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Captulo 2

AS FRMULAS, AS EQUAES E A ESTEQUIOMETRIA.

TPICOS GERAIS

2.1 A MICROESTRUTURA DA

MATRIAOs tomos

As molculas

2.2 AS FRMULAS QUMICAS

As frmulas moleculares

As frmulas empricas

As frmulas estruturais

2.3 MASSA ATMICA E OUTROS TIPOS

DE MASSA

As massas atmicas

As massas moleculares

As massas de frmulas

2.4 O MOLO nmero de Avogadro

Mols de tomos

Mols de molculas

Mols de frmulas unitrias

2.5 A COMPOSIO

ESTEQUIOMTRICA

Os significados das frmulas qumicas

Determinao da anlise elementar a partir

de frmulas.

Determinao da frmula emprica a partir

de uma anlise elementar

As frmulas moleculares

2.6AS EQUAES QUMICAS

O balanceamento das equaes portentativas

2.7 ESTEQUIOMETRIA DE REAOES.

OS significados de uma equao qumica

Os clculos estequiomtricos

A anlise de combusto

Problemas com reagentes limitantes

2.8 A ESTEQUIOMETRIA DE SOLUO

O soluto e o solvente

A concentrao molar

A diluio

Os cidos e as bases

As reaes de neutralizao

Titulao

2.9 O MOL: COMENTRIOS

ADICIONAIS

A terminologia de mols de coisas diferentes

O tamanho de um mol

2.10 NOMENCLATURA QUMICA:

PRIMEIRO CONTATO

Nomes triviais e sistemticos

Os compostos binrios

Os compostos temrios contendo oxignio

Os cidos e as bases

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A palavra estequiometria vem das palavras gregas stoicheon, significando "elemento" e

metron, significando "medida". Atualmente, definida como o estudo (1) das quantidades

relativas de elementos combinados em compostos e (2) das quantidades relativas de substncias

consumidas e formadas em reaes qumicas. Em outras palavras, estequiometria o estado

quantitativo da composio qumica (composto ou frmula estequiomtrica) e transformaes

qumicas (equao ou reao estequiomtrica).

2.1A MICROESTRUTURA DA MATRIA

OS TOMOS

Hoje, muitos de ns estamos familiarizados com o conceito de tomo e estamos cientes de

que tomos so partculas submicroscpicas de que toda a matria composta. Ainda que seja

composto de partculas menores, o tomo a unidade fundamental de um elemento.Posteriormente, todos os tomos de um mesmo elemento so idnticos em quase todos os

aspectos (estes aspectos sero discutidos na Seo 5.2) e os tomos de diferentes elementos so

diferentes. Conseqentemente, damos para um elemento e seus tomos o mesmo nome; por

exemplo, o elemento cobre composto de tomos de cobre, e o elemento oxignio, de tomos de

oxignio. O smbolo para um elemento pode ser usado para representar um tomo daquele

elemento; assim, Cu pode representar um tomo de cobre e O um tomo de oxignio.

Comentrios Adicionais

Apesar de acreditarmos na existncia de tomos h muitos anos, muitas das evidncias

so completamente indiretas. Entretanto, em 1980, verses do microscpio eletrnico de alta

resoluo foramdesenvolvidas com suficiente poder de resoluo para mostrar a posio de

tomos em certos slidos. As imagens produzidas por meio destas tcnicas oferecem uma base

forte, quase direta, para se acreditar que os tomos so verdadeiros.

AS MOLCULAS

Em muitas substncias, os tomos so agrupados ou reunidos em agregados de 2 tomos

at nmeros maiores, incontveis. Tal agregado chamado de molcula e o termo geralmente

implica um nmero comparativamente pequeno de tomos. No interior de uma molcula, os

tomos componentes permanecem juntos por foras chamadas ligaes qumicas. Sucintamente:


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uma molcula um composto de partculas que consistem em 2 ou mais tomos quimicamente

ligados um ao outro. importante notar que, embora as molculas possam estar afastadas, como

nos gases, no interior de uma molcula os tomos esto relativamente presos uns aos outros

devido s fortes ligaes qumicas. (Ver Captulo 8.)

Alguns elementos so compostos de molculas. (Nestes casos, todos os tomos em cada

molcula so do mesmo elemento.) Em adio, muitos compostos consistem em molculas.

(Cada uma dessas molculas consiste em pelo menos dois tomos diferentes.) Entretanto, nem

todas as substncias so moleculares na natureza. Alguns slidos e lquidos consistem em

agregados de tomos extremamente grandes. Embora estes grandes agregados sejam algumas

vezes referidos como "molculas gigantes", o termo molcula normalmente implica um grupo de

tomos. Discutiremos mais o assunto sobre as diferenas entre substncias moleculares e no-

moleculares.

2.2AS FRMULAS QUMICAS

Apenas smbolos so usados para representar elementos ou seus tomos, as frmulas so

usadas para representar compostos ou agregados de seus tomos. Vrios tipos de frmulas

qumicas so teis; as mais importantes so as frmulas emprica e frmulas estruturais.


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Figura 2.2 Dixido de carbono slido (gelo seco), duas representaes: (a)bola e vareta e

(b) espacial. O modelo da bola e vareta mostra mais claramente as relaes geomtricas; o

modelo espacial representa mais exatamente os tamanhos atmicos relativos e o empacotamento

em um slido. Em cada modelo, molculas de CO2 podem prontamente ser identificadas. tomosde carbono em 5 molculas foram enumerados para mostrar a correspondncia entre os tipos de

modelos.

AS FRMULAS MOLECULARES

A frmula de uma molcula emprega um smbolo e um subndice para indicar o nmero

de cada tipo de tomo na molcula. (O subndice sempre omitido.) Tal frmula chamada

frmula-molecular. Uma molcula de gua consiste em 2 tomos de hidrognio e 1 tomo de

oxignio, e assim a frmula molecular para a gua H2O. Outro exemplo: uma molcula de

sacarose (cana-de-acar) consiste em 12 tomos de C, 22 tomos de H e 11 tomos de O, como

mostrado na frmula molecular C12H22O11. A Figura 2.1 mostra as representaes de trs

molculas, suas frmulas e seus nomes.

Nos slidos e lquidos moleculares, as molculas esto dispostas juntas e bem prximas.

A Figura 2.2 mostra duas representaes de dixido de carbono slido conhecido como gelo

seco. (Veja novamente a Figura 2.2.) Observe que as molculas de CO2 podem ser identificadas

individualmente mesmo estando prximas umas das outras.

Alguns elementos no se combinam, existindo em forma molecular, e geralmente so

representados por frmulas moleculares. O oxignio encontrado no ar como molcula

diatmica O2 e o nitrognio, como molculas N2. Uma forma do elemento fsforo contm

molculas tetratmicasP4 e o enxofre geralmente consiste em molculas octatmicasS8.

(a)(b)


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As foras entre os tomos em uma molcula so tipicamente fortes, e as foras entre as

molculas so geralmente muito fracas. Enxofre slido consiste em molculas de S8 no qual os 8

tomos de enxofre esto fortemente ligados entre si, contudo, suas molculas permanecem juntas

devido a foras muito fracas.

AS FRMULAS EMPRICAS

Um segundo tipo de frmula, a frmulaemprica, d somente nmero relativo de tomos

de diferentes elementos em um composto, sendo que tais nmeros so expressos como uma razo

mais simples. A frmula emprica da glicose, a qual consiste em tomos de carbono, hidrognio e

oxignio em uma proporo de 1:2:1, CH2O. (As frmulas empricas so tambm chamadas de

frmulas mais simples.) A frmula molecular de uma substancia sempre um nmero inteiro dasua frmula emprica. Por exemplo, a frmula molecular da glicose C6H12O6 que 6 vezes sua

frmula emprica. Enquanto a frmula emprica d somente uma proporo de tomos, a frmula

molecular d o nmeroreal de tomos de cada elemento em uma molcula individual. Em alguns

casos a proporo de tomos apresentada na frmula molecular no pode ser reduzida para

nmeros inteiros menores, e como um resultado, as frmulas molecular e emprica so as

mesmas. Este o caso da sacarose, C12H22O11.

Substncias moleculares so geralmente representadas por frmulas moleculares, se o

nmero de tomos de cada elemento na molcula conhecido. Contudo, para substncias que no

so compostas de molculas, possvel escrever somente uma forma emprica. Uma das

substncias o carbeto de silcio, um slido duro usado como um abrasivo e conhecido como

carborundum. Este composto constitudo dos elementos silcio (Si) e carbono (C); em sua

estrutura cada tomo de silcio rodeado por (e ligado a) 4 tomos de carbono, e cada tomo de

carbono e semelhantemente circundado por 4 tomos de silcio, como mostrado na Figura 2.3. A

ligao normal de tomos de carbono e silcio estende-se em 3 dimenses (ao longo da pequena

poro mostrada no esquema) e somente termina no limite fsico do cristal carbeto de silcio.

Pode-se ver que no h pequenos agregados separados de tomos nesta estrutura. No h

molculas no carbeto de silcio.

Em uma amostra de carbeto de silcio o nmero total de tomos de silcio igual ao

nmero total de tomos de carbono. Em outras palavras, a razo dos tomos de silcio para os


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tomos de carbono 1:1 e, assim, escrevemos a frmula emprica como SiC. Exemplos de

frmulas empricas so ilustradas na Tabela 2.1. Note que, embora as frmulas moleculares

possam ser escritas somente para substncias moleculares, as frmulas empricas podem ser

escritas para todos os compostos.


A Tabela 2.1 mostra que o acetileno e o benzeno tm frmulas empricas iguais, mas

diferentes frmulas moleculares. Isto no incomum; uma frmula emprica pode no ser

adequada para especificar um composto. (Realmente, em alguns casos quando a frmula

molecular no distingue especificamente um composto.).


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AS FRMULAS ESTRUTURAIS

Um terceiro tipo de frmulas a frmula estrutural. A frmula estrutural de uma

substncia molecular no d somente o nmero de cada tipo de tomo na molcula, mas tambm

mostra como eles esto ligados entre si no interior da molcula. A Figura 2.4 apresenta frmulas

estruturais de diversas molculas.

2.3MASSA ATMICA E OUTROS TIPOS DE MASSA

Uma importante propriedade de um tomo sua massa. Expressa em gramas, a massa de

um tomo de oxignio 2,7 x 10-23g. Este nmero extremamente pequeno e um grama uma

massa muito grande em comparao com a massa de um tomo de oxignio. Quando indicamos

massas de tomos conveniente usarmos uma unidade massa que seja muito menor do que um

grama, na qual a massa atmica poder ser indicada com valores que vo de um a vrias

centenas. (Indicar a massa de um tomo em gramas como expressar a massa de uma pulga em

toneladas.).


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AS MASSAS ATMICAS

A massa de um tomo conhecida como massa atmica e normalmente expressa pelo

uso de uma unidade extremamente pequena chamada de unidade de massa atmica, abreviada u

(Dalton). Arredondando para o inteiro mais prximo, a massa de um tomo de oxignio 16 u, a

massa de um tomo de flor 19 u, e a de tomo de ouro, 197 u. O tomo que tem a menor

massa o hidrognio, 1 u. Uma unidade de massa atmica 1/12 avos da massa do istopo de

carbono mais comum. (Istopos so variedades de tomos de um elemento; ver conceito em

seguida.).

Uma tabela de massas atmicas de todos os elementos dada no incio deste livro. Nesta

tabela cada massa atmica dada com pelo menos quatro algarismos significativos e representa a

massa mdia dos tomos de um elemento.

Muito embora massas atmicas sejam normalmente indicadas sem unidades nas tabelas e

grficos,udeve ser sempre subentendido.


Na tabela de massas atmicas (aquela das pginas iniciais), os valores so dados com

vrios algarismos significativos. Em muitos casos, quando o nmero de algarismos significativos

apresentado pequeno, resultado de limitaes experimentais na preciso da determinao.

Para outros, a natural variao global na abundncia isotpica toma impossvel fornecer um

valor mais confivel.

Estabelecemos anteriormente que a massa atmica de um elemento a massa mdia de

seus tomos, devido ao fato de que a massa dos tomos de muitos elementos no so todas iguais.


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Muitos elementos ocorrem na Terra como uma mistura de vrios tomos diferentes chamados

istopos, cada um com uma massa diferente. (Ns discutiremos a razo para a existncia de

istopos na Seo 5.2.) 0 valor da massa atmica de cada elemento a massa de um "tomo

mdio" de elemento. Com poucas excees, os istopos de um elemento tm essencialmente as

mesmas propriedades qumicas. Veremos rapidamente por que isto verdade.

AS MASSAS MOLECULARES

A massa de uma molcula a soma das massas de seus tomos componentes e chamada

massa molecular. Por exemplo, sendo que a massa atmica do carbono 12,0 u e a do

hidrognio 1,0 u, ento a massa molecular do etileno, frmula molecular C 2H4, 2(12,0 u) +

4(1,0 u), ou 28,0 u.

AS MASSAS DE FRMULAS

A soma das massas de tomos indicada em uma frmula emprica chamada massa de

frmula emprica, ou mais simplesmente, massa de frmula. Realmente, o termo massa de

frmula significa a soma das massas de tomos representada em qualquer frmula, podendo ser

emprica ou molecular. Conseqentemente, para uma substncia molecular, os termos massa

molecular e massa de frmulapodem ser usados permutavelmente. No caso de uma substncia

no-molecular, o grupo de tomos mostrado na frmula emprica chamado uma frmula

unitria, e esta massa, a massa de frmula. Por exemplo, a frmula emprica de cloreto de clcio,

que no um composto molecular, CaCl2. Assim, uma frmula unitria de cloreto de clcio

consiste em um tomo de Ca e dois tomos de Cl. Das massas atmicas de Ca (40,1 u) e Cl (35,5

u), calculamos que a massa de frmula do CaCl2 40,1 u+2(35,5u), ou 111,1u.

Exemplo 2.1 Parathion um composto txico que tem sido usado como inseticida. Sua

frmula molecular C10H14O5NSP. Qual a massa molecular do parathion? (Massas atmicas:

C= 12,0; H= 1,0; H= 1,0; O= 16,0; N= 14,0; S =32,1; P=31,0.)

Soluo: 10 tomos de C: Massa =.10 x 12,0 u = 120,0 u

14 tomos de H: Massa = 14 x 1,0 u = 14,0 u

5 tomos de O: Massa = 5 x 16,0 u = 80,0 u

1 tomo de N: Massa = 1 x 14,0 u = 14,0 u


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1 tomo de S: Massa = 1 x 32,1 u = 32,1u

1 tomo de P: Massa= 1 x 31,0 u = 31,0 u

Massa molecular do parathion = 291,1 u

ProblemaParalelo: Epinephrine, algumas vezes chamado de adrenalina, um hormnio

produzido na glndula supra-renal em humanos e outros animais. Sua frmula molecular

C9H13O3N. Qual amassa molecular de epinephrine? (Massas atmicas: C = 12,0; H = 1,0; O =

16,0; N= 14,0.) Resposta: 183 u.

Exemplo 2.2 A frmula emprica do sulfato de alumnio Al2(SO4)3. Qual a sua massa

de frmula? (Massas atmicas: Al = 27,0; S = 32,1; O =16,0.).

Soluo: A frmula Al2(SO4)3 indica que uma frmula unitria consiste em 2 tomos deAl, 3 tomos de S, e 3 x 4, ou 12, tomos de O.

2 tomos de Al: Massa = 2(27,0 u) = 54,0 u

3 tomos de S: Massa = 3(32,1 u) = 96,3 u

12 tomos de O: Massa = 12(16,0 u) = 192 u

Massa de frmula do Al2(SO4)3 = 342 u

ProblemaParalelo: A frmula emprica do fosfato de clcio, usado como matria-prima

de fsforo em fertilizantes, Ca3(PO4)2.Qual sua massa de frmula? (Massas atmicas: Ca =

40,1; P = 31,0; O = 16,0.) Resposta: 310 u.

2.4O MOL

Um nico tomo to pequeno que, para que uma amostra de matria possa ser vista e

manipulada, esta precisa consistir em um enorme nmero de tomos. Por essa razo,

conveniente especificar um nmero total de tomos em uma amostra, no como tomos

individuais, mas, preferencialmente, em termos de "pacotes" consistindo em um certo nmero de

tomos, do mesmo modo que indicamos o nmero de ovos em uma cartela por dzia.A dzia

qumica" , entretanto, um nmero grande.


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O NMERO DE AVOGRADO

Uma tabela de massa atmica, tal como as pginas iniciais deste livro, indica que a massa

atmica do oxignio 16,0 u. Isto significa que a massa de um nico tomo de oxignio 16,0 u.

Agora, consideremos um grupo ou, coleo de tomos de oxignio consistindo em um nmero

extremamente grande de tomos, to grande que amassa do agrupamento inteiro 16,0 gramas.

O nmero de tomos neste grupo ser colossal: 6,02 x 1023 (Vocs imaginam que este nmero

extremamente grande. Apesar disso, um nico tomo de oxignio tem uma massa extremamente

pequena, e assim deve-se ter um nmero grande de tomos em 16,0 gramas.) Resumindo: um

tomo de oxignio tem uma massa de 16,0 u, e um grupo ou coleo de 6,02 x 1023 tomos de

oxignio tem uma massa de 16,0 gramas.

Considerando-se outro elemento: o enxofre. A tabela indica que a massa atmica do

enxofre 32,1 u. Isto significa que um tomo de enxofre tem uma massa de 32,l u, o que pareceser mais que duas vezes a massa de um tomo de' oxignio. Agora, imagine o agrupamento de

muitos tomos de enxofre e que a massa da coleo inteira 32,1 gramas.

Novamente, o nmero de tomos no grupo inteiro ser 6,02 x 1023. Por que este nmero

aparece novamente? Se um nico tomo de enxofre tem uma massa de aproximadamente duas

vezes a de um tomo de oxignio, ento 6,02 x 1023 tomos de enxofre devem ter uma massa de

aproximadamente duas vezes a de 6,02 x 1023 tomos de oxignio. Ou, mais precisamente, se

massas de tomos independentes de enxofre e oxignio esto em uma razo de 32,1:16,0, ento

as massas de nmeros iguaisde tomos de enxofre e oxignio devem manter a mesma proporo.

Isto significa que se 6,02 x 1023 tomos de oxignio tm uma massa de 16,0 gramas, ento o

mesmo nmero de tomos de enxofre deve ter uma massa de 32,1/16,0 x 16,0 = 32,1 g. O

nmero 6,02 x 1023 um nmero importante ao qual dado um nome especial: nmero de

Avogadro (Lorenzo Romano Amedeo Carlos Avogadro di Quaregua e si Cerreto (1776 - 1856), advogado e fsico italiano, foi

um dos primeiros cientistas a distinguir tomos de molculas.). Este o nmero de tomos de oxignio, enxofre,

ou de qualquer outro elemento, que deve ser reunido com a finalidade de que o grupo inteiro

apresente uma massa em gramas que numericamente igual massa atmica em u. Para cada

elemento este 6,02 x 1023 tomos.


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MOLS DE TOMOS

Uma coleo ou grupo de nmeros de Avogadro de tomos recebe um nome especial: um

mol de tomos. (Mol usado oficialmente pelo SI.) Entretanto, devido massa atmica do

oxignio ser 16,0, podemos dizer que um tomo de oxignio tem uma massa de 16,0 u e, em

adio, que um mol de tomos de oxignio tem uma massa de 16,0 gramas. Similarmente,

podemos dizer que para o elemento enxofre (massa atmica 32,1), a massa de um tomo 32,1 u,

e a massa de um mol de tomos de enxofre 32,1 gramas. E lembrando: um mol de tomos de

oxignio, tomos de enxofre, tomos de ferro ou tomos de qualquer elemento consiste em 6,02 x

1023 tomos.

Exemplo 2.3 Uma amostra de nitrognio gasoso contm 4,63 x 1022 tomos de N.

Quantos mols de tomos de N apresenta?Soluo:

Mtodo 1: Desde que 6,02 x 1023 tomos e 1 mol de tomos so medidas equivalentes,

escrevemos: 6,02 x 1023 tomos de N 1 mol de tomos de N onde, como anteriormente

(Captulo 1), usamos o smbolo para indicar equivalncia. Entretanto,

Desta relao, obtemos um fator unitrio:

e a usamos para calcular a quantidade de mol de tomos de N em 4,63 x 10 22 tomos de:

Mtodo 2: Como o nmero de ovos dividido por 12 ovos d o nmero de dzias de ovos, o

nmero de tomos dividido por 6,02 x 1023 tomos por mols d o nmero de mols de tomos.


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Problema Paralelo: Uma amostra de cloro gasoso contm 8,98 x 1023 tomos de Cl.

Quantos mols de tomos de cloro esto contidos nesta amostra? Resposta: 1,49 mol.

Exemplo 2.4Quantos mols de tomos de cobre esto presentes em 3,05 gramas de cobre?

(Massa atmica: Cu = 63,5.),

Soluo: Um tomo de cobre tem uma massa de 63,5 u, e assim um mol de tomos de Cu

tem uma massa de 63,5 g. Entretanto, podemos escrever a equivalncia:

Problema Paralelo: Um pedao de ouro tem uma massa de 12,6 g. Quantos mols de

tomos de ouro esto presentes? (Massa atmica: Au = 197,0.) Resposta: 0,0640 mol.

Exemplo 2.5Quantos tomos esto presentes em um pedao de enxofre tendo uma massa

de 10,0 g? (Massa atmica: S =32,1.)

Soluo: Um tomo de S tem uma massa de 32,1 u, e assim 1 mol de tomos de S tem

uma massa de 32,1 g. Entretanto, 10,0 g de S so

desde que 1 mol de tomos de enxofre consiste em 6,02 x 10 23 de S, 0,312 mols de tomos de S

consiste em:

Alternadamente, podemos realizar este clculo em uma etapa composta:


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ProblemaParalelo: Quantos tomos esto presentes em um pedao de ferro que tem uma

massa de 65,0 gramas? (Massa atmica: Fe =55,8.) Resposta: 7,01 x 10 23 tomos.

Exemplo 2.6Qual a massa de 8,46 x 1024 tomos de flor? (Massa atmica: F = 19,0.)

Soluo:

ProblemaParalelo: Uma amostra de magnsio consiste em 1,92 x 1022 tomos de Mg.

Qual a massa da amostra em gramas?(Massa atmica: Mg=24,3.) Resposta: 0,775g.

MOLS DE MOLCULASUsamos o mol no somente para quantificar tomos, mas tambm outras coisas, como por

exemplo, molculas. Poderamos citar um mol de molculas de gua, de molculas de dixido de

carbono, ou de molculas de acar. Em cada caso um mol de molculas 6,02 x 1023 molculas,

que o nmero de Avogadro de molculas.

Como podemos determinar a massa de um mol de molculas? Para cada substncia a

massa de um mol de molculas em gramas numericamente igual massa molecular. Isso

significa que cada vez que adicionamos massas atmicas para obter a massa molecular (em u), ao

mesmo tempo estamos obtendo a massa de um mol de molculas (em gramas), por serem

numericamente as mesmas.

Exemplo 2.7 Qual a massa de 1,00 mol de molculas de dixido de enxofre (SO2)?

(Massas atmicas: S =32,1; O= 6,0.).

Soluo: A massa de uma nica molcula SO2 a soma de suas massas atmicas: 32,1 u

+ 2(16,0 u), ou 64,1 u. Assim, se uma molcula de SO2tem uma massa de 64,1 u, 1,00 mol de

molculas de SO2tem uma massa de 64,1u:

Problema Paralelo: Qual massa de 0,674 mol de molculas de hexaxido de

tetrafsforo (P4O6)? (Massas atmicas: P = 31,0; O= 16,0.) Resposta: 148 g.


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MOLS DE FRMULAS UNITRIAS

Podemos quantificar frmulas unitrias pelo mol. Por exemplo, um mol de frmula

unitria de carbeto de silcio (SiC) e 6,02 x 1023 frmulas unitrias (cada uma consiste em um

tomo de Si e um tomo de C). A massa de uma frmula unitria igual soma de suas massas

atmicas (expressa em u), e a massa de um mol frmulas unitrias o mesmo nmero, mas

expresso em gramas.

Exemplo 2.8 Calcular a massa de 1,00 mal de frmulas unitrio de nitrato de potssio,

KNO3. (Massas atmicas: K =39,1; N = 14,0; O=16,0.).

Soluo: A massa de uma frmula unitria de KNO3 a soma de suas massas atmicas:

39,1 u + 14,0u + 3(16,0 u), ou 101,1 u. Portanto, a massa de 1,00 mol de frmula unitria

101,1g.

ProblemaParalelo: A frmula emprica de fosfato de sdio Na3PO4. Qual a massa de

0,146 mols de frmula unitria de Na3PO4? (Massas atmicas: Na = 23,0; P = 31,0; O = 16,0.)

Resposta: 23,9 g.

2.5A COMPOSIO ESTEQUIOMTRICA

A composio estequiomtrica, tambm chamada de frmula estequiomtrica, o estudo

da relao entre a frmula de um composto e a proporo de seus elementos constituintes.

OS SIGNIFICADOS DAS FRMULAS QUMICAS

A frmula qumica geralmente usada para representar uma substncia. Assim, por

exemplo, H2O representa a substncia gua, NaCl representa sal de cozinha, e C9H8O4, aspirina.

Qualitativamente, uma frmula simplesmente representa o nome de uma substncia.

Quantitativamente, a frmula representa uma molcula ou uma frmula unitria de uma

substncia, e esta indica o nmero de cada tipo de tomo em uma molcula ou frmula unitria.

Assim, a frmula molecular do composto nicotina, C10H14N2 indica que uma molcula de

nicotina consiste em 10 tomos de C, 14 tomos de H e 2 tomos de N. Analogamente, a frmula

emprica K2SO4 para o composto no-molecular sulfato de potssio indica que uma frmula


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unitria de sulfato de potssio consiste em 2 tomos de potssio, 1 tomo de enxofre e 4 tomos

de oxignio.

Quantitativamente, a frmula qumica tambm usada para representar um mol de

molculas ou frmulas unitrias de uma substncia. Ela descreve a composio de substncia

especificando o nmero de mols de tomos de cada elemento em um mol de molculas ou

frmulas unitrias. Assim, um mal de molculas de nicotina (C10H14N2) consiste em 10 mols de

tomos de carbono, 14 mols de tomos de hidrognio e 2 mols de tomos de nitrognio.

Analogamente, 1 mol da frmula unitria de K2SO4 consiste em 2 mols de tomos de potssio, 1

mol de tomos de enxofre e 4 mols de tomos de oxignio.

Exemplo 2.9 A frmula emprica para o carbonato de ltio Li2CO3. Uma frmula

unitria de Li2CO3 consiste em quantos tomos de cada elemento?Soluo: A partir da frmula, vemos que em uma frmula unitria de Li2CO3 h 2 tomos

de Li; 1 tomo de C e 3 tomos de O.

ProblemaParalelo: 2,3,7,8-tetraclorodibenzeno-p-dioxina um txico poderoso obtido

pela produo de certos herbicidas. Conhecido simplesmente como dioxina, tem a frmula

molecular C12H4O2Cl4. Quantos tomos de C, H, O e CI esto presentes na molcula de dioxina?

Resposta: 12 C, 4 H, 2 O e 4 tomos de Cl.

Exemplo 2.10 Em 1,00 mol da frmula unitria de Li2CO3, quantos mols de tomos de

Li, C e O esto presentes?

Soluo: A frmula mostra que 1,00 mol de frmula unitria de Li2CO3 consiste em 2,00

mols de tomos de Li, 1,00 mol de tomos de C e 3,00 mols de tomos de O.

Problema Paralelo: Em um mol de molcula de dioxina (ver acima), quantos mols de

tomos de C, H, O e Cl esto presentes? Resposta: 12,0mols de tomos de C, 4,00 mols de

tomos de H, 2,00 mols de tomos de O e 4,00 mols de tomos de Cl.

Exemplo 2.11: A frmula molecular da cafena C8H10O2N4. Em uma amostra contendo

0,150 mols de molculas de cafena, quantos mols de tomos de C, H, O e N esto presentes?


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Soluo: Em 0,150 mol de molculas de C8H10O2N4 h:

ProblemaParalelo: A frmula emprica do sulfito de sdio Na2SO3. Quantos mols de

tomos de Na, S e O esto presentes em 3,45 x 10-2 mol de frmula unitria de Na2SO3?

Resposta: 6,90 x 10-2 mol de tomos de Na, 3,45. x 10-2 mol de tomos de S e 1,04 x 10-1 mol de

tomos de O.

DETERMINAODA ANLISE ELEMENTAR A PARTIR DE FRMULAS

Dada a frmula emprica ou molecular, podemos facilmente determinar a anlise

elementar de um composto, tambm conhecida como sua composio percentual em massa.

Exemplo 2.12 O cido butrico, um composto produzido quando a manteiga se deteriora,

tem a frmula C4H8O2. Voc pode dizer se esta a frmula molecular apenas olhando-a? Qual

a anlise elementar do cido butrico?

Soluo: Comeamos encontrando o nmero de mols de tomos de C, H e O em um mol

de molcula de C4H8O2. (Realmente, embora 1 mol tome a aritmtica um pouco mais simples,

qualquer nmero de mols tambm poder ser usado.) Um mol de molculas de C4H8O2 possui 4

mol de tomos de C, 8 mol de tomos de H e 2 mol de tomos de O.


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Agora necessitamos encontrar a massa de cada uma destas quantidades. Da tabela da

peridica dos elementos, obtemos as seguintes massas atmicas: C = 12,0; H = 1,01e O = 16,0.

Destes dados, sabemos que 1 mol de tomos de C tem urna massa de 12,0 g; 1 mol de tomos de

H tem uma massa de 1,01 g; e 1 mol de O tem uma massa de 16,0 g. Agora quais massas destes

elementos esto presentes em 1 mol do composto?

Assim, a massa de 1 mol de C4H8O2 48,0 g + 8,08 g + 32,0 g + 88,1 g. Agora tudo que

precisamos fazer encontrar a contribuio percentual de cada elemento na massa de 88,1 g:

Problema Paralelo: cido oxlico, H2C2O4, um composto moderadamente txico

encontrado em ruibardo e outras plantas. Qual a anlise elementar do cido oxlico? Resposta:

2,24% H; 26,7% C e 71,1% O, em massa.


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DETERMINAO DA FRMULA EMPRICA A PARTIR DE UMA ANLISE

ELEMENTAR

Uma frmula emprica expressa as razes entre os nmeros de mols de tomos e um mol

de frmulas unitrias. Isto fornece um meio de achar a frmula emprica de um composto pela

sua anlise.

Exemplo2.13 Acredita-se que o nitrato de peroxiacetila (NPA) desempenha um papel na

formao da neblina fotoqumica. Ele tem a seguinte composio percentual em massa: 19,8% de

C; 2,5% de H; 66,1 % de O e 11,6% de N. Qual a frmula emprica do (NPA)?

Soluo: Iniciamos considerando alguma quantidade de NPA e achando quantos gramas

de C, H, O e N. esto presentes nesta quantidade. Realmente, qualquer quantidade servir porque

estamos somente procurando uma razo, porm conveniente escolher exatamente 100 g. Isto faz

com que o nmero de gramas de um elemento seja numericamente igual percentagem daqueleelemento(19,8%de 100 g 19,8 g, por exemplo.) Em 100 g de NPA h, portanto, 19,8 g de C, 2,5

g de H, 66,1 g de O e 11,6 g de N.

A seguir necessitamos encontrar o nmero de mols de cada espcie de tomos nesta

amostra de 100,0g. Desde que 1 mol de cada elemento tem uma massa que numericamente

igual a sua massa atmica, porm expresso em gramas, os nmeros de mols dos quatros

elementos so:

Agora, precisamos determinar a razo simples entre esses nmeros de mols. Esta razo

expressa os nmeros relativos de mols dos tomos de cada elemento no composto e pode ser

escrita (para C, H, O e N) como 1,65:2,5:4,13:0,829. E isto conduz a uma frmula emprica com

fraes decimais como subndices:

C1,65H2,5O4,13N0,829


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A fim de converter a razo expressa em nmeros inteiros, dividimos cada um dos nmeros pelo

menor deles; neste caso, por 0,829. [NOTA: dividindo-se todos os nmeros pelo mesmo nmero

(diferente de zero) a razo nunca muda.]

Estes nmeros podem ser arredondados dando-nos 2:3:5:1, desse modo a frmula

emprica do NPA C2H3O5N.

ProblemaParalelo: Frutose, ou acar de frutas, tem 40,0% C, 6,7% H e 53,3% O, em

massa. Qual a sua frmula emprica? Resposta: CH2O.

AS FRMULAS MOLECULARES

Se a frmula emprica de um composto molecular conhecida, ento somente um pouco

mais de informao necessria a fim de determinar a frmula molecular. Esta informao a

sua massa molecular.

Exemplo 2.14 O etano um composto molecular que tem a frmula emprica CH3. A

massa molecular' do etano determinada experimentalmente 30,1. Encontre a frmula molecular

do etano.

Soluo: A razo indicada na frmula molecular deve ser equivalente razo indicada na

frmula emprica, isto , 1:3. Isto no auxilia muito, porque a frmula molecular pode ser CH3 ou


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C2H6 ou C3H9 ou C4H12 etc. Entretanto, para cada uma destas possibilidades a molcula teria uma

massa diferente. Podemos somar as massas atmicas a fim de encontrar a massa de frmula

correspondente a cada uma das possibilidades at encontrarmos uma que concorde com a massa

molecular conhecida. Porm, este tipo de comparao de tentativa e erro no realmente

necessrio. Qualquer que seja a frmula molecular, ela deve ser algum mltiplo da frmula

emprica. Assim, a massa molecular deve ser o mesmo mltiplo da massa de frmula emprica.

Ento, tudo que necessitamos fazer dividir a massa molecular conhecida, 30,1 u/molcula, pela

massa de frmula (emprica) de CH3, 15,03 u/frmula unitria:

30,1 u/molcula = 2 frmulas unitrias/molculas15,03 u/frmula unitria

Deste resultado conclumos que h duas frmulas unitrias (unidades de CH3) emcada molcula,

assim a frmula molecular do etano precisa ser (CH3)2 ou, como normalmente escrita: C2H6.

Problema Paralelo: Frutose um composto molecular de frmula emprica CH2O. Sua

massa molecular 180,2. Qual a frmula molecular da frutose? Resposta: C6H12O6.


Duas observaes podem ser feitas: primeiro, como j estabelecemos, as unidades das

massas atmicas, molecular e de frmula so normalmente omitidas para simplificar. (Umatabela de massas atmicas na qual as unidades so especificadas uma raridade.) Embora isto

parea um costume: em desuso, na prtica isto causa um pouco de dificuldade. Na declarao

"A massa molecular da gua 18", subentende-se que a unidade u.

Segundo, aps ler muitos exemplos de clculos numricos baseados nas frmulas, voc

ser tentado a resolver cada "tipo de problema" por meio de uma "rotina", acabando por

memoriz-la. Isto pode parecer prtico, porm uma armadilha; se usar este procedimento,

voc perder o real significado das frmulas qumicas, podendo ocorrer mais tarde resultados

desastrosos. Estude cada exemplo cuidadosamente: em vez de tentar meramente memorizar um

mtodo, observe a lgica do mtodo anterior e, assim que voc se deparar com um problema,

ser capaz de resolv-lo, encontrando o mtodo mais adequado.


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2.6AS EQUAES QUMICAS

Assim como os smbolos qumicos e as frmulas representam elementos e compostos, as

equaes qumicas representam as reaes. Por exemplo, considere a combusto (queima) de

carbono pelo oxignio para formar um composto dixido de carbono. Esta reao representada

pela equao:

C(s) + O2(g) CO2(g)

esquerda desta equao esto indica os reagentes, carbono e oxignio, e direita, o

produto, dixido de carbono. Usamos "O2" para o oxignio (em vez de "O"), porque ele

representa a molcula de oxignio. A equao pode ser lida: "Carbono reage (ou combina-se)

com o oxignio para formar dixido de carbono". A seta pode ser lida "forma", "produz", "reage

para formar" etc. As anotaes (s) e (g) no so absolutamente necessrias, porm servem parasuplementar a equao bsica, dando informao acerca dos estados dos reagentes e produtos. (s)

significa slido, e (g) significa gs. Outras abreviaes incluem (l) para lquido e (aq)para uma

substncia dissolvida em gua (soluo aquosa).

Os smbolos e frmulas na equao representam no somente os nomes das vrias

substncias; mas tambm tomos, molculas e frmulas unitrias. Assim, a equao anterior pode

tambm ser lida: "Umtomo de carbono combina-se com uma molcula de oxignio para formar

umamolcula de dixido de carbono".

A equao anterior est balanceada. Uma equao balanceada deve mostrar, entre

outras coisas, que os tomos so conservados na reao; todos os tomos nos reagentes devem ter

correspondentes nos produtos. Uma equao balanceada consistente com o fato de que, nas

reaes qumicas, tomos no so criados ou destru-los.

Outra equao,

CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(g),

Representa a combusto do metano (gs natural) pelo oxignio para formar dixido de

carbono e gua gasosa (vapor). Esta equao tem o coeficiente 2 tanto em O2 como em H2O a

fim de possibilitar o balanceamento da equao. (Subentende-se que o coeficiente de CH4 e CO2

1.) Sem estes coeficientes, os tomos de hidrognio e oxignio no estariam balanceados; isto ,

haveria nmeros desiguais nos lados opostos da equao.


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O BALANCEAMENTO DAS EQUAES POR TENTATIVAS

Muitas das equaes qumicas mais simples podem ser balanceadas por tentativas, como

mostram os seguintes exemplos.

Exemplo 2.15 Balanceie a equao da queima do butano, C4Hl0, pelo oxignio, para

formar dixido de carbono e gua (omitimos a notao indicando o estado para simplificar):

C4Hl0 + O2 CO2 + H2O

Soluo: Examine a equao e escolha um elemento para balancear em primeiro lugar.

Um bom procedimento iniciar com a frmula que tem o maior nmero de tomos ou o maior

nmero de elementos diferentes; neste caso, C4H10.

Etapa 1: Primeiro balanceie o carbono. Notando que h quatro tomos de carbono (em

uma molcula de C4H10) no lado esquerdo da equao e somente um no lado direito (na molcula

de CO2), comearemos colocando um 4 na frente do CO2:

C4Hl0 + O2 4CO2 + H2O

Etapa 2: Agora, olhe para o outro elemento, H, em C4H10. H 10 H tomos (em uma

molcula de C4H10) esquerda e somente 2 (em uma molcula de H2O) direita. A fim de

balancear os tomos de H, necessitamos escrever um 5 na frente de H2O porque 5 x 2 =10:

C4Hl0 + O2 4CO2 + 5H2O

Etapa3: Os tomos de oxignio so os nicos que no esto balanceados esquerda; para

serem balanceados, deve-se colocar um coeficiente apropriado em O2. Contudo, neste caso o

coeficiente precisa ser uma frao, por haver um nmero total de (4 x 2) + 5, ou 13, tomos de

oxignio direita. Entretanto, escrevemos 13/2, ou 6,5, em frente de O2.


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Etapa 4 As fraes so muitas vezes pouco prticas, por isso normalmente usamos

somente coeficientes inteiros nas equaes balanceadas. (Embora coeficientes fracionrios sejam

adequados para alguns propsitos, por enquanto, ser melhor evit-los.) Nesta equao, ento,

eliminamos o 13/2 pela multiplicao por 2:

Etapa 5 Por ltimo, checamos nosso trabalho de adio de nmero dos tomos de cada

elemento em cada lado da equao:

Problema Paralelo: Balanceie a equao para a queima do etanol (lcool de cereal),

C2H5OH, pelo oxignio para formar CO2 e H2O. Resposta: C2H5OH+ 3O2 - 2CO2 + 3H2O.

Ao balancear uma equao, uma regra importante que no deve ser esquecida: nunca

altere a frmulade um reagenteou produto durante o processo de balanceamento. Os seguintes

exemplos ilustram as conseqncias do no-cumprimento desta regra.

Exemplo 2.16 Balanceie a seguinte equao para a queima de hidrognio pelo oxignio

para formar gua:

H2 + O2 H2O

SoluoIncorreta: No correto balancear esta equao colocando-se um subndice 2

aps o O em H2O.

H2 + O2 H2O2


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Isto errado porque altera a equao, no mais descrevendo a mesma reao. Embora

balanceada, a nova equao mostra perxido de hidrognio, H2O2, em vez de gua.

SoluoCorreta: A equao ser corretamente balanceada colocando-se inicialmente um

coeficiente 2 em frente da H2O:

H2 + O2 2H2O

e ento, colocando um 2 em frente do H2, temos:

2H2 + O2 2H2O

ProblemaParalelo: xido de nitrognio, NO, reage com oxignio para formar dixido

de nitrognio. Escreva a equao para esta reao e inclua a notao, mostrando que todos os

reagentes e produtos so gasosos. Resposta: 2NO(g) + O2(g) 2NO2(g).


Algumas vezes os estudantes tm a idia errnea de que so capazes de completar uma

equao quando lhes so dados somente os reagentes, imaginando quais devamser os produtos.

Isto no possvel sem um conhecimento qumico maior do que o seu neste estgio. Por exemplo,

na reao anterior NO com O2, o produto poderia ser NO2, N2O2, N2O3, N2O4 ou N2O5, os quais

sabe-se que todos existem. O produto real depende das condies s quais os reagentes so

submetidos. Voc eventualmente ser capaz de predizer os produtos de muitas reaes, mas, por

enquanto, no possvel.

2.7ESTEQUIOMETRIA DE REAES

OS SIGNIFICADOS DE UMA EQUAO QUMICA

Qualitativamente, uma equao qumica simplesmente descreve quais so os produtos e

reagentes de uma reao. Por exemplo,

4Fe(s) + 3O2(g) 2Fe2O3(s)

representa uma reao na qual o ferro reage com oxignio para formar o xido de ferro.

Quantitativamente, uma equao qumica balanceada especifica uma relao numrica das

quantidades de reagentes e produtos de uma reao. Estas relaes podem ser expressas em


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termos de quantidades microscpicas: tomos, molculas, frmulas unitrias etc., ou em

quantidades macroscpicas: mols de tomos, molculas, frmulas unitrias etc.

A equao:

4Fe(s) + 3O2(g) 2Fe2O3(s)

Realmente tem dois significados quantitativos: primeiro, que 4 tomos de ferro

combinam-se com 3 molculas de oxignio para formar 2 frmulas unitrias de xido de ferro e,

segundo, que 4 mol de tomos de ferro combinam-se com 3 mol de molculas de oxignio para

formar 2 mol de frmula unitria de xido de ferro.

Os coeficientes na equao balanceada descrevem razes fixas das quantidades dos

reagentes e produtos. Em escala atmica e molecular, a equao acima estabelece que tomos de

ferro e molculas de oxignio so consumidos, e frmulas unitrias de xido de ferro (xido deferro no um composto molecular) so formadas em uma razo de 4:3:2. Em uma escala real, a

equao estabelece que ferro e oxignio so consumidos, e xido de ferro formado em uma

razo de 4 mols de tomos de Fe; 3 mols de molculas de O 2; 2 mols de frmulas unitrias de

Fe2O3.

CLCULOS ESTEQUIOMTRICOS

Uma equao qumica balanceada expressa a quantidade qumica equivalente de reagentes

e produtos. Usando o smbolo para indicar esta equivalncia, pode-se dizer que na reao

anterior as quantidades de reagentes e produtos esto relacionadas do seguinte modo:

4 tomos Fe 3 molculas de O2 2 frmulas unitrias de Fe2O3

a partir do que obtemos os fatores unitrios:


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mais importante observar que nesta reao 4 mol de tomos de Fe 3 mol de

molculas de O2 3 mol de frmulas unitrias de Fe2O3 a partir do que obtemos os fatores

unitrios

Fatores unitrios como estes podem ser usados para calcular quantidades de reagentesconsumidas e produtos formados em reaes qumicas. Os seguintes exemplos ilustram o

procedimento.

Exemplo 2.17 Nitrognio gasoso e hidrognio gasoso combinam-se sob condies

apropriadas, para formar o composto amnia, NH3, de acordo com a equao:

N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)

Quantas (a) molculas de H2 so consumidas e (b) molculas de NH3 so formadas

quando 4,20 x 1021 molculas de N2 reagem?

Soluo: (a)A equao indica que uma molcula de N2 reage com 3 molculas de H2.

Assim, o nmero de molculas de H2 consumido :

(b) A equao indica que uma molcula de N2 reage para formar 2 molculas de NH3

Assim, o nmero de molculas de NH3 formado :


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ProblemaParalelo: 8,96 x 1021 molculas de H2 reagem com oxignio para formar gua

de acordo com a equao

2H2(g) + O2(g) 2H2O(g)

Quantas (a) molculas de O2 reagem e (b) molculas de H2O so formadas? Resposta: (a)

4,48 x 1021 molculas de O2; (b) 8,96 x 1021 molculas de H2O.

Exemplo 2.18Na reao

N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)

Quantos (a) mols de molculas de H2 so consumidos e (b) mols de molculas de NH3 so

formados quando 1,38 mols de molculas de N2 reage?Soluo: (a) A equao indica que 1 mol de molculas de N2 combina-se com 3 mol de

molculas de H2. Assim, o nmero de mols de molculas de H2 consumido

(b) A equao indica que 1 mol de molculas de N2 reage para formar 2 mol de molculas

de NH3 Assim, o nmero de mols de molculas de NH3 formado :

ProblemaParalelo: Na reao:

C2H4(g) + 3O2(g) 2CO2(g) + 2H2O(g)

Quantos (a) mols de molculas de O2 so consumidos e (b) mols de molculas de H2O so

formados quando 4,16 x 10-2 mol de molculas de C2H4 reagem? Resposta: (a) 1,25 x 10-1 mol

de molculas de O2; (b) 8,32 x 10-2 mol de molculas de H2O.

Exemplo 2.19 Quando o sulfeto de chumbo, PbS, e o xido de chumbo, PbO, so

aquecidos juntos, os produtos so chumbo metlico e dixido de enxofre, SO2:

PbS(s) + 2PbO(s) 3Pb(l) + SO2(g)


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Se 14,0 g de xido de chumbo reagem de acordo com a equao acima, quantos (a) mols

de tomos de chumbo, (b) gramas de chumbo, (c) tomos de chumbo e (d) gramas de dixido de

enxofre so formados? (Massas atmicas: Pb =207; S = 32,1; O=16,0).

Soluo: Para cada uma destas quatro partes, devemos usar a equao balanceada, e como

a equao estabelece uma relao quantitativa em termos de mais,precisamos primeiro encontrar

quantos mols de xido de chumbo esto presentes antes da reao. Somando-se as massas

atmicas do chumbo (207) e oxignio (16,0), encontramos a massa de frmulas do xido de

chumbo que 223. (Um mol de frmulas unitrias de xido de chumbo tem uma massa de 223

g.) Portanto, 14,0 g de PbO :

(a) A equao balanceada indica que cada 2 mol de frmulas unitrias de PbO formam 3

mol de tomos de Pb. Ento 6,28 x 10-2 mol de frmulas unitrias de PbO forma:

(b) A massa atmica do chumbo 207; ento, sabemos que 1 mol de tomos de Pb tem

uma massa de 207 g. Assim, 9,42 x 10 -2 mol de tomos de Pb tem uma massa de:

(d) A equao balanceada indica que cada 2 mol de frmulas unitrias de PbO forma 1

mol de molcula de SO2. Ento, 6,28 x 10-2 mol de frmulas unitrias de PbO formam:


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A massa molecular do SO2 32,1 + 2(16,0), ou 64,1; ento, 1 mol de molculas de SO 2

tem massa de 63,1 g. Assim, 3,14 x 10-2 mol de molculas de SO2 tem uma massa de:

ProblemaParalelo: Quando sulfeto de hidrognio, H2S, queima em excesso de oxignio,

os produtos so gua e dixido de enxofre. Se 16,0g de gua formada em tal reao, quantos (a)

mols de molculas de O2, (b) molculas de O2, (c) gramas de O2 so consumidos? (d) quantos

gramas de H2S so consumidos? Resposta: (a) 1,33 mol de molculas de O2; (b) 8,03 x 1023

molculas de O2; (c) 42,7 g de O2; (d) 30,3 g de H2S

A ANLISE DE COMBUSTOOs dados para determinar a frmula emprica de um composto so geralmente obtidos por

uma tcnica conhecida como anlisedecombusto. Neste mtodo, o composto queimado, e as

quantidades de produtos da reao de combusto so medidas. Os clculos so lustrados no

exemplo seguinte.

Exemplo 2.20Xileno uma substncia composta somente de carbono e hidrognio. Uma

amostra de xileno foi queimada em excesso de oxignio e este produziu somente como produtos

33,4 g de CO2 e 8,55 g de gua. Determine (a) a anlise elementar (composio percentual em

massa) e (b) a frmula emprica do xileno.

(a) Primeiro, somando-se as massas atmicas, obtm-se a massa molecular do CO2

Calcularemos o nmero de mols de molculas de CO2 e H2O formados:


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Da frmula de CO2, cada mol de molculas de CO2 contm um mol de tomos de C.

Analogamente, a mol de H2O contm 2 mol de tomos de H. Ento, o nmero de mols de tomos

de C e de H nos produtos CO2 e H2O e tambm originalmente no xileno so:

Como nenhum outro elemento est presente no xileno, a massa total da amostra original

deve ser 9,11 g + 0,960 g = 10,07g. A anlise do composto , portanto:

(b) Em seqncia, para determinar a frmula emprica, tomemos a razo do nmero de

mols de tomos de C para o nmero de mols de tomos de H, j determinada:

0,759 para 0,950

Para simplificar tal razo dividimos, ambos os nmeros pelo menor, transformando a

razo para um equivalente:

51,00 para 1,25 ou 1 para 4:

Ento, multipliquemos ambos os nmeros por 4 para remover a frao, e obteremos:

4 para 5


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Como esta a razo de mols de tomos de carbono e de hidrognio, a frmula emprica

C4H5.

Problema Paralelo: O naftaleno, que tem sido usado como conservante, composto

completamente de carbono e hidrognio. Quando uma amostra de naftaleno foi queimada, 19,6 g

de CO2 e 3,20 g de H2O foram produzidos. Qual (a) a composio percentual e (b) a frmula

emprica do naftaleno? Resposta: (a) 93,7% de C e 6,30% de H; (b) C 5H4.

PROBLEMAS COM REAGENTES LIMITANTES

Vimos que os coeficientes em uma equao balanceada indicam a relao de nmeros de

mols das espcies dos reagentes e produtos. A razo entre o nmero de mols de molculas de

hidrognio e oxignio na reao2H2(g) + O2(g) 2H2O(g)

2:1. Esta razo chamada razo estequiomtrica dos reagentes. Esta razo ,

naturalmente, fixa; se uma quantidade adicional (um excesso) de qualquer um dos reagentes

estiver presente alm da razo estequiomtrica, o excesso permanecer sem reagir. Por exemplo,

se 2,5 mol de molculas de H2 e 1,0 mol de molculas de O2 estiverem presentes no incio da

reao anterior, somente 2,0 mol de molculas de H2 reagiro, deixando 0,5 mol sem reagir.

Neste caso, o oxignio o reagente limitante, devido quantidade de gua formada ser limitada

pela quantidade de oxignio presente, no pelo hidrognio. O hidrognio encontra-se em excesso.

Se comeamos com 2 mol de molculas de H2 e 1,5 mol de molculas de O2, o H2 seria o

reagente limitante e o O2 presente estaria em excesso:


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O reagente limitante pode ser prontamente identificado por comparao da razo de mols

de molculas de reagentes realmente presentes coma razo estequiomtrica indicada na equao.

Considerando novamente a reao entre hidrognio e oxignio:

Se 0,468 mol de molculas de H2 de 0,221 mol de molculas de O2 so misturados ereagem, a real razo de reagentes :

O numerador na razo real do reagente maior do qu a razo estequiomtrica, por estar

presente mais H2 do que necessrio para reagir com todo O2 presente. Em outras palavras, H2

est presente em excesso, e O2 o reagente limitante.

Se, por outro lado, 0,372 mol de molculas de H2 e 0,194 mol de molculas de O2 esto

presentes, ento a razo real de reagentes :

E, assim, esta menor do que a razo estequiomtrica de 2/1, ou 2; isto significa que o,

denominador na razo real foi "muito grande", indicando um excesso de O2. Neste caso H2 o

reagente limitante.


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Uma vez identificado o reagente limitante, a quantidade deste (em mols) pode ser usada

para calcular as quantidades dos produtos formados.

Exemplo 2.21 3,65 g de H2 e 26,7 g de O2 so misturados e reagem. Quantos gramas de

H2O so formados? (Massas atmicas: H =1,01; O=16,0.)

Soluo: Como a equao balanceada

2H2(g) + O2(g) 2H2O(g)

a razo estequiomtrica (H2 para O2) 2/1, ou 2. Usando as massas moleculares de H2 (2 x 1,01=

2,02) e O2 (2 x 16,0= 32,0), encontramos o seguinte nmero de mols de molculas de cada

reagente realmente presente:

A razo de mol :

Visto que a razo maior do que 2, podemos observar que o H2 est presente em excesso.

Como O2 um reagente que limita a formao de H2O, todas as molculas (0,834 mol) so

usadas, Agora podemos determinar quantos gramas de gua so formados. Primeiro, encontramos

o nmero de mols de molculas de H2O formado:

Ento, usando a massa molecular de H2O [2(1,01) + 66,0 =18,0 ], calculamos a massa de gua

formada:


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ProblemaParalelo: Termita uma mistura de alumnio e xido de ferro (Fe2O3). Quando

aquecida a uma temperatura suficientemente alta, reage com uma exibio pirotcbica

espetacular para formar ferro fundido (lquido) e xido de alumnio slido (AlO 3). Se uma

mistura de 10,0 g de Al e 50,0 g de Fe2O3 reage, quantos gramas de ferro so produzidos?

(Massas atmicas: Fe = 55,8; Al = 27,0; O = 16,0.) Resposta: 20,7g.

A ESTEQUIOMETRIA DE SOLUO

At agora, consideramos a estequiometria de reaes que usa substncias puras como

reagentes e produtos. Reaes que ocorrem em solues so tambm muito comuns.

O SOLUTO E O SOLVENTE

Muito freqentemente, um componente de uma soluo apresenta-se em uma quantidademuito maior do que a dos outros componentes. Este componente chamado solvente e cada um

dos outros componentes chamado soluto. Por exemplo, aps dissolver um grama de acar

(uma quantidade relativamente pequena) em um litro de gua (uma quantidade relativamente

grande), referimo-nos gua como o solvente e ao 'acar como o soluto. Por serem muito

comuns, as solues onde o solvente gua so chamadas soluesaquosas.

A CONCENTAO MOLAR (OU SOMENTE CONCENTRAO)

A composio de uma soluo expressa pela concentrao de um ou mais de seu

componentes. Muitas unidades de concentrao so comumente usadas; uma familiar :

percentagem em massa, tambm freqente e incorretamente chamada de "percentagem peso".

Uma garrafa de vinagre, por exemplo, poderia especificar em seu rtulo "5% significando que

5% da massa de alguma amostra de vinagre consiste no composto de cido actico, o soluto

principal. (Os outros 95% consistem principalmente em H2O)

Em qumica, a unidade de concentrao mais importante a concentrao molar, ou

molaridade, simbolizada por M (recomenda-se mol/L). Indica o nmero de mols de soluto

adicionado ao solvente em quantidade suficiente para completar um litro (um decmetro cbico)

de soluo. Ou,


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Se 1,0 L de uma soluo foi preparado pela dissoluo de 1,0 mol de cloreto de sdio,

NaCl, isto significa que esta "uma soluo de cloreto de sdio 1,0 mol/L" e abrevia-se

como"1,0 M de NaCl."


Um ponto que pode causar alguma confuso que M no usado somente como uma

abreviao para a palavra molaridade, mas tambm para indicar sua prpria unidade, "molar".

Note que especificamente "0,1 M no se l "0,1 mo1aridade, mas preferencialmente "0,1

molar".

Exemplo 2.22 Uma soluo tem um volume de 0,250 L e contm 26,8 g de cloreto de

clcio, CaCl2 Qual a concentrao molar do CaCl2? (Massas atmicas: Ca=40,1; Cl=35,5.).Soluo: Primeiro necessitamos encontrar o nmero de mols de CaCl2 usando sua massa

de frmula [40,1 + 2(35,5 )] = 111,1], encontramos:

Ento, aplicando a definio de molaridade:

Problema Paralelo 126 g de cloreto de sdio so adicionados em uma quantidade de

gua suficiente para preparar 793 cm3 de soluo. Qual a concentrao molar do NaCl? (Massas

atmicas: Na = 23,0; Cl = 35,5.) Resposta: 2,72 mol/L.

Por duas razes j mencionadas, a molaridade usualmente a unidade de concentrao

mais utilizada. A primeira est na facilidade em se preparar uma soluo de molaridade

conhecida pela pesagem do soluto, e ento preparar a soluo usando um balo volumtrico (um

recipiente de volume exato conhecido). A Figura 2.5 apresenta um balo desse tipo. O soluto

inicialmente dissolvido em uma quantidade moderada de solvente. Assim, apenas uma


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quantidade suficiente de solvente adicionada para levar o nvel do lquido at a marca no

pescoo do balo; com isso o volume da soluo fica definido precisamente.

Exemplo 2.23 Quantos gramas de nitrato de sdio, NaNO3, precisam ser usados para

preparar 5,00 x 102 mL de uma soluo 0,100 mol/L? (Massas atmicas: Na = 23,0; N =14,0; O =

16,0.)

Soluo: Primeiro calculamos o nmero de mols de NaNO3 necessrio. Como 5,00 x 102

mL 0,500 L (lembre-se: 1 L = 103 mL),

(0,100 mol/L) (0,500 L) =5,00 x 10-2 mol

A massa de frmula de NaNO3 23,0 + 14,0 + 3(16,0) = 85,0, e assim a quantidade de NaNO3

necessria

ProblemaParalelo: Quantos gramas de cloreto de magnsio, MgCl, so necessrios para

preparar 2,50 x 102mL de soluo 0,240 mol/L? (Massas atmicas: Mg=24,3; Cl = 35,5.)

Resposta: 5,72 g.

Uma segunda razo para usar a concentrao molar que, quando transferimos um

volume definido de uma soluo de molaridade conhecida, podemos facilmente calcular quantos

mols de soluto esto distribudos. Um aparelho conveniente para transferir uma amostra de

volume conhecido a pipeta (Figura 2.6). Com a pipeta, um volume pr-determinado de soluo

pode ser transferido.


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Figura 2.5 o uso de um balo volumtrico na preparao de uma soluo de molaridade

conhecida (a) Balo volumtrico vazio. (b) Adio de uma quantidade de soluto conhecida. (c)

Adio de solvente, com o balo tampado invertido vrias vezes para dissolver o soluto. (d)Nvel

da soluo elevado at a marca no pescoo do balo pela adio de mais solvente, e invertido obalo novamente para mistura final.

Exemplo 2.24Um volume de 10,00 cm3 de 0,1738 mol/L de NaCl foi transferido por uma

pipeta. Quantos mols de NaCl foram transferidos?

Soluo: 10,00 cm3 10,00 mL Em litros, isto 1,000 x 10 -2 L. A soluo contm 0,1738

mol de NaCl por litro. O nmero de mols transferidos foi ento:

(0,1738mol/L)(1,000 x 10-2L) = 1,738 x 10-2mol

Problema Paralelo: 25,0 mL de uma soluo 0,485 mol/L de sulfato de sdio, Na2SO4,

foi pipetado em um bquer. Quantos gramas de Na2SO4 foram transferidos? (Massas atmicas:

Na = 23,0; S= 32,1; O = 16,0.) Resposta: 1,72g.

DILUIO

Dois termos geralmente usados para descrever solues so concentrado e diludo. Uma

soluo concentrada apresenta uma concentrao alta de soluto; uma soluo diluda apresenta

uma concentrao baixa. A palavra diluio usada quando uma soluo pode ser mais diluda

pela adio de mais solvente.


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Figura 2.6Uma pipeta de transferncia.


No dia-a-dia costuma-se usar as palavras "forte" e "fraco" com o sentido de concentrado

e diludo, respectivamente. Entretanto, forte e fraco tm diferentes significados em qumica,

como se ver na Seo 11.6

Exemplo 2.2550,0 mL de uma soluo aquosa de nitrato de potssio, KNO3, 0,134 mol/L

diluda pela adio de uma quantidade de gua suficiente para aumentar seu volume para 225

mL. Qual a nova concentrao?

Soluo: Em litros, o volume original 0,0500 L. O nmero de mols de KNO3 em

soluo no muda com a adio de gua. Isto ,

(0,134 mol/L)(0,0500 L) =6,70 x 10-3 mol

Como o novo volume 225 mL, ou 0,225 L, a nova concentrao :


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Note que em um problema de diluio, concentrao e volume so inversamente proporcionais.

(Por exemplo, se o volume duplica, a concentrao cai para a metade.) Ento, podemos escrever

para um; diluio:

No caso do problema acima, esta torna-se:


Um problema como este mostra que a concentrao final menor que a concentraoinicial. Diluio por adio de solvente no causa umaumento na concentrao do soluto.

Problema Paralelo: 50,00 cm3 de uma soluo aquosa de sulfito de sdio, Na2SO3,

0,6219 mol/L diluda com gua at um volume final de 80,00 mol/L. Qual a concentrao

final? Resposta: 0,3887 mol/L.

OS CIDOS E AS BASESOs cidos e as bases so duas importantes classes de compostos qumicos. (As bases so

conhecidas tambm como lcalis, um nome antigo.) Provisoriamente os definimos como segue:

Um cido um composto capaz de fornecer ons de hidrognio, H+,em soluo aquosa.

Um cido reage com uma base. Uma base um composto capaz de fornecer ons hidrxidos,

OH em soluo aquosa. Uma base reage com um cido.

Um on um tomo ou grupo de tomos que carrega uma carga eltrica. Estudaremos

como os ons podem ser formados nas Sees 5.1 e 7.3.

REAES DE NEUTRALIZAAO

Em uma reao cido-base, ou reao de neutralizao, ons hidrognio de um reagente

cido com ons hidrxido de uma base formam gua ou

H+ (aq) + OH- (aq) H2O


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A gua um produto em todas as reaes de neutralizao. Consideremos a neutralizao

que ocorre quando solues aquosas de cidos clordrico, HCl, e hidrxido de sdio, NaOH, so

misturadas. A equao para a reao pode ser escrita na suposta forma molecular:

HCl(aq) + NaOH(aq) H2O + NaCl(aq)

Nesta reao, um mol de ons H+ (do HCl) combina-se com um mol de ons OH- (do

NaOH) para formar um mol de molculas de H2O. Neste caso, a razo estequiomtrica do HCl

para NaOH 1:1.

A situao diferente no caso da reao de cido clordrico com hidrxido de brio,

Ba(OH)2,

2HCl (aq) + Ba(OH)2(aq) 2H2O + BaCl2 (aq)

Desta vez a razo estequiomtrica (cido para base) ser 2:1. Em algumas reaes, de

neutralizao, um H+ (do cido) combina-se com um OH- (da base) para formar uma molcula de

H2O. Daqui pode-se ver que a razo estequiomtrica (mols de cido para mols de base)

determinada pelo nmero de ons de H+ reagentes por molculas de cido, e ons de OH- por

frmulas unitrias de base. Na equao anterior, duas molculas de HCl so necessrias para

fornecerdois ons H+ necessrios para combinarem-se com dois. ons OH- fornecidos poruma

nica frmula unitria Ba(OH)2

TITULAO

As reaes de neutralizao so importantes em um procedimento de laboratrio

conhecido como titulao cido-base, no qual a concentrao molar de um cido em uma

soluo aquosa determinada pela adio vagarosa de uma soluo bsica de concentrao

conhecida na soluo do cido. (As funes do cido e da base podem ser invertidas; ver a

seguir.)

Uma soluo de cido comumente transferida com uma pipeta e, assim, seu volume

conhecido. A soluo da base usualmente transferida por um tubo de medio chamado bureta,

e a adio desta soluo interrompida no ponto em que o nmero de mols de ons H + do cido

igual ao nmero de mols de ons OH- da base, que foram misturados. (Ver Figura 2.7.) A isto


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denominamos ponto de equivalncia, geralmente observado por uma mudana de cor de um

composto, chamado indicador, uma pequena quantidade que, foi adicionada previamente na

mistura reagente. No ponto de equivalncia, a razo do nmero de mols de cidos no incio para

mols da base que foi adicionada igual razo estequiomtrica. A bureta permite medir o

volume de base adicionado, e esse volume, juntamente com a concentrao da soluo de base e

o volume da soluo de cido, permite calcular a concentrao da soluo de cido.

Como mencionado anteriormente, o papel do cido e da base pode ser invertido, isto , a

concentrao de uma soluo pode se determinada por titulao com uma soluo de cido de

concentrao conhecida. Quando a titulao cido-base concluda, no ponto de equivalncia,a

quantidade de mols,de cido e base que est misturada encontra-se em um razo

estequiomtrica.

Exemplo 2.26 25,00 mL de uma soluo de cido sulfrico, H2SO4, de concentrao

desconhecida, titulada com uma soluo de hidrxido de sdio, NaOH, 0,1200 mol/L. A reao

pode ser representada pela equao "molecular":

Se so necessrios 38,14 mL de soluo NaOH para atingir o ponto de equivalncia, qual

a concentrao molar do cido?

Soluo: O nmero de mols de base que reagiu encontrado pela multiplicao da

molaridade da base pelo seu volume em litros:

A razo estequiomtrica (cido para base ) quando obtida da equao 1:2. Em outras palavras,

de onde obtemos o fator unitrio

e usa-se este para encontrar o nmero de mols de H2SO4 usado:


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Ento, para encontrar a molaridade do cido original, dividimos este nmero de mols pelo

volume da soluo original na qual foi dissolvido. (25,00 mL, ou 0,02500 L);

Problema Paralelo: 15,00 mL de uma soluo de hidrxido de brio, Ba(OH)2, so

exatamente neutralizados por 31,40 mL de cido clordrico 0,1428 mol/L. A reao na titulao

pode ser escrita:

Qual a concentrao da base? Resposta: 0,1495 mol/L.


Nossas definies de cido e base so preliminares. Mais detalhes sobre solues, cidos, bases

e neutralizao sero vistos nos Captulos 11,12 e 15.


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2.9O MOL: COMENTRIOS ADICIONAIS

ATERMINOLOGA DE MOLS DE COISAS DIFERENTES

O conceito de mol simples, conveniente e importante. At agora, temos sido cuidadosos,

em especificarem palavras a unidade contida por um mol. Assim, falamos de 4,14 mol de

molculas de hidrognio; 6,28 x 10-2 mol de frmulas unitrias de xido de chumbo, 3 mol de

tomos de ferro etc. Desta vez podemos tranqilamente simplificar nossa terminologia. Se j

escrevemos a frmula da entidade que est contida pelo mol, podemos desprezar este nome.

Usando as quantidades anteriores, por exemplo, pode-se escrever 4,14 mol de H2, 6,28 x 10-2 mol

de PbO e 3 mol de Fe. Note que importante escrever a frmula da substncia, no o seu nome.

Por exemplo, suponha que voc tenha escrito ou dito "um mol de hidrognio". No h maneira

de saber se significa 1 mol de tomos de H ou um mol de molculas de H2. Uma expresso tal

como "um mol de hidrognio" vaga.

Nota: Deste ponto em diante, omitimos termos tais como tomos, molculas e frmulas

unitrias quando quantidades forem especificadas por mol. Fazer isto uma prtica comum.

O TAMANHO DE UM MOL

Quanto um mol? Ambas as palavras mol e molculas tm sua origem na palavra latina

moles, que significa "poro" ou "quantidade". importante compreendermos quanta matria

est presente em um mol de alguma coisa. Um mol de gua lquida, por exemplo, uma

quantidade menor do que uma colher cheia; um mol de gs de nitrognio (N2) inflar um balo

com um dimetro de aproximadamente 14 polegadas; um mol de acar de cana(C12H22O11)

aproximadamente 3/4de uma libra. Ummolde cada elemento consiste em 6,02 x 1023 molculas.

Note que o nmero de Avogadro incrivelmente grande, impossvel de compreender ou

visualizar. maior, por exemplo, do que o nmero de gros de areia de todas as praias do mundo.

Um nmero de Avogadro de moedas tem uma massa de aproximadamente 2 x 1018 (isto , 2

septilhes) de toneladas. Se o nmero de Avogadro de folhas de papel de arroz com somente um

milsimo de polegada de espessura for posicionado em uma nica pilha, sua altura ser 100

milhes de vezes maior do que a distncia da Terra ao Sol.


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2.10 NOMENCLATURA QUMICA: PRIMEIRO CONTATO

Neste captulo demos nomes e frmulas para muitos compostos qumicos. O nmero de

compostos conhecidos excede 10 milhes, e embora haja um caminho sistemtico para

denomin-los, ns nos demoraremos em uma discusso mais profunda da nomenclatura qumica

posteriormente neste livro. Por ser importante comear a associar a frmula com a sua

nomenclatura, uma breve introduo nomenclatura ser dada.

NOMES TRIVIAIS E SISTEMTICOS

Na prtica, dois tipos de nomes so usados para identificar compostos: nomes triviais

(tambm chamados nomes comuns) e nomes sistemticos. Um nome trivial aquele que ganhou

uma aceitao de uso comum por um considervel perodo de tempo, porm no concorda com o

conjunto de regras sistemticas. Sal de cozinha, carborundum, gelo seco, amnia e cal virgem sotodos nomes comuns. Em contraste, os nomes sistemticos dos produtos qumicos obedecem a

um conjunto de regras que atualmente so recomendadas pela International Union of Fure and

Applied Chemistry (Unio Internacional de Qumica Pura e Aplicada), ou IUPAC. O nome

sistemtico para um composto geralmente ligado sua frmula, assim, um nome pode ser

determinado a partir de outro.

OS COMPOSTOS BINRIOS

Um composto binrio formado somente por dois elementos. Seu nome sistemtico

consiste em duas palavras: o nome de um elemento seguido pelo nome do outro, modificando a

terminao para eto.

Compostos Binrios Metal No-Metal Compostos binrios que consiste em um no

metal, tal como sdio, combinado comum metal, tal como cloro so denominados primeiro dando

o nome do no metal com a terminao eto seguido pelo nome do metal. Na frmula de tal

composto, o smbolo do elemento metlico colocado primeiro. Assim, o composto formado de

sdio e cloro denominado cloreto de sdio (NaCl). Note que, quando "cloro" transformado em

"cloreto", somente a raiz da palavra original permanece. Isso tambm ocorre com o "iodo", que

torna-se "iodeto", e assim por diante. Os nomes sistemticos e frmulas de alguns compostos

binrios de metal-no-metal so dados na Tabela 2.2.


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Compostos Binrios No-Metal-No-Metal. Alguns compostos binrios consistem em

dois elementos no-metlicos: um dos dois ser mais metlico em suas propriedades do que o

outro. (Discutiremos propriedade metlicas e no-metlicas no Captulo 7.) Estes compostos, so

denominados primeiro pelo elemento menos metlico, adicionando-se eto raiz do nome, como

anteriormente, seguido pelo nome do elemento mais metlico.

Em portugus, compostos binrios de metal-no-metal, em que o no-metal o oxignio, tm seu nome iniciando-se

pela palavra xido, seguido pelo nome do metal.

Assim, o nome sistemtico para um composto de nitrognio e oxignio que tem a frmula

NO xido de nitrognio. (O oxignio menos metlico que o nitrognio.)

Como voc pode decidir qual dos dois elementos mais metlico e qual menosmetlico? Ao longo de uma linha horizontal na tabela da esquerda para a direita, os elementos

tomam-se geralmente menos metlicos (e, assim, mais no-metlicos). Para uma mesma coluna

vertical na tabela peridica, os elementos tomam-se mais metlicos no sentido de cima para

baixo?


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Quando um par de no-metais combinam-se em mais de uma razo de tomos alm de

1:1, prefixos gregos so usados no nome do composto resultante para identificar o nmero

relativo de tomos presentes. O prefixo mais importante e os seus nmeros esto representados

OS COMPOSTOS TERNRIOS CONTENDO OXIGNIO

Os compostos de trs elementos, compostos ternrios, geralmente consistem em um

metal, iniciando a frmula, combinado com um segundo elemento e oxignio. Os ltimos dois

elementos constituem um grupo, que recebem nome especial, o qual deve ser memorizado. Os

nomes destes compostos so formados primeiro pelo nome do grupo seguido pelo nome do

metal. Por exemplo, no composto de sdio, nitrognio e oxignio que tem a frmula NaNO3, o

grupo de um tomo de N mais 3 tomos de O, que NO3, chamado nitrato, e o composto

denominado nitrato de sdio.Na palavra nitrato; o nitrnos diz que nitrognio est presente, e o

atoindica a presena de oxignio. Similarmente, Na2SO4 denominado sulfato de sdio. (SO4

o grupo sulfato.).

Quando for possvel formar dois compostos temrios contendo oxignio diferindo

somente no nmero de tomos de oxignio, indicados na frmula, ento o sufixo atoser usado

para o composto com mais tomos de oxignio, e itopara o de menor nmero de tomos de

oxignio. Assim, NaNO2 denominado nitrito de sdio: (Compare com NaNO3 acima.)

Exemplos de alguns compostos temrios, contendo oxignio, so dados na Tabela 2.4.


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OS CIDOS E AS BASES

A frmula de um cido usualmente escrita com os tomos de hidrognio reativos

primeiro, como no HCl e H2SO4. Um cido, particularmente um cido binrio, pode ser

denominado como outros compostos. (Por exemplo, HCl cloreto de hidrognio.) Contudo,

cidos so mais comumentes denominados como cidos da seguinte maneira sistemtica: cidos

binrios so denominados iniciando-se primeiro com a palavra cido seguida pela raiz do nome

segundo elemento acrescida do sufixo drico. Assim, HCl denominado cido clordrico.


De acordo com as recomendaes da IUPAC, os prefixos na Tabela 2.3 podem tambm

ser usados em compostos metal-no-metal, mas geralmente no so necessrios, como veremos

adiante.

cidos ternrios contendo oxignio so denominados iniciando-se com a palavra cido

seguida da raiz do nome do principal elemento do composto acrescido do sufixo ico ou oso.


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Assim, H2SO4 cido sulfrico, e H2SO3 cido sulfuroso. O sufixo ico indica mais tomos de

oxignio por molcula, e oso, menos. (Abordaremos mais extensamente o significado destes

sufixos posteriormente.)

As bases so denominadas apenas como se fossem compostos binrios, com a palavra

hidrxido seguida do nome do elemento metlico no composto. Assim, NaOH hidrxido de

sdio, e Ca(OH)2 hidrxido de clcio. Alguns exemplos de cidos e bases, suas frmulas e

nomes so dados na Tabela 2.5.


Consideremos novamente o composto nitrato de sdio, NaNO3. Neste composto, o grupo

de 1 tomo de nitrognio e 3 tomos de oxignio o on nitrato. Este pode ser escrito como NO3-

o sinal de menos significa que o grupo tem uma carga eltrica negativa.


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Esta foi uma breve introduo nomenclatura qumica. Mais tarde suplementaremos esta

introduo dando regras e comentrios nas sees Notas de Nomenclatura.

RESUMO

A estequiometria um estudo quantitativo da composio de substncias qumicas

(compostos, frmulas, estequiometria) e das substncias consumi das e formadas em reaes

qumicas (reao, equao, estequiometria).

Uma frmula qumica usada no somente para representar o nome de um composto, mas

tambm para indicar sua composio em termos de (1) nmero relativo de tomos e (2) nmero

relativo de mols de tomos.

Uma frmula molecular mostra (1) o nmero de tomos em uma molcula da substncia e

(2) o nmero de mols de tomos em um mol de molculas.Uma frmula emprica indica somente a razo de (1) tomos e (2) mols de tomos no

composto. A frmula emprica de um composto pode ser determinada de sua anlise elementar.

Em seqncia para determinar a frmula molecular de um composto, a massa molecular precisa

ser tambm conhecida.

As massas atmicas so normalmente especificadas em unidades conhecidas como

unidades de massa atmica (u), onde um u definido exatamente como 1/12 da massa do istopo

de carbono mais comum. A soma das massas de tomos em uma molcula chamada massa

molecular, e normalmente dada em u. A soma de massas de tomos, indicados em uma frmula

chamada massa de frmula, e a mesma que a massa molecular se o composto formado de

molculas (e uma frmula unitria ento uma molcula).

Um mol de objetos o nmero de Avogadro de objetos (tomos, molculas etc.), onde o

nmero de Avogadro (para trs algarismos significativos) 6,02 x 1023. A massa de um mol de

tomos (ou molculas ou frmula unitria) igual numericamente massa atmica (ou molecular

ou de frmula), mas expressa em gramas.

As equaes qumicas especificam no somente as identidades das substncias

consumidas e formadas em uma reao, mas tambm as quantidades relativas destas substncias

em termos de (1) tomos, molculas e frmulas unitrias e de (2) mols destas identidades. Uma

equao qumica balanceada demonstra que todos os tomos presentes nos reagentes esto

quantificados para dar os produtos; tomos no so criados nem destrudos em uma reao. As


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razes estequiomtricas entre os mols de reagentes indicados em uma equao balanceada so

teis na determinao de qual substncia completamente consumida (o reagente limitante) e

qual(is) substncia(s) est (esto) em excesso.

Molaridade uma expresso de concentrao de um soluto em uma soluo. Esta

definida como o nmero de mols de soluto por litro de soluo e til nos clculos

estequiomtricos para reaes que ocorrem em soluo. Um importante tipo de reao em

soluo a cido-base, ou reao de neutralizao.No laboratrio, tais reaes so bsicas para

titulaes cido-base, nas quais a concentrao de um cido ou base pode ser experimentalmente

determinada.

A nomenclatura qumica sistemtica fornece um modo de denominar substncias

qumicas e de relacionar o nome da substncia com sua frmula. Neste captulo foi fornecida uma

rpida introduo destes tpicos.

PROBLEMAS

Nota: Voc precisar dos valores de massas atmicas para responder a alguns dos

seguintes problemas, assim como muitos daqueles que esto no fim dos prximos captulos.

Utilize a tabela peridica dos elementos.

tomos e Mols de tomos

* 2.1 Indique com 3 algarismos significativos as massas de cada um dos itens seguintes

em unidade de massa atmica:

(a) 1 tomo de carbono,

(b) 1 tomo de ouro,

(c) 200 tomos de cloro,

(d) 6,02 x 1023 tomos de magnsio.

* 2.2 Calcule a massa atmica do elemento X, dado que 2,02 x l0 6 tomos de X tm uma

massa de 1,70 x 108 u.

.

* 2.3 Com 3 algarismos significativos, qual a massa em gramas de cada um dos itens

seguintes?


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(a) 1 mol de tomos de Cl,

(b) 1 mol de tomos de Ag,

(c) 3,46 mols de tomos de enxofre,

(d) 6,02 x 1023 tomos de clcio.

* 2.4 Se um mosquito tem uma massa de 4,0 x 10-3 gramas, qual :

(a) a massa em gramas de 1,0 mol de mosquitos?

(b) a massa em u de um mosquito?

* 2.5 (a) Qual a massa em gramas de um tomo de ferro?

(b) Qual a massa em gramas de 1,0 mol de tomos de Fe?

(c) Quantos mols de tomos de Fe esto presentes em 0,150 g?(d) Quantos tomos de ferro esto presentes em 0,150 g?

2.6 Calcule a massa atmica do elemento Z, dado que 2,14 x 10 -3 mol de tomos de Z tm

uma massa de 9,11 x 10-2 g.

* 2.7 Quantos tomos esto presentes em:

(a) 27,0 g de Al?

(b) 23,0 g de Cr?

(c) 146 g de Lu?

(d) 0,00143 g de Mg?

Molculas, Frmulas Unitrias e Mols.

* 2.8 Qual a massa de cada um dos seguintes itens em gramas?

(a) 1,00 mol de tomos de Cl,

(b) 1,00 mol de molculas de Cl2,

(c) 6,00 mol de tomos de P,

(d) 6,00 mol de molcula de P4,

(e) 0,300 mol de frmulas unitrias de AlBr3.


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* 2.9 Quantos mols esto presentes em cada item?

(a) 52,0 g de Cr,

(b) 44,0 g de CO2

(c) 1,00 g de CH4

(d) 122 g de C6H12O6

* 2.10 Qual a massa expressa em gramas de:

(a) 0,475 mol de NO2

(b) 8,85 x 1022 molculas de NO2,

(c) 1 molcula de NO2

2.11 Expresse a massa de 0,600 mol de molculas de CBr4 em:(a) gramas,

(b) u.

2.12 Qual a massa molecular de um composto em u, se uma de suas molculas tem uma

massa de 4,08 x 10-23 g? .

Estequiometria de Compostos

2.13 Em cada um dos itens est escrita corretamente a frmula molecular. Escreva a

frmula emprica em cada caso:

(a) H2O2,

(b) P4O6,

(c) H2C2O4

(d) C6H14

(e) S8

2.14 Uma amostra de um certo composto contm 6 x 1022 tomos de Na, 2 x 1022 tomos

de P e 8 x 10 22 tomos de O. Qual a frmula emprica do composto?


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* 2.22 Qual o nmero mximo de mols de molculas de cada composto que pode ser

formado a partir de 0,498 mol de tomos de carbono?

(a) CH4,

(b) C4H8,

(c) C4H10,

(d) C2H6,

(e) C6H8

2.23 Qual o nmero mximo de mols de cada composto que pode formar-se a partir, de

35,00 g de carbono?

(a) CH4,

(b) C4H8,(c) C4H10,

(d) C2H6,

(e) C6H8

2.24 Qual o nmero mximo de gramas de cada composto que pode formar-se a partir

de 5,00 x 10-3 g de carbono?

(a) CH4,

(b) C4H8,

(c) C4H10,

(d) C2H6,

(e) C6H8

* 2.25 O gs mostarda foi usado na Primeira Guerra Mundial. Sua frmula molecular

C4H8Cl2S, Qual a sua anlise elementar(composio percentual) em massa?

2.26 Glutamato monosdio (MSG) um intensificador de aroma usado na preparao de

alimentos. Sua frmula NaC5H8O4N. Qual sua anlise elementar?


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* 2.27 Anlise de clorato de potssio, um composto qumico usado na confeco de

roupas a prova de fogo, indica que 31,90% K, 28,93% Cl e 39,17%O em massa. Qual a

frmula emprica do clorato de potssio?

2.28 O cido ascrbico (vitamina C) tem a seguinte anlise elementar: 40,91% C, 4,58%

H e 54,51% O em massa. Qual sua frmula emprica?

* 2.29 O composto para-diclorobenzeno usado em conservantes. Sua anlise 49,02%

C, 2,74 % H e 48,24% Cl em massa, e tem uma massa molecular de 147,0. Qual sua (a) frmula

emprica e (b) sua frmula molecular?

2.30 Adenina, uma importante substncia bioqumica, tem massa molecular de 135,1 econtm 44,45% C, 3,73% H e 51,82% N em massa. Qual sua frmula molecular?

Equaes Qumicas

2.31 Balanceie cada uma das seguintes equaes usando coeficientes inteiros:



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Estequiometria de Reao

* 2.34A amnia produzida industrialmente pela reao entre nitrognio e hidrognio

gasoso:

Quantas molculas de amnia podem ser produzidas de

(a) 1 molcula de N2?

(b) 27 molculas de N2?

(c) 9 molculas de H2?

(d) 180 molculas de H2?

* 2.35 Quantos mols de molculas de NH3 podem ser produzidos de acordo com a

equao do problema 2.34 de

(a) 0,200 mol de molculas de N2?

(b) 0,982 mol de molculas de N2?

(c) 50,0 mol de molculas de H2?

(d) 0,782 mol de H2?


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* 2.36Quantos gramas de NH3 podem ser produzidos conforme a reao do problema

2.34

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