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Reacções químicas

Aspectos qualitativos e quantitativos de uma reacção química

Prof. Luís Perna 2010/11

O que é uma reacção química

• Uma reacção química é uma

transformação da matéria na qual

ocorrem mudanças qualitativas na

composição química de uma ou

mais substâncias reagentes,

resultando em um ou mais

produtos.

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O que é uma reacção química

Transformações físicas

• Uma transformação física consiste numa transformação em

que não há formação de novas substâncias pois não ocorre

qualquer alteração das propriedades características das

substâncias iniciais (reagentes).

Exemplos:

- Cromatografia.

- A água ferve numa chaleira ou condensa num copo frio.

- O ouro funde ou solidifica.

- A areia mistura-se com sais do mar.

- O vidro parte-se.

- Um pedaço de ferro magnetiza-se.

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Transformações químicas

• As transformações

químicas ocorrem,

quando existe a formação

de novas substâncias, isto

é, substâncias com

propriedades diferentes

das substâncias iniciais.

Exemplos:

- A fruta que amadurece na fruteira.

- Um fósforo que arde.

- A fotossíntese realizada pelas plantas.

- O enferrujamento do ferro.

A equação duma reacção química

• Podemos traduzir o que ocorre numa determinada reacção

química, simbolicamente, por uma equação química e nesta

temos:

Reagentes: Produtos da reacção:

Equação química:

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Regras de escrita duma equação química

Representação das substâncias

• Todas as substâncias são representadas simbolicamente por

fórmulas químicas.

• Nas fórmulas químicas, além dos símbolos dos elementos,

figuram índices numéricos que traduzem o número de

átomos de cada elemento que constitui a unidade estrutural

da substância representada.

Molécula de amoníaco - NH3(g)

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Informações dadas pelas fórmulas químicas

• Qualitativas - quais os elementos que entram na sua

constituição.

• Quantitativas - quantos átomos de cada elemento entram na

constituição da unidade estrutural da substância.

• Os elementos que entram na sua constituição são o azoto (N)

e o hidrogénio (H) - informação qualitativa.

• A proporção de combinação é de 1 átomo de azoto (N) para 3

átomos de hidrogénio (H) - informação quantitativa.

Molécula de amoníaco - NH3(g)

Informações dadas pelas fórmulas químicas de diferentes substâncias

• Fórmulas químicas de compostos moleculares

São fórmulas que traduzem a relação que existe entre os

átomos de cada elemento químico que compõe a unidade

estrutural – a molécula. Exemplo: CH4 Metano

Os compostos moleculares são constituídos por conjuntos de

átomos não metálicos e a molécula é electricamente neutra.

CH4

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• Fórmulas químicas de compostos iónicos

Traduzem a relação de proporção que existe entre os iões

positivos e negativos que constituem a substância.

O conjunto dos iões é electricamente neutro (átomos

metálicos e átomos não metálicos); a sua escrita tem de

respeitar algumas regras:

- o ião positivo figura sempre em

primeiro lugar;

- a carga eléctrica total tem de ser

neutra;

- em linguagem escrita (não simbólica),

o ião negativo lê-se antes do ião

positivo. NaCl


• Fórmulas químicas dos metais

São iguais ao respectivo símbolo químico devido a não existir

um número definido de unidades estruturais mas sim uma

"rede metálica".

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Nomenclatura IUPAC de compostos inorgânicos


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Exercícios

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Leitura de uma equação química

• Considere-se a combustão do etano, que se pode traduzir

pela seguinte equação química:

2 C2H6(g) + 7 02(g) 4C02(g) + 6 H20(g)

Os dois lados da equação estão separados por uma seta []

quando se trata de uma reacção completa.

ou por duas semi-setas [ ]quando se trata de uma reacção

incompleta reversível.

O lado esquerdo da equação representa o conjunto dos

reagentes e o lado direito o conjunto dos produtos da

reacção.


2 C2H6(g) + 7 02(g) 4C02(g) + 6 H20(g)

Cada fórmula é precedida por um número [se não houver

nenhum número significa que é 1].

Por exemplo, 2 C2H6(g)

Estes números representam a proporção de combinação em

que os reagentes reagem e em que os produtos se formam.

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2 C2H6(g) + 7 02(g) 4C02(g) + 6 H20(g)

Cada fórmula é precedida por um número [se não houver

nenhum número significa que é 1].

Por exemplo, 2 C2H6(g)

Estes números representam a proporção de combinação em

que os reagentes reagem e em que os produtos se formam.

Nota: A escrita de uma equação química não implica que

todos os reagentes são consumidos no processo químico. A

existência de um reagente limitante determina até que ponto

a reacção pode continuar.


2 C2H6(g) + 7 02(g) 4C02(g) + 6 H20(g)

A informação do estado físico das substâncias que intervêm

numa reacção química é de grande importância uma vez que

permite identificar as fases envolvidas ou seja, se o sistema é

homogéneo (uma só fase) ou heterogéneo! (mais que uma

fase).

As siglas atribuídas aos diferentes estados físicos ficam entre

parêntesis e sem espaço à frente da espécie química em

questão e são: (s), (c) – sólido, cristal, (l) - líquido, (g) - gasoso

e (aq) - aquoso (para substâncias que se encontrem

dissolvidas em água).

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2 C2H6(g) + 7 02(g) 4C02(g) + 6 H20(g)

• Leitura em termos de moléculas e átomos

Duas moléculas de etano no estado gasoso reagem com (+)

sete moléculas de oxigénio no estado gasoso dando origem

() a quatro moléculas de dióxido de carbono no estado

gasoso e (+) seis moléculas de água no estado gasoso.


2 C2H6(g) + 7 02(g) 4C02(g) + 6 H20(g)

• Leitura em termos do número de moles de moléculas, do

número de moles de átomos, do número de moles de iões

Duas moles de moléculas de etano no estado gasoso reagem

com (+) sete moles de moléculas de oxigénio no estado

gasoso dando origem () a quatro moles de moléculas de

dióxido de carbono no estado gasoso e (+) seis moles de

moléculas de água no estado gasoso.

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Cada substância que entra na reacção tem uma fórmula que não

pode ser alterada (Lei das proporções definidas).

As substâncias que entram na reacção (reagentes e produtos) são

identificadas por fórmulas químicas intercaladas pelo sinal (+) e uma

seta () ou duas () que separa(m) o(s) reagente(s) (à esquerda)

do(s) produto(s) (à direita).

Se um reagente ou um produto for sólido, deve colocar-se o símbolo

(s) ou (c) a seguir à respectiva fórmula química, (g) se for gás, (l) se

for líquido e (aq) se estiver em solução aquosa.

Na escrita de uma equação química é necessário não esquecer:

Uma equação química deve estar acertada em relação a cada

espécie de átomo presente: colocam-se coeficientes (designados

coeficientes estequiométricos) antes das fórmulas químicas, de

forma a assegurar o mesmo número de átomos de cada espécie,

tanto nos reagentes como nos produtos (Lei da Conservação da

Massa ou Lei de Lavoisier).

Na escrita de uma equação química é necessário não esquecer:

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• Reacção de síntese - (também designada por combinação)

é uma reacção onde duas ou mais substâncias se combinam

directamente para formar um novo composto químico.

Exemplos:

1- Síntese do amoníaco

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

2- Síntese da água

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

Alguns tipos de reacções químicas

• Reacção de decomposição - é uma reacção em que um

composto químico se decompõe em duas ou mais

substâncias.

Exemplos:

1- Decomposição da água-oxigenada

2 H2O2(l) 2 H2O(l) + O2(g)

2- Decomposição térmica do carbonato de zinco

ZnCO3(s) ZnO(s) + CO2(g)


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• Reacção de simples troca - é uma reacção em que um

elemento substitui um outro num composto químico de

forma a produzir um novo composto e o elemento

deslocado.

Exemplos:

1- Reacção entre o ferro sólido e uma solução aquosa de sulfato de cobre(II)

Fe(s) + CuSO4(aq) FeSO4(aq) + Cu(s)

2- Reacção entre o cobre sólido e uma solução aquosa de nitrato de prata

Cu(s) + 2 AgNO3(aq) 2 Ag(s) + Cu(NO3)2(aq)


• Reacção de dupla troca - é uma reacção em que dois

compostos trocam os seus radicais para formar dois novos

compostos.

Exemplos:

1. Reacção entre as soluções aquosas de cloreto de potássio e de nitrato de prata

KCl(aq) + AgNO3(aq) KNO3(aq) + AgCl(s)

2. Reacção entre as soluções aquosas de ácido sulfúrico e de cloreto de bário

H2SO4(aq) + BaCl2(aq) BaSO4(s) + 2 HCl(aq)


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Exercício

(A) - Síntese

(B) - Dupla troca

(C) - Síntese

(D) - Simples troca

(E) - Dupla troca

Lei das proporções definidas ou lei de Proust

Joseph Louis Proust (1754 - 1826)

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Lei de Lavoisier

Antoine Lavoisier (1743-1794)

Acerto de uma equação química

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Exercícios

Exercícios

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Exercícios

(A)- II (B)- IV (C)- III (D)- I

Exercícios

2 Al(l) + 3 BaO(s) 3 Ba(l) + Al2O3(s)

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Exercícios

2 Na(s) + 2 H2O(l) 2 NaHO(aq) + H2(g)

Mg(s) + 2 H2O(l) Mg(HO]2(s) + H2(g)

Exercícios

(A) C3H8(g) + 5 O2(g) 4 H2O(g) + 3 CO2(g)

(B) CH3OH(l) + 3/2 O2(g) 2 H2O(g) + CO2(g)

(C) CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)

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• Natureza dos reagentes - certas reacções são naturalmente

mais lentas do que outras. Os reagentes gasosos reagem,

normalmente, mais rapidamente que os líquidos e estes

mais rapidamente que os sólidos.

• Concentração dos reagentes - o aumento da concentração

dos reagentes aumenta o número de colisões efectivas,

aumentando, consequentemente, a velocidade da reacção.

Factores que intervêm na velocidade das reacções

• Temperatura – ao aumentar a temperatura ocorre um

aumento de energia cinética (agitação das moléculas e,

consequentemente, o número de colisões efectivas,

resultando um aumento na velocidade da reacção.

• Pressão - influencia consideravelmente a velocidade de

reacções em que pelo menos um dos reagentes está no

estado gasoso. O aumento da pressão diminui o volume,

aumentando o número de choques efectivos e,

consequentemente, a velocidade da reacção.


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• Superfície de contacto - ao aumentar a superfície de

contacto (triturar, por exemplo, um sólido (um reagente

sólido)), aumenta o número de colisões efectivas, que tem

como consequência um aumento na velocidade de reacção.

• Catalisadores - são substâncias químicas que aumentam ou

retardam a velocidade de uma determinada reacção e não

se consomem durante a mesma (catalisadores positivos ou

promotores e catalisadores negativos ou inibidores).


Quantidade de substância

• As substâncias químicas

apresentam diferentes unidades

estruturais nas quais se incluem

átomos, moléculas, iões e radicais.

• Um conjunto de milhares ou de

milhões destas unidades constitui

uma amostra dessas substâncias.

Para contabilizar, de modo mais

cómodo, estas unidades

estruturais os químicos

introduziram o conceito de mole.

Wilhelm Ostwald (1853-1932)

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Definição do conceito de mole

Pode, então, afirmar-se que:

Número de Avogadro

NA = 6,022 x 1023 mol-1 Constante de Avogadro

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Massa molar

• Numa mole de diferentes

substâncias há

exactamente o mesmo

número de partículas, no

entanto, as suas massas

são diferentes. Assim,

também podemos utilizar

uma outra forma de

quantificar uma

substância – pela massa

de uma mole, ou massa

molar.

Massa molar

• A massa molar (M) exprime-se em gramas por mol (g mol-1)

e relaciona a massa (m) de uma amostra de uma dada

substância com a quantidade de matéria (n), presente

nessa amostra, do seguinte modo:

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Volume molar

Tal como falamos em massa molar também podemos falar em

volume molar. Nos seus estudos nesta área, Avogadro, chegou

à Lei de Avogadro, que nos diz:

Volume molar

Pode definir-se o volume molar de um gás como:

Em determinadas condições

de pressão e temperatura,

o volume molar de um gás

relaciona-se com a

respectiva quantidade de

matéria (n) e com o volume

(V) que ele ocupa, do

seguinte modo:

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Relações entre n, N, m e V nas condições PTN

Exercícios

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Exercícios

Determine o nº total de átomos existentes nas 20,0 g de amoníaco.

R: 6,82 x 1024 átomos

Exercícios

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Exercícios

Reagente limitante e reagente em excesso

Há inúmeros factores que condicionam as mais variadas situações

do dia-a-dia.

Do mesmo modo, também há factores que condicionam as

reacções químicas que ocorrem em laboratório.

Por exemplo, poderá haver reagentes que não se encontrem em

proporções estequiométricas e que condicionem as quantidades

de produtos que se poderão formar.

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EM RESUMO

• Numa reacção química, em sistema aberto, o(s) reagente(s)

dá(ão) origem ao(s) produto(s) da reacção. O consumo total

de um reagente determina o finalizar da reacção.

• Se um dos reagentes é o reagente limitante, o(s) outro(s)

ficará(ão) em excesso.

• Como determinar qual dos reagentes é o limitante?


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Considere-se a reacção entre 80 g de cobre e 50 g de

dioxigénio, traduzida pela equação química:

2 Cu(s) + O2(g) 2 CuO(s)

Dados: Ar(Cu) = 63,5; Ar(O) = 16,0

Qual será o reagente limitante nesta reacção?

Exemplo:Reagente limitante e reagente em excesso

Exemplo:Reagente limitante e reagente em excesso

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Exercícios

a) Reagente limitante NO

b) O2 por reagir = 0,90 mol

Rendimento de uma reacção química

O rendimento de uma reacção, (η), é muito importante na

indústria química, pois é uma medida da extensão dessa

reacção.

O rendimento é uma grandeza adimensional, exprime-se em

percentagem e pode ser calculado usando a massa, a

quantidade de matéria (número de moles) ou o volume

ocupado (no caso dos gases) pela substância.

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O rendimento poderá ser:

– igual a 100%, quando a reacção é completa;

– inferior a 100% quando a reacção é incompleta.

Um rendimento inferior a 100 % deve-se:

– à reversibilidade de alguns processos;

– ou à ocorrência de reacções secundárias em que um dos

reagentes é comum à reacção principal.

O rendimento de uma reacção, (η), pode ser expresso em função de diferentes grandezas.


Valor real – a quantidade química, o volume (gases) ou massa real que se obtém, em determinadas condições, que têm de ser explicitadas.

Valor Teórico – a quantidade química, o volume (gases) ou massa teórica obtida de acordo com a estequiometria da reacção, a partir do reagente limitante se o houver.

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Exercícios

(%) = 63,5 %

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Exercícios

1. m (CO2) = 308,8 g

A equação química que traduz a combustão do octano (C8H18) [composto que entra na composição de todas as gasolinas] é a seguinte:

2 C8H18(l) + 25 O2(g) 16 CO2(g) + 18 H2O(g)

1. Calcule a massa de CO2 formada num ambiente muito rico em oxigénio quando se queimam 100 g de octano.

2. Numa outra situação, a combustão de 100 g de octano originou 92 g de CO2. Calcule o rendimento da reacção nesta situação.

2. (%) = 29,8 %

Exercícios

Na combustão de 67,2 dm3 de propano (C3H8) com excesso de

oxigénio, em condições PTN, obtiveram-se 30,0 g de dióxido de

carbono.

1. Escreva a equação química que traduz a combustão do propano.

2. Determine o rendimento da reacção.

(7,6%)

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Fizeram-se reagir 19,62 g de zinco metálico com ácido clorídrico em

excesso, tendo-se obtido 0,280 mol de cloreto de zinco e uma

determinada quantidade de hidrogénio gasoso.

1. Escreva a equação química da reacção em causa.

2. Qual o rendimento da reacção?

3. Determine o volume de hidrogénio formado, em condições PTN.

2. 93,3% 3. 6,3 dm3

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Exercícios

m(CH4) = 10,7 g

A combustão de uma determinada amostra de metano

numa reacção química com 90% de rendimento deu origem

a 13,44 dm3 de dióxido de carbono, em condições PTN.

1. Escreva a reacção química da combustão do metano.

2. Determine a massa de metano que reagiu.

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