fundamentos de química -...

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Fundamentos de QuímicaProfa. Janete Yariwake

2. Introdução: Conceitos e cálculosfundamentais

(Estequiometria; Concentrações)

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Conceitos fundamentais da Química


• Lei das proporções definidas (Lei de Proust)Em uma substância química, os elementos estão sempre presentes

em proporções definidas (em massa).

• Lei da conservação da massa (Lavoisier)Em uma reação química, não há variação em massa .

• Teoria atômica de Dalton

ατοµο = indivisívelProf. Benedito

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3Fundamentos de QuímicaProfa. Janete Yariwake

Estequiometria

As reações químicas ocorrem em quantidades definidas .

stoichieion = elemento ; metron = medidaστοιχηιειον µετρον


2 H2 + 1 O2 1 H2O

A unidade utilizada para cálculos em reações químicas é o mol .

1 mol = 6,022 x 10 23 átomos (ou moléculas, íons, etc.).

Peso (g) de 1 mol de átomos = peso atômicoEx: 1 mol de Au = 196,97 g

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Exemplo 1:A substância química água (H2O) é formada pelos elementos

hidrogênio (H) e oxigênio (O), na proporção de 1 parte de H para 8

partes de O.

Calcule a percentagem em massa de hidrogênio na água.

Estequiometria


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Determinação do peso atomico médio


A Tabela Periódica apresenta o peso atômico médio de cada elemento. Ex: cloro = 35,45

Há 2 isótopos naturais do cloro:35Cl (+ abundante, 75,77 %)37Cl (24,23 %)

isótopos (grego: ισοτοποσ)Atomos de um mesmo

elemento químico, com massas diferentes

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Técnica mais usada atualmente: espectrometria de massas

Sugestão para informações adicionais: Video-aula introdutória à espectrometria de massas Profs. Alvaro J. dos Santos-Neto e prof. Emanuel Carrilho (IQSC-USP) http://eaulas.usp.br/portal/video.action?idItem=5105

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Técnica mais usada atualmente: espectrometria de massas

Sugestão para informações adicionais: Video-aula introdutória à espectrometria de massas Profs. Alvaro J. dos Santos-Neto e prof. Emanuel Carrilho (IQSC-USP) http://eaulas.usp.br/portal/video.action?idItem=5105

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Estequiometria


stoichieion = elemento ; metron = medidaστοιχηιειον µετρον


2 H2 + 1 O2 1 H2O

1 mol = 6,022 x 10 23 átomos (ou moléculas, íons, etc.).

Peso (g) de 1 mol de moléculas = peso molecularEx: 1 mol de H2O = 18,0 g

Hidrogênio: 2 x 1,0 = 2,0Oxigênio: 1 x 16,0 = 16,0



A unidade utilizada para cálculos em reações químicas é o mol .

1 mol = 6,022 x 10 23 átomos (ou moléculas, íons, etc.).Quando o elemento químico tem mais de um isótopo natural, devemos considerar o peso atômico médio.

Ex: 1 mol de HCl = 36,5 gHidrogênio = 1,0 g

1H (peso atômico = 1,0) ~ 99%2H (peso atômico = 2,0) ~ 0,015%3H (peso atômico = 3,0) radioativo; meia-vida curta (12,3 anos)

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Quando o elemento químico tem mais de um isótopo natural, devemos considerar o peso atômico médio.

Ex: 1 mol de HCl = 36,5 gHidrogênio = 1,0 g

1H (peso atômico = 1,0) ~ 99%2H (peso atômico = 2,0) ~ 0,015%3H (peso atômico = 3,0) radioativo; meia-vida curta (12,3 anos)

Cloro = 36,5 g35Cl (peso atômico = 35,0) ~ 75,8%37Cl (peso atômico = 37,0) ~ 24,2%

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Fórmulas Químicas

• Fórmula mínima (= Fórmula empírica)

Fornece o número relativo de átomos de cada elemento químico.

Ex.: NaCl; H2O; CH4

• Fórmula molecular

Fornece o número efetivo (real) de átomos de cada elemento químico.Ex.: etano fórmula molecular C 2H4 fórmula mínima = CH2

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Fórmulas Químicas

Fórmula mínima (= Fórmula empírica)Fornece o número relativo de átomos de cada elemento químico.

Ex.: NaCl; H2O; CH4

Fórmula molecularFornece o número efetivo (real) de átomos de cada elemento químico.Ex.: etano fórmula molecular C 2H4 fórmula mínima = CH2

Fórmula estrutural do etano

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Os elementos se “combinam”, formando os compostos (ou substâncias químicas ).Esta combinação ocorre sempre em proporções definidas .

Lei das proporções definidas (Lei de Proust)

Em uma substância química, os elementos estão sempre presentes em proporções definidas (em massa).

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Representação das Reações Químicas

A “combinação” de elementos químicos é representada modernamente pelas Reações Químicas .

reagentes produtosSeta única: reação irreversível

reagentes produtosDuas setas: reação reversível

Ex.: 2 H2 + 1 O2 1 H2O

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A “combinação” de elementos químicos é representada modernamente pelas Reações Químicas .

reagentes produtosSeta única: reação irreversível

reagentes produtosDuas setas: reação reversível

Ex.: 2 H2 + 1 O2 1 H2O (reação irreversível)

As reações químicas devem também descrever quantitativamente a “combinação” de elementos químicos.

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Lei da conservação da massa

Em uma reação química, não há variação em massa .

Lavoisier“pai” da Química Moderna

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As reações químicas devem também descrever quantitativamente a “combinação” de elementos químicos.

Balanceamento de reações químicas

2 H2 + 1 O2 1 H2O

Lei da conservação da massa

Em uma reação química,

não há variação em massa.

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Representações das Reações Químicas


Balanceamento de reações químicas

2 H2 + 1 O2 1 H2O correto

H2 + ½ O2 H2O correto

H2 + O H2O ERRADO !!!

O elemento químico “oxigênio” não reage com o hidrogênio na forma monoatômica (O).

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Reações Químicas

As reações químicas podem ocorrer:- em fase gasosa- em fase sólida

- em solução solvente = águasolvente ≠ água

As reações em soluções não-aquosas são estudadas principalmente nas disciplinas de Química Orgânica .

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2o Bloco: Soluções. Equilíbrio Químico emsolução aquosa


• Soluções: íons e estado de oxidação. Dissolução e ionização. Solvatação.

• Reações em solução e equilíbrios iônicos em solução aquosa.

• pH e autoionização. Ácidos e bases de Arrhenius. Acidez e eletronegatividade. Efeito tampão.

• Reações de oxidação e redução. Potencial padrão de redução. Equação de Nernst. Condutividade iônica. Pilhas e baterias; corrosão; eletrólise.

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Reações Químicas

As reações químicas podem ocorrer:- em fase gasosa- em fase sólida

- em solução . soluto = substância presente em menor proporção

solvente = substância presente em maior proporção

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Cálculos de concentração de soluções (água como solvente)

1) concentração (c)

c = ��

m = massa do soluto V = volume de solução

2) concentração molar (molaridade; [ ] )

[ ] = ��

n = número de moles do solutoV = volume de solução (L)

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Cálculos de concentração de soluções


Concentração (c)

c = ��

m = massa do solutoV = volume de solução

Ex:

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Concentração (c)

c = ��

m = massa do soluto V = volume de solução

Ex.: Qual a concentração de NaCl em uma solução preparada dissolvendo-se 58,45 g NaCl em 0,5 L de água ?

Dados : peso atômico Na = 23,0Cl = 35,45

c = ��

= ��,��,�

c = 116,9 g/L

Importante: os valores de concentração devem ser sempre apresentados usando unidades (massa, volume)


Concentração molar (molaridade; [ ] )

[ ] = ��

n = número de moles do soluto = � ��

��

V = volume de solução (L)

Ex.: Qual a [NaCl] em uma solução preparada dissolvendo-se 58,45 g NaCl em 0,5 L de água ?


[NaCl] = ��

= �

��.�= ��,��

��,��.�,�[NaCl] = 1,0 mol/L

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Concentração molar (molaridade; [ ] )

[ ] = ��

n = número de moles do soluto = � ��

��

V = volume de solução (L)

Ex.: Qual a [NaCl] em uma solução preparada dissolvendo-se 58,45 g NaCl em 0,5 L de água ?


[NaCl] = ��

= �

��.�= ��,��

��,��.�,�[NaCl] = 1,0 mol/L

Importante: os valores de concentração molar também devem ser apresentados usando unidades


Bloco 1. Conceitos e cálculos fundamentais

Exercícios selecionados para “estudo dirigido”

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Bibliografia - Exercícios selecionados Exercícios retirados dos seguintes livros-texto:

�J.E. Brady, G.E. Humiston. Química Geral, vol. 1 (2ª ed., 1986).

�P. Atkins, L. Jones. Princípios de Química(5ª ed., 2012)

e-Aulas recomendadas (para “revisão”)� e-Aulas (portal e-Aulas USP)

•Estequiometria e representação de reações químicas

Prof. Guilherme A. Marson

http://eaulas.usp.br/portal/video.action?idItem=361

•Estequiometria de reações

Prof. Guilherme A. Marson

http://eaulas.usp.br/portal/video.action?idItem=362


Exercícios selecionados - Estequiometria:

Exercícios do Brady, vol. 1 (cap. 2):

2.4 cálculo do número de moles

2.8 massa de 1 átomo

2.9 cálculos de peso molecular (= “peso fórmula”)

2.11 cálculo % massa (composição centesimal)

2.12 fórmula mínima

2.15 fórmula molecular

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Exercícios selecionados - Estequiometria:

Exercícios do Atkins, 5ª ed. (cap. E - Fundamentos):

pg F39 / E1 cálculo do número de moles

pg F39 / teste E1B

pg F41 / E3 cálculo da massa molar média (Cl35 e Cl37)

pg F42+ F43 / E.4 cálculo da % massa (composição %)

pg F47 + F48 F2 cálculo da fórmula mínima


Exercícios selecionados – Cálculos de concentração

Exercícios do Brady, vol. 1 (cap. 2): 2.25 cálculos de molaridade (= “concentração molar ”)

2.26

2.27 cálculos de preparo de soluções

Exercícios do Atkins, 5ª ed. (cap. E - Fundamentos): pg F 55+ F 56 / G.2 cálculos de preparo de soluções

pg F 57 + F58 / G.4

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