularfrmula mnimagua oxigenadaH2O2HObenzenoC6H6CHetenoC2H4CH2propenoC3H6CH2butenoC4H8CH2cido ntricoHNO3HNO3glicoseC6H12O6CH2OObserve que substncias diferentes, como o eteno, propeno e buteno, podem apresentar a mesma frmula mnima. Isto no acontece com a frmula molecular, que caracterstica de cada substncia.A frmula mnima de uma substncia geralmente expressa da seguinte maneira:

onde n, um nmero inteiro. Para a gua oxigenada temos (HO)n onde n = 2 e para a glicose (CH2O)n onde n = 6.

(frmula mnima)n

Calcular a frmula mnima de um composto que apresenta 43,4% de sdio, 11,3% de carbono e 45,3% de oxignio. Dados: massas atmicas: Na = 23; C = 12; O = 16ResoluoVamos adotar o seguinte esquema:

ExemploDadosDiviso das porcentagens pelas respectivas massas atmicasDiviso pelo menor dos valores encontrados (0,94)43,4% Na43,4/23 = 1,881,88/0,94 = 211,3% C 11,3/12 = 0,940,94/0,94 = 145,3% O45,3/16 = 2,822,82/0,94 = 3Frmula mnima = Na2CO3Frmula mnima = Na2CO3OBS: No esquema explicado, acontece freqentemente o seguinte: dividindo-se todos os valores pelo menor deles (coluna 3), nem sempre chegamos a um resultado com todos os nmeros inteiros. Por exemplo, num outro problema, poderamos ter a proporo 2 : 1,5 : 3; no entanto, multiplicando esse valores por 2, teremos 4 : 3 : 6. Generalizando, diremos que, s vezes, no final do problema somo obrigados a efetuar uma "tentativa", multiplicando todos os valores por 2, ou por 3, etc. (sempre um nmero inteiro pequeno), a fim de que os resultados finais tornem-se inteiros.Frmula molecular indica os elementos e a quantidade de tomos de cada elemento presente numa molcula da substncia.Um dos caminhos para determinar a frmula molecular calcular inicialmente a frmula mnima e depois multiplic-la por n. O valor de n, por sua vez, calculado a partir da massa molecular da substncia, uma vez que a relao anterior indica que:

Frmula molecular

massa molecular = (massa da frmula mnima) x nde onde resulta:n = massa molecular/massa da frmula mnima Nos problemas, a massa molecular em geral dada. Para gases ou vapores, a massa molecular (M) pode tambm ser calculada pela expresso PV = mRT/M. Por sua vez, a massa da frmula mnima obtida somando-se as massas atmicas dos tomos formadores da frmula mnima. Clculo da frmula molecular atravs da frmula mnima Uma substancia de massa molecular 180, encerra 40,00% de carbono, 6,72% de hidrognio e 53,28% de oxignio. Pede-se sua frmula molecular. Dados: massas atmicas: H = 1; C = 12; O = 16.

DadosDiviso das porcentagens pelas respectivas massas atmicasDiviso pelo menor dos valores encontrados (3,33)40,00% C40,00/12 = 3,333,33/3,33 = 16,72% H6,72/1 = 6,726,72/3,33 = 253,28% O53,28/16 = 3,333,33/3,33 = 1Resoluo:Vamos inicialmente, calcular a frmula mnima, como aprendemos no item anterior:

Agora, podemos calcular, inclusive, a massa da frmula mnima (CH2O), somando as massa atmicas dos tomos a contidos: 12 + 1 x 2 + 16 = 30Podemos, tambm, dizer que: frmula molecular = (CH2O)n

onde: n = massa molecular/massa da frmula mnima = 180/30 = 6do que resulta:frmula molecular = (CH2O)6 => frmula molecular = C6H12O6

Podemos calcular a frmula molecular de uma substncia sem passar pela frmula mnima. Vamos resolver por carbono, hidrognio e oxignio.; isso nos permite iniciar o problema, escrevendo que a frmula molecular e massa molecular sero:

b) Clculo direto da frmula molecularClculo estequiomtrico (ou estequiometria) o clculo das quantidades de reagentes e/ou produtos das reaes qumicas, feito com base nas Leis das Reaes e executado, em geral, com o auxlio das equaes qumicas correspondentes.Esse tipo de clculo segue, em geral, as seguintes regras:

CLCULO ESTEQUIOMTRICO

Escrever a equao qumica mencionada no problema.Acertar os coeficientes dessa equao (lembrando que os coeficientes indicam a proporo em nmero de moles existentes entre os participantes da reao).Estabelecer uma regra de trs entre o dado e a pergunta do problema, obedecendo aos coeficientes da equao, e que poder ser escrita em massa, ou em volume, ou em nmero de moles, etc., conforme as convenincias do problema.

Calcular a massa de xido cprico obtida a partir de 2,54 gramas de cobre metlico. (Massas atmicas: O = 16; Cu = 63,5)

Exemplo 1

Inicialmente, devemos escrever e balancear a equao qumica mencionada no problema:2 Cu + O2 => 2 CuOVemos na equao que 2 atg de Cu (ou 2 x 63,5 gramas) produzem 2 moles de CuO (ou 2 x (63,5 + 16) = 2 x 79,5 gramas). Surge da a seguinte regra de trs: 2 Cu + O2 => 2 CuO2 x 3,5 => 2 x 9,5 g2,54 g => x

Resoluo 1

2,54 g => x Resolvendo temos:x = 2,54 x 2 x 79,5/2 x 63,5 => x = 3,18 g CuO

Vamos calcular inicialmente a massa de NaOH que reagiria com os 147 g de H2S04 mencionado no enunciado do problema:H2SO4 + 2 NaOH => Na2SO4 + 2H2O98 g => 2 x 40g147 g => xx = 120 g NaOH

Quando so dadas as quantidades de dois reagentes Isso impossvel, pois o enunciado do problema diz que temos apenas 100 g de NaOH. Dizemos ento que, neste problema, o H2S04 o reagente em excesso, pois seus 147 g "precisariam" de 120 g de NaOH para reagir e ns s temos 100 g de NaOH.Vamos agora "inverter" o clculo, isto , determinar a massa de H2SO4 que reage com os 100 g NaOH dados no enunciado do problema:H2SO4 + 2 NaOH => Na2SO4 + 2H2O98 g => 2 x 40gy => 100 gy = 122,5 g H2SO4Agora isso possvel e significa que os 100 g de NaOH dados no problema reagem com 122,5 g H2SO4. Como temos 147 g de H2SO4, sobraro ainda 147 - 122,5 = 24,5 g H2SO4 , o que responde pergunta b do problema.Ao contrrio do H2SO4 que, neste problema, o reagente em excesso, dizemos que o NaOH o reagente em falta, ou melhor, o reagente Iimitante da reao, pois no final da reao, o NaOH ser o primeiro reagente a "acabar" ou "e esgotar", pondo assim um ponto final na reao e determinando tambm as quantidades de produtos que podero ser formados.De fato, podemos calcular:(reagente em excesso) H2SO4 + 2 NaOH (regente limitante) => Na2SO4 + 2 H2O2 x 40 g => 142 g100g => zz = 177,5 g Na2SO4Isso responde pergunta a do problema. Veja que o clculo foi feito a partir dos 100 g de NaOH (reagente limitante), mas nunca poderia ter sido feito a partir dos 147 g de H2SO4 (reagente em excesso), pois chegaramos a um resultado falso, j que os 147 g do H2SO4, no conseguem reagir integralmente, por falta de NaOH. comum o uso de reagentes impuros, principalmente em reaes industriais, ou porque eles so mais baratos ou porque eles j so encontrados na Natureza acompanhados de impurezas (o que ocorre, por exemplo, com os minrios). Consideremos, por exemplo, o caso do calcrio, que um mineral formado principalmente por CaCO3 (substncia principal), porm acompanhado de vrias outras substncias (impurezas): se em 100 g de calcrio encontramos 90 g de CaCO3 e 10 g de impurezas, dizemos que o calcrio tem 90% de pureza (porcentagem ou teor de pureza) e 10% de impurezas (porcentagem das impurezas)

Quando os reagentes so substncias impuras

Para o clculo estequiomtrico importante a seguinte definio:Grau de pureza (p) o quociente entre a massa (m) da substncia principal e a massa (m) total da amostra (ou massa do material bruto).Matematicamente: p = m/m

Note que: valor de (p) multiplicado por 100 nos fornece a porcentagem de pureza;da expresso acima tiramos m = m . p , que nos fornece a massa (m) da substncia principal, a qual entrar na regra de trs habitual.

Deseja-se obter 180 litros de dixido de carbono, medidos nas condies normais, pela calcinao de um calcrio de 90% de pureza. Qual a massa de calcrio necessria? (Massas atmicas: C = 12; O = 16; Ca = 40)

Exemplo

Se a porcentagem de pureza 90%, o grau de pureza ser igual a 90/100 = 0,90 CaCO3 => CaO + CO2100 g => 22,4 l (CN)m x 0,90 => 180 l (CN)

Resoluo

donde resulta: m = 100 x 180/0,90 x 22,4 => m = 892,8 g de calcrio comum uma reao qumica produzir uma quantidade de produto menor que a esperada pela equao qumica correspondente. Quando isso acontece dizemos que o rendimento da reao no foi total ou completo. Esse fato pode ocorrer ou porque a reao "incompleta" (reao reversvel) ou porque ocorrem "perdas" durante a reao.Para esse tipo de clculo estequiomtrico importante a seguinte definio:Rendimento (r) de uma reao o quociente (q) de produto realmente obtida e a quantidade (q) de produto que seria teoricamente obtida pela equao qumica correspondente.Ou seja: r = q/q

Quando o rendimento da reao no o total

Note que: O valor (r) multiplicado por 100 nos fornece o chamado rendimento percentual;Da expresso acima tiramos q = q . r , que nos fornece a quantidade (q) de substncia que ser realmente obtida, a qual entrar na regra de trs usual.

Queimando-se 30 gramas de carbono puro, com rendimento de 90%, qual a massa de dixido de carbono obtida?

Exemplo

Se o rendimento percentual 90%, o rendimento propriamente dito ser igual a 90/100 = 0,90. Temos ento: C + O2 => CO212 g => 44 x 0,9 g30 g => xdonde resulta: x = 30 x 44 x 0,9/12 => x = 99 g CO2

Resoluo

Obrigada !!!!