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1 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com Química Geral 2° Semestre Curso Anual de Química Prof. Alexandre Oliveira Assunto Página Módulo 01 – Cálculos Químicos e Cálculos De Fórmulas 03 Módulo 02 – Leis Ponderais e Cálculo Estequiométrico 31 Módulo 03 – Gases 59 Módulo 04 – Química Nuclear (Radioatividade) 101 Módulo 05 – Matéria e Energia 137 Módulo 06 – Análise Imediata (Separação de Misturas) 157 www.cursoanualdequimica.com www.vestcursos.com 2 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com 3 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com MÓDULO 01 ESTEQUIOMETRIA – CÁLCULOS QUÍMICOS E CÁLCULOS DE FÓRMULAS 1. Medida de uma grandeza Antes de se entender o conceito de massa atômica, é necessário ter bem claro o conceito de medida de uma grandeza. A medida de uma grandeza é feita por comparação com uma grandeza padrão convenientemente escolhida. Assim, a medida da massa de um corpo é feita comparando- se a sua massa com a massa de um padrão convenientemente escolhido. O quilograma (kg) é um padrão muito utilizado para exprimir a massa dos corpos. Por exemplo, quando dizemos que uma pessoa pesa 70kg, isto é, tem massa igual a 70kg, significa que essa pessoa tem a massa 70 vezes maior que a massa padrão de 1kg. Nem sempre o quilograma é um padrão conveniente. Para indicar a massa de um grão de areia, é mais conveniente utilizar como padrão a massa de 1 miligrama (mg). Deste modo, é mais conveniente referir-se à massa de um grão de areia por 2mg do que expressar sua massa por 0,000002kg. O quilograma também não e um padrão conveniente para exprimir a massa de um navio. Nesse caso, a tonelada é um padrão mais conveniente. Para exprimir a massa de um átomo, o padrão miligrama (mg) não é conveniente, pois é muito grande. Apenas como curiosidade, vejamos como ficaria o valor da massa de um átomo de 12C expressa em kg e em mg. m = 2 . 10–26 kg = 2 . 10–20 mg. 1.1. Unidade de massa atômica Os químicos procuraram um padrão conveniente para exprimir a massa dos átomos. Em 1962, num Congresso Internacional de Química, foi escolhida a unidade de massa atômica (u): Unidade de massa atômica (u) é a massa de 1/12 do átomo de carbono com número de massa igual a 12 (12C). 1.2. Massa atômica (MA) Massa atômica é a massa de um átomo expressa em u. Indica quantas vezes a massa do átomo é maior que 1/12 da massa do átomo de 12C. Assim, a massa atômica do 12C é igual a 12u. Existem métodos experimentais que permitem a determinação da massa atômica com uma precisão tal que o seu valor pode ser expresso com até seis algarismos significativos, tais como: Massa atômica do átomo 24Mg = 23,9847u Massa atômica do átomo 35Cl = 34,997u Massa atômica do átomo 37Cl = 36,975u Massa atômica do átomo 27Al = 26,9815u 4 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com Note que os valores das massas atômicas são muito próximos dos respectivos números de massa. Quando dizemos, por exemplo, que a massa atômica do átomo 24Mg é igual a 24 u concluímos que: Massa de um átomo de 24Mg = 24u Massa de um átomo de 24Mg = 24 x massa de 1/12 do átomo de 12C Massa de um átomo de 24Mg = 2 x massa de um átomo de 12C O átomo de 24Mg pesa duas vezes mais que o átomo de 12C. 1.3. Massa atômica de um elemento Massa atômica de um elemento é a média ponderada das massas atômicas dos átomos de seus isótopos constituintes. Assim, o cloro é formado pelos isótopos 35Cl e 37Cl, na proporção: 𝑀𝐴 𝑑𝑜 𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝐶𝑙 ≅ 34,997.75,4 + 36,9757.24,6 100 = 35,453𝑢 Como a massa atômica de um isótopo é aproximadamente igual ao seu número de massa, a massa atômica de um elemento é aproximadamente igual à média ponderada dos números de massa de seus isótopos constituintes. Logo, a massa atômica aproximada do cloro será: 𝑀𝐴 𝑑𝑜 𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝐶𝑙 ≅ 35.75,4 + 37.24,6 100 = 35,5𝑢 Não existe átomo de Cl com massa igual a 35,5u. Este é o valor médio da massa do átomo de Cl: Massa média do átomo de Cl = 35,5u Massa média do átomo de Cl = 35,5 x massa de 1/12 do átomo de 12C Massa média do átomo de Cl = 35,5 / 12 x massa do átomo de 12C 5 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com A maioria dos elementos é formada por misturas de diferentes isótopos, em proporção constante. Dessa maneira, a massa atômica dos elementos é também constante. No caso dos elementos formados de um único isótopo, a massa atômica do seu único isótopo será também a massa atômica do elemento. 2. Massa molecular (MM) Massa molecular de uma substância é a massa da molécula dessa substância expressa em unidades de massa atômica (u). Numericamente, a massa molecular (MM) é igual à soma das massas atômicas (MA) de todos os átomos constituintes da molécula. Exemplo: MA do H = 1u MA do O = 16u MM do H2O = 2 x 1 + 16 = 18u Como a maioria dos elementos é formada por misturas de diferentes isótopos, a maioria das substâncias é formada por misturas de moléculas com diferentes massas moleculares. No caso da água, por exemplo, podemos ter 18 moléculas diferentes de H2O, resultantes da combinação dos diferentes isótopos, cujas massas moleculares variam de 18u a 24u. Observe a constituição isotópica dos elementos hidrogênio e oxigênio: H1 = 99,98%; H2 = 0,02%; H3 = 10-7% O16 = 99,76%; O17 = 0,04%; O18 = 0,20% Desta forma a molécula de H2O com menor massa molecular é 18u, sendo inclusive a molécula de massa molecular predominante, pois é constituída pelos isótopos de hidrogênio e oxigênio mais abundantes na natureza. A molécula de H2O com maior massa molecular corresponde a 24u. Observe: 18u 19u 20u Como na mistura isotópica do H e do O há nítida predominância dos isótopos 1H e 16O, na substância água há nítida predominância de moléculas 1H2O16 e a massa molecular média da água é muito próxima de 18u. Por isso, podemos afirmar que: 18 16 16 16 16 16 16 18 18 18 18 18 18 17 17 17 17 17 17 1 6 1 6 1 6 2 6 1 6 1 6 1 6 1 6 2 6 2 6 2 6 2 6 2 6 2 6 2 6 2 6 1 6 1 6 1 6 1 6 1 6 3 6 3 6 3 6 3 6 3 6 3 6 3 6 3 6 3 6 3 6 3 6 2 6 2 6 2 6 3 6 19u 20u 21u 20u 21u 22u 20u 21u 22u 21u 22u 23u 22u 23u 24u 6 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com A molécula de água tem massa 18u A molécula de água tem massa 18 vezes maior que a massa de 1/12 do átomo de 12C A molécula de água tem massa 1,5 vezes maior que a massa do 12C Uma molécula de H2O pesa 18 vezes mais que 1/12 do átomo de 12C, isto é, uma molécula de água pesa 1,5 vezes mais que o átomo de 12C. A massa atômica do Cl é igual a 35,5u e a massa molecular do Cl2 é igual a 2 . 35,5 = 71,0u. Assim como não existe átomo de Cl com massa igual a 35,5u, não existe molécula de Cl2 com massa igual a 71,0u; este é o valor médio da massa das moléculas de Cl2. A substância Cl2 é formada por uma mistura das moléculas: Existem moléculas de Cl2 com massas moleculares 70u, 72u e 74u, em proporção tal que a massa média das moléculas de Cl2 é igual a 71,0u. Conhecendo a massa molecular do Cl2, podemos afirmar que: Massa média da molécula Cl2 = 71u Massa média da molécula Cl2 = 71 x massa de 1/12 do átomo de 12C Massa média da molécula Cl2 = 71 / 12 x massa do átomo 12C A rigor, no caso de substâncias iônicas, o termo massa molecular deve ser substituído por fórmula-massa, pois não existe molécula de substância iônica. Entretanto, na prática, costuma-se usar a expressão massa moleculartambém nesses casos. Embora seja mais correto indicar a unidade (u) nos valores das massas moleculares, na prática, por uma questão de simplicidade, omite-se a unidade (u). 3. Mol e constante de Avogadro De acordo com resolução recente da IUPAC: Mol é a quantidade de matéria que contém tantas entidades elementares quantos são os átomos de 12C contidos em 0,0 12kg de 12C. Constante de Avogadro é o número de átomos de 12C contidos em 0,012kg de 12C. Seu valor é: 6,02.1023 mol–1. Assim como uma dúzia são 12 unidades e uma centena são 100 unidades, um mol são 6,02.1023 unidades. 7 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com Exemplos: • Um mol de carbono (C) significa um mol de átomos de C, ou seja, 6,02 . 1023 átomos de C. • Um mol de cloro (Cl2) significa um mol de moléculas de Cl2, ou seja, 6,02 . 1023 moléculas de Cl2. • Um mol de cloreto de sódio (Na+Cl–) significa um mol de aglomerados iônicos (Na+Cl–), portanto, 6,02.1023 íons Na+ e 6,02.1023 íons Cl–. 4. Massa molar Massa molar é a massa que contém 6,02.1023 entidades representadas pela respectiva fórmula. A unidade mais usada para a massa molar é g.mol–1. Massa molar de um elemento é a massa de um mol de átomos, ou seja, 6,02.1023 átomos desse elemento. É numericamente igual à sua massa atômica. Massa atômica do Cl = 35,5u Massa molar do Cl = 35,5 g . Mol–1 Interpretação: Um mol de átomos do elemento Cl, ou seja, 6,02 . 1023 átomos do elemento Cl, pesa 35,5g. Massa atômica do C = 12,011u Massa molar do C = 12,011 g . mol–1 Interpretação: Um mol de átomos do elemento C, ou seja, 6,02.1023 átomos de C, pesa 12,011g. Massa molar de um isótopo é a massa de um mol de átomos desse isótopo, ou seja, 6,02.1023 átomos desse isótopo. A massa molar de um isótopo é numericamente igual à sua massa atômica. Massa atômica do 35Cl = 34,997u Massa molar do 35Cl = 34,997 g.mol–1 Interpretação: Um mol de átomos, ou seja, 6,02.1023 átomos do isótopo 35Cl, pesa 34,997g. Massa atômica do 12C = 12,0000 Massa molar do 12C = 12,0000 g.mol–1 Interpretação: Um mol de átomos, ou seja, 6,02.1023 átomos do isótopo 12C, pesa 12,0000g. Massa molar de uma substância é a massa de um mol de entidades representadas pela sua fórmula. A massa molar de uma substância é numericamente igual à sua massa molecular. 8 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com Massa molecular do H2O = 18,0u Massa molar do H2O = 18,0 g.mol–1 Interpretação: Um mol de moléculas, ou seja, 6,02.1023 moléculas de H2O, pesa 18,0g. Fórmula-massa do Na+Cl– = 58,5u Massa molar do Na+Cl– = 58,5 g.mol–1 Interpretação: Um mol de aglomerados iônicos (Na+Cl–), ou seja, 6.02.1023 aglomerados iônicos de (Na+Cl–), pesa 58,5g. Massa molar de um íon é a massa de um mol de íons, ou seja, 6,02.1023 íons. Massa molar do Cl– = 35,5g.mol–1 Interpretação: Um mol de íons Cl–, ou seja, 6,02.1023 íons Cl–, pesa 35,5g. Massa molar do SO42-= 96,0 g.mol–1 Interpretação: Um mol de íons SO42-, ou seja, 6,02.1023 íons SO42-pesa 96,0g. 4.1. Conversão de massa em quantidade de matéria (ou de substância) Sendo m a massa de uma substância, expressa em gramas, e sendo M a sua massa molar, expressa em g/mol, podemos escrever a seguinte proporção: Massa Quantidade de substância mg –––––––––– n mol Mg –––––––––– 1 mol 𝑞𝑢𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑒 𝑚𝑎𝑡é𝑟𝑖𝑎 (𝑠𝑢𝑏𝑠𝑡â𝑛𝑐𝑖𝑎) = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 (𝑔) 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟 (𝑔. 𝑚𝑜𝑙−1) Observação Em uma molécula (se o composto for molecular) ou íon-fórmula (se o composto for iônico), o índice de cada elemento pode indicar tanto o número de átomos, como também o número de mol. 5. Cálculo de fórmulas Quando um químico obtém uma nova substância, uma das primeiras providências que ele toma é a determinação de sua composição percentual ou centesimal. 5.1. Composição percentual ou centesimal (composição mássica) Entre as atividades experimentais mais empolgantes da Química estão a manufatura de um composto inteiramente novo ou o isolamento de uma nova substância a partir de uma fonte natural. 2 átomos de C 4 átomos de H 1 molécula de C2H4 2 mols de C = 2 x 6,02.1023 átomos de C 4 mols de H = 4 x 6,02.1023 átomos de H 1 mol de C2H4 4 mols de C = 4 x 6,02.1023 átomos de C 8 mols de H = 8 x 6,02.1023 átomos de H 2 mols de C2H4 9 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com Imediatamente aparecem questões do tipo: O que é isto? Qual a sua fórmula? A pesquisa para encontrar as respostas começa pela análise qualitativa, uma série de procedimentos destinada a identificar todos os elementos que constituem a substância. Em seguida vêm os procedimentos de análise quantitativa, a qual determina a massa de cada elemento em uma amostra da substância de massa conhecida. As massas relativas dos elementos em um composto são, em geral, dadas na forma de percentagem por massa, que é denominada composição percentual (ou composição centesimal) do composto. A percentagem por massa de um elemento é o número de gramas deste elemento presente em 100 g do composto. Esta percentagem é obtida, em geral, com o uso da seguinte equação %por massa Massadeelemento 100% de elemento Massa totaldaamostra A composição percentual de uma substância indica a percentagem em massa de cada elemento para cada 100g da amostra. Exemplo 1 Determine a composição percentual para a glicose (C6H12O6) Dados: MA(C) = 12u; MA(H) = 1u; MA(O) = 16u. Solução: C6H12O6 Massa molar = 6. (12) + 12. (1) + 6. (16) Massa molar = 72 + 12 + 96 = 180 g/mol Composição percentual da glicose: C = 40%; H = 6,7%; O = 53,3% A partir da composição percentual, podemos representar a fração em massa dos componentes de um composto; basta dividir as porcentagens por 100. A soma das frações em massa dos componentes de uma substância é igual a 1. 0,400 + 0,067 + 0,533 = 1,000 5.2. Fórmula percentual ou centesimal Indica a percentagem de cada elemento em uma amostra dada. 10 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com Para o exemplo anterior a fórmula percentual seria dada por: Fórmula percentual da glicose: C40% H6,7% O53,3% 6. Fórmula mínima, empírica ou estequiométrica É a fórmula do composto que tem os menores índices inteiros possíveis. Não existe a fórmula molecular do Al2O3 nem a do NaCl, pois esses compostos são iônicos e, por isso, não formam moléculas. Os compostos iônicos geralmente são escritos na sua fórmula mínima. A substância formada quando o fósforo entra em combustão (combinando-se com o oxigênio) é constituída por moléculas fórmula P4O10. Quando uma fórmula representa a composição de uma molécula, ela é denominada fórmula molecular. Observe, no entanto, que os subscritos 4 e 10 são ambos divisíveis por 2, e assim os menores números que indicam a razão entra as quantidades de P e O são 2 e 5. Uma fórmula mais simples (porém menos informativa) que expressa a mesma razão é P2O5. Ela é algumas vezes chamada de fórmula simplificada da substância. Também é conhecida como fórmula empírica, porque pode ser obtida a partir de uma análise experimental do composto. Para obter uma fórmula empírica experimentalmente, precisamos determinar o número de gramas de cada elemento na amostra do composto. Convertemos então gramas em mols, de onde obtemos as razões entre os números de cada elemento. Como a razão entre o número de mols é idêntica à razão entre o número de átomos, podemos então construir a fórmula empírica. 6.1. Cálculo da fórmula mínima Para determinar a fórmula mínima de um composto, devemos estabelecer, através da análise química, as proporções em massa entre os elementos que formam o composto. Procedimento:I. transformar os dados do problema em quantidade de matéria (No de mol) 11 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com II. dividir os dados obtidos em (I) pelo menor deles. Esta operação indica o índice do elemento na fórmula mínima. III. Caso um dos números não seja inteiro, multiplique todos por um menor número, de modo que se obtenha números inteiros. Exemplo 2: A análise de um determinado composto determinou que a sua composição centesimal é: 69,47% de “C”, 5,15% de “H” e 41,23% de “O”. Qual a sua fórmula mínima? 7. Fórmula molecular (F.M) A fórmula molecular de um composto é muito mais importante que a sua fórmula mínima, pois a fórmula molecular indica: • Os elementos formadores da substância; • O número exato de átomos de cada elemento na molécula do composto. A fórmula molecular de um composto é múltiplo da sua fórmula mínima. Onde “n” é um número inteiro que indica quantas vezes a fórmula mínima está contida na fórmula molecular. 12 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com Exemplo 3: Um determinado hidrocarboneto apresenta 85,71% de C e 14,29% de H em massa. Sabendo que a massa molecular do hidrocarboneto é 42, determine sua fórmula mínima e a sua fórmula molecular. Dados: (C = 12u; H = 1 u) Cálculo da fórmula mínima: Desta forma a fórmula molecular é: (CH2)x3 = C3H6. 8. Cálculo da percentagem de carbono, hidrogênio e oxigênio a partir de uma dada massa do composto orgânico Em uma análise quantitativa dificilmente um composto é separado completamente em seus elementos, embora nossos exemplos possam ter levado você a pensar que isto acontece. Ao invés disso, o composto é transformado em outros compostos. As reações separam os elementos capturando cada um deles inteiramente (em termos quantitativos) em um composto separado cuja fórmula é conhecida. No exemplo a seguir ilustramos uma análise indireta de uma substância constituída exclusivamente por carbono, hidrogênio e oxigênio. Tais compostos queimam completamente na presença de oxigênio puro — uma reação denominada combustão — e os únicos produtos resultantes são dióxido de carbono e água. (Esta modalidade particular de análise indireta é algumas vezes chamada análise por combustão.) A combustão completa de álcool metílico (CH3OH), por exemplo, é representada pela seguinte equação. 2CH3OH + 3O2 → 2CO2 + 4H2O O dióxido de carbono e a água podem ser separados e suas massas podem ser medidas. Note que todos os átomos de carbono do composto original estão agora nas moléculas de CO2 e todos os átomos de hidrogênio estão nas moléculas de H2O. Deste modo, pelo menos dois entre os elementos originais, CH, estão totalmente separados. Calcularemos a massa de carbono no CO2 recolhido, que é idêntica à massa do carbono na amostra original. De modo semelhante, calcularemos a massa de hidrogênio na H2O recolhida, que é igual à massa de hidrogênio na amostra inicial. Quando adicionadas, as massas de C e H são menores que a massa total da amostra, pois parte desta é composta por oxigênio. Subtraindo a 13 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com soma das massas de C e H da massa total da amostra, obtemos a massa de oxigênio na quantidade dada do composto. Procedimento: I. Efetua-se a combustão completa do composto. Os produtos resultantes são CO2 e H2O. II. Relacionar as massas de “C” com CO2 e “H” com H2O. • Todo “C” do CO2 se encontrava no composto orgânico. • Todo “H” do H2O se encontrava no composto orgânico. III. Determina-se as massas de “C” e de “H” no composto orgânico. IV. Calcular as percentagens de “C” e “H”. A% de oxigênio é encontrado subtraindo-se de 100 as duas percentagens de “C” e de “H”. Exemplo 4 Uma amostra de 4,24mg de ácido acético (CH3COOH) sofre uma combustão completa e produz 6,21mg de CO2 e 2,54mg H2O. Determine a composição centesimal do ácido acético. Dados: C = 12u; H = 1u; O = 16u Solução: • Combustão completa do composto. CH3COOH + 2O2 2CO2 + 2H2O • Todo “C” do CO2 se encontrava no composto orgânico. CO2 C 44g ––––––––––––– 12g 6,21mg –––––––––– x Todo “H” do H2O se encontrava no composto orgânico. H2O 2H 18g –––––––––––––– 2g 2,54mg –––––––– y No composto orgânico existem 1,69mg de C e 0,28mg de H. • Cálculo da percentagem de C, H e O: % de O = 100% - (39,9% + 6,72%) = 53,4% O cálculo da percentagem de oxigênio poderia ter sido feito calculando-se a massa de oxigênio no composto orgânico: m(O) = 4,24mg – (m(C) + m(H)) 4,24mg -------------- 100% 1,69 mg ----------------X% X = 39,9% % de C 4,24mg -------------- 100% 0,29 mg ----------------y% y = 6,7% % de H 14 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com m(O) = 4,24mg – (1,69 mg + 0,28 mg) m(O) = 2,27g de O Observação: Fórmula centesimal = C39,9% H6,7% O53,4%. 15 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com CÁLCULOS QUÍMICOS E CÁLCULOS DE FÓRMULAS Exercícios de Aprendizagem 01. Sabendo que a massa atômica da prata é igual a 108u, podemos afirmar que um átomo de prata pesa: I. 108g. II. 108u. III. 108 vezes mais que o átomo de 12C. IV. 108 vezes mais que 1/12 do átomo de 12C. V. 9 vezes mais que um átomo de 12C. Estão corretas somente as afirmações: a) I, III e V b) II, III e V c) II, IV e V d) II e IV e) I 02. Considere as seguintes afirmações relativas ao isótopo 39K: I. Um átomo de 39K pesa aproximadamente 39g. II. Um átomo de 39K tem massa atômica aproximadamente igual a 39u. III. Um átomo de 39K tem massa aproximadamente 39 vezes maior que a massa do átomo de 12C. IV. Um átomo de 39K tem massa aproximadamente igual a 3,25 vezes a massa de um átomo de 12C. V. 12 átomos de 39K tem massa aproximadamente igual à de 39 átomos de 12C. Estão corretas somente as afirmações: a) II, IV e V b) II e IV c) I e V d) II, III, IV e V e) II e V 03. O cloro é formado de dois isótopos (35Cl e 37Cl) e tem massa atômica igual a 35,5u. Com base nessa informação, podemos afirmar que: I. Um átomo de cloro pesa 35,5u. II. Um átomo de cloro pesa em média 35,5u. III. Não existe átomo de cloro com massa 35,5u. IV. Um átomo de cloro tem massa aproximadamente igual a 35u ou 37u. Estão corretas somente as afirmações: a) I, III e IV b) II, III e IV c) II e IV d) I e IV e) II e III 04. Calcule a massa atômica de um elemento X, constituído dos isótopos A, B e C, cuja ocorrência e respectivas massas atômicas são dadas na tabela abaixo: atômicas 05. A massa atômica do Cu é 63,6. Sabendo que esse elemento é formado pelos isótopos 63Cu e 65Cu, calcule a porcentagem de cada isótopo presente no elemento. 06. Consultando as massas atômicas na Tabela Periódica, quais das afirmações seguintes são corretas em relação à glicose (C6H12O6)? I. Uma molécula de glicose pesa 180g. II. Uma molécula de glicose pesa 180u. III. Uma molécula de glicose pesa 180 vezes mais que um átomo de 12C. IV. Uma molécula de glicose pesa 180 vezes mais que 1/12 do átomo de 12C. V. Uma molécula de glicose pesa 15 vezes mais que um átomo de 12C. 07. Um recipiente contém 8,8kg de gás propano (C3H8). Calcule: a) a quantidade de propano: b o número de átomos de carbono e de hidrogênio contidos nessa quantidade de propano. (massas atômicas: C = 12: H = 1) 08 Um recipiente contém 11kg de gás neônio (isótopo 10Ne22). Calcule: a) a quantidade de 10Ne22 contida no recipiente; b) a quantidade de prótons contidos nessa quantidade de neônio; c) o número de elétrons e de nêutrons contidos nessa quantidade de neônio. 09. 1,2.1020 moléculas de substância X pesam 12mg. Calcule a massa molar de X. Sendo M a massa molar de x em g/mol: 10.Um tubo de ensaio contém 9,3g de fosfato de cálcio, (Ca2+)3(PO43−)2. Calcule: a) a quantidade de fosfato de cálcio; b) a quantidade de íons Ca2+; c) o número de íons PO43− ; d) o número total de íons. (massas atômicas: Ca = 40; P = 31; O = 16) 11. Verifica-se experimentalmente que uma substância Y contém 30,1% de C = 3,13% de H e 66,7% de Cl. Qual é a sua fórmula estequiométrica ou mínima? (massas atômicas: C = 12,0; H = 1,00 e Cl = 35,5) 16 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com 12. Determine a fórmula mínima de um sal hidratado que encerra 18,5% de Na, 25,8% de S, 19,4% de O e 36,3% de H2O. (massas atômicas: H = 1; O = 16; Na = 23; S = 32) 13. A análise quantitativa de uma substância X mostrou que ela é formada por 28% de ferro, 24% de enxofre e 48% de oxigênio, em massa. Determine a fórmula molecular dessa substância X, sabendo que sua massa molar é igual a 400g.mol–1 e que as massas atômicas são: fe = 56; S = 32, e O = 16. 14. Amostra de 3,87mg de ácido ascórbico (vitamina C) dá 5,80mg de CO2 e 1,58mg de H2O numa análise de combustão. Qual a composição percentual (% de cada elemento) deste composto? O ácido ascórbico só contém C, H e O. 15 (UFC) Uma amostra de 12g de um composto químico formado de C, H e O foi queimada numa corrente de ar, formando 26,4g de CO2 e 14,4g de H2O. Quais as fórmulas percentuais e mínima do composto? Dados: C = 12u; H = 1u; O = 16u 16. (PUC-PR) Ao queimar completamente 5g de certo hidrocarboneto gasoso, produziram-se 7,72L de gás carbônico e 9,6L de vapor de água medidos nas CNTP. Sabendo-se que 1L do hidrocarboneto, nas CNTP pesa 2,59g, deduz-se que a fórmula molecular do hidrocarboneto é: a) C2H6 b) C3H6 c) C3H8 d) C4H10 CÁLCULOS QUÍMICOS Exercícios de Fixação 1. (Ucs 2015) Cientistas que trabalham na NASA descobriram que, em algum momento, existiu em Marte um oceano tão extenso quanto o Ártico na Terra. No artigo publicado recentemente pela revista Science, a equipe que conduziu esse estudo explica que, há 4,3 bilhões de anos, quando Marte ainda era úmido, esse oceano pode ter ocupado 19% da superfície do planeta vermelho. A estimativa se baseia em levantamentos detalhados sobre dois tipos distintos da água: a comum, formada por um átomo de oxigênio e dois de hidrogênio, e a semipesada, na qual um dos dois átomos de hidrogênio é substituído por um átomo de deutério (representado por 2 1H ). Utilizando dois telescópios, um localizado no Havaí e outro no Chile, cientistas puderam fazer a distinção entre a constituição química da água nos dois casos. Comparando as proporções, os pesquisadores conseguiram deduzir quanto de água foi perdido no espaço. Os novos dados trazem a ideia de que Marte pode ter sido capaz de suportar vida, já que a falta de água é indicada como a principal razão pela qual o Planeta é desabitado. Disponível em: <http://oglobo.globo.com/sociedade/ciencia/marte- ja-teve-oceano-com-volume-de-agua-superior-ao- artico-segundo-estudo-da-nasa-15519197>. Acesso em: 2 mar. 15. (Adaptado.) Dado: 23N 6,0 10 . Em relação aos dois tipos distintos da água descritos no texto acima, assinale a alternativa correta. a) O número de átomos de hidrogênio contido em 0,2 mols de água comum é igual a 243,24 10 . b) O átomo de deutério tem número de massa igual a 1 e por esse motivo é isóbaro do átomo de hidrogênio. c) O ângulo de ligação entre os dois átomos de hidrogênio na molécula de água comum é igual a 120 . d) A substituição de um átomo de hidrogênio por um átomo de deutério na molécula de água comum não altera sua massa molecular. e) O percentual em massa de oxigênio na água comum é, em valores arredondados, de 88,9%. TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Leia o texto: O uso mais popular do cloreto de sódio é na cozinha, onde é utilizado para acrescentar sabor a uma infinidade de alimentos e também como conservante e material de limpeza. É na indústria química, no entanto, que ele é mais consumido. São inúmeros os processos que fazem uso de produtos do processamento desse sal. 2. (Uem 2015) Um mol representa o número de átomos em 12 gramas do átomo de carbono 12C. Essa unidade de medida é utilizada para descrever quantidades muito grandes, como átomos e moléculas em determinadas substâncias. Já para a medida da massa dos átomos e das moléculas é utilizada a unidade de massa atômica (u), que é definida como 1 12 da massa do mesmo átomo 12C. Considerando as definições acima e que 231mol 6 10 , assinale o que for correto. 01) A massa atômica de 1 mol do átomo 12C é 236 10 u. 17 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com 02) Um grama do átomo 12C contém 225 10 átomos. 04) Como a massa atômica do átomo de hidrogênio é 1u e a de um átomo de oxigênio é 16 u, então 1 mol da molécula 2H O pesa 18 gramas. 08) 231u 6 10 gramas. 16) Cada átomo 12C pesa 237,2 10 gramas. 3. (Enem 2013) O brasileiro consome em média 500 miligramas de cálcio por dia, quando a quantidade recomendada é o dobro. Uma alimentação balanceada é a melhor decisão pra evitar problemas no futuro, como a osteoporose, uma doença que atinge os ossos. Ela se caracteriza pela diminuição substancial de massa óssea, tornando os ossos frágeis e mais suscetíveis a fraturas. Disponível em: www.anvisa.gov.br. Acesso em: 1 ago. 2012 (adaptado). Considerando-se o valor de 23 16 10 mol para a constante de Avogadro e a massa molar do cálcio igual a 40 g/mol, qual a quantidade mínima diária de átomos de cálcio a ser ingerida para que uma pessoa supra suas necessidades? a) 217,5 10 b) 221,5 10 c) 237,5 10 d) 251,5 10 e) 254,8 10 4. (col.naval 2015) Considere as informações sobre os isótopos do Ferro contidas na tabela abaixo. ISÓTOPO ABUNDÂNCIA (%) 54Fe 5,845 56Fe 91,754 57Fe 2,119 58Fe 0,282 Com relação às informações acima, analise as afirmativas abaixo. I. A massa atômica do ferro a ser representada na tabela periódica deve se aproximar de 58. II. Nesses isótopos o número de prótons é constante. III. Esses isótopos são caracterizados por diferentes números de camadas eletrônicas nos átomos, no estado fundamental. Assinale a opção correta. a) Apenas a alternativa I é verdadeira. b) Apenas a alternativa II é verdadeira. c) Apenas a alternativa III é verdadeira. d) Apenas as alternativas II e III são verdadeiras. e) As alternativas I, II e III são verdadeiras. 5. (Unicamp) Entre os vários íons presentes em 200 mililitros de água de coco há aproximadamente 320 mg de potássio, 40 mg de cálcio e 40 mg de sódio. Assim, ao beber água de coco, uma pessoa ingere quantidades diferentes desses íons, que, em termos de massa, obedecem à sequência: potássio sódio cálcio. No entanto, se as quantidades ingeridas fossem expressas em mol, a sequência seria: Dados de massas molares em g/mol: cálcio = 40; potássio = 39; sódio = 23. a) potássio > cálcio = sódio. b) cálcio = sódio > potássio. c) potássio > sódio > cálcio. d) cálcio > potássio > sódio. 6. (Pucrj 2015) A água é uma das moléculas responsáveis pela vida na forma que conhecemos. Sobre a estrutura e composição dessa molécula, faça o que se pede. Considere: 12M(H O) 18 g mol 23Constante de Avogadro 6,0 10 a) Represente a fórmula estrutural da molécula mostrando a posição relativa dos átomos e dos elétrons não ligantes na estrutura. b) Calcule a porcentagem, em massa, de hidrogênio na molécula de água. c) Calcule a massa de uma molécula de água. d) Escreva a expressão da constante de equilíbrio de ionização da água. 7. (Pucrs) Analise o texto a seguir: Ao misturar água e álcool etílico, podem-se observaralguns fatos curiosos. O mais fácil de perceber é certa elevação da temperatura. Por exemplo, ao misturar 100mL de água e 100mL de etanol em um copo de isopor, observa-se que a temperatura aumenta cerca de 5ºC. Outro fato curioso é a variação de volume. Nesse exemplo, o volume final da mistura é 194mL, e não 200mL, como se poderia esperar. A densidade do etanol puro é 0,80g/mL e a densidade da água pura é 1,00g/mL, à temperatura ambiente. Com base no texto, é correto afirmar, a respeito da mistura referida, que Dados: 2 2 6H O 18; C H O 46. a) a densidade da mistura produzida é superior a 1,00g/mL. 18 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com b) em massa, a mistura contém mais de 50% de etanol. c) em mols, a quantidade de água é mais de três vezes maior do que a quantidade de etanol. d) em cada 100mL dessa solução, existem aproxi- madamente 9,0 mols de álcool etílico. e) para separar os componentes dessa mistura, é possível empregar decantação. 8. (Enem) O brasileiro consome em média 500 miligramas de cálcio por dia, quando a quantidade recomendada é o dobro. Uma alimentação balanceada é a melhor decisão pra evitar problemas no futuro, como a osteoporose, uma doença que atinge os ossos. Ela se caracteriza pela diminuição substancial de massa óssea, tornando os ossos frágeis e mais suscetíveis a fraturas. Disponível em: www.anvisa.gov.br. Acesso em: 1 ago. 2012 (adaptado). Considerando-se o valor de 23 16 10 mol para a constante de Avogadro e a massa molar do cálcio igual a 40 g/mol, qual a quantidade mínima diária de átomos de cálcio a ser ingerida para que uma pessoa supra suas necessidades? a) 217,5 10 b) 221,5 10 c) 237,5 10 d) 251,5 10 e) 254,8 10 9. (Uerj 2015) Em 1815, o médico inglês William Prout formulou a hipótese de que as massas atômicas de todos os elementos químicos corresponderiam a um múltiplo inteiro da massa atômica do hidrogênio. Já está comprovado, porém, que o cloro possui apenas dois isótopos e que sua massa atômica é fracionária. Os isótopos do cloro, de massas atômicas 35 e 37, estão presentes na natureza, respectivamente, nas porcentagens de: a) 55% e 45% b) 65% e 35% c) 75% e 25% d) 85% e 15% 10. (Cefet MG 2015) O ferrocianeto de potássio, 4 6K [Fe(CN) ], reage com o cloreto de ferro III e produz um pigmento de cor azul muito intensa, conhecido como azul da prússia. Pode-se afirmar, corretamente, que 184,1g de ferrocianeto de potássio contém a) 6 mo de carbono. b) 55,8 g do íon férrico. c) 2 átomos de potássio. d) 2318,06 10 íons cianeto. e) 236,02 10 átomos de nitrogênio. TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: DADOS: Massas Atômicas: H 1u; C 12 u; O 16 u; N 14 u; C 35,45 u. Eletronegatividades: H = 2,2; C = 2,5; O = 3,5; N = 3,0; C 3,1. Números Atômicos: H = 1; C = 6; O = 8; N = 7; C 17. Número de Avogadro: 236,02 10 . 11. (Unisinos) Em relação ao significado das notações químicas, assinale a alternativa correta. a) A notação 3H indica 3 moléculas de hidrogênio. b) 1 mol de moléculas de 10 4 2C H N contém 10 mols de átomos de carbono, 4 mols de átomos de hidrogênio e 2 mols de átomos de nitrogênio. c) A notação 23H indica 6 moléculas de hidrogênio. d) Uma molécula de 10 4 2C H N contém uma massa de 152 g. e) A notação 10 4 22C H N indica 2 moléculas de uma substância com um total de 16 átomos. 12. (Unesp) Um paciente infectado com vírus de um tipo de herpes toma, a cada 12 horas, 1 comprimido de um medicamento que contém 125 mg do componente ativo penciclovir. Dados: Massa molar (g.mol–1): H = 1; C = 12; N = 14; O = 16. Constante de Avogadro: N = 6,02 × 1023 mol–1. Dê a fórmula molecular e a massa molar do penciclovir e calcule o número de moléculas desse componente que o paciente ingere por dia. 13. (Ufrgs) Considere o enunciado a seguir e as três propostas para completá-lo. Em dada situação, substâncias gasosas encontram- se armazenadas, em idênticas condições de temperatura e pressão, em dois recipientes de 19 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com mesmo volume, como representado a seguir. Gás carbônico (CO2) Gás nitrogênio (N2) + Gás oxigênio (O2) Recipiente 1 Recipiente 2 Nessa situação, os recipientes 1 e 2 contêm 1 - o mesmo número de moléculas. 2 - a mesma massa de substâncias gasosas. 3 - o mesmo número de átomos de oxigênio. Quais propostas estão corretas? a) Apenas 1. b) Apenas 2. c) Apenas 3. d) Apenas 2 e 3. e) 1, 2 e 3. 14. (Unicamp 2015) O processo de condenação por falsificação ou adulteração de produtos envolve a identificação do produto apreendido. Essa identificação consiste em descobrir se o produto é aquele informado e se os componentes ali contidos estão na quantidade e na concentração indicadas na embalagem. a) Considere que uma análise da ANVISA tenha descoberto que o comprimido de um produto apresentava 55,2 10 mol do princípio ativo citrato de sildenafila. Esse produto estaria ou não fora da especificação, dado que a sua embalagem indicava haver 50mg dessa substância em cada comprimido? Justifique sua resposta. b) Duas substâncias com efeitos terapêuticos semelhantes estariam sendo adicionadas individualmente em pequenas quantidades em energéticos. Essas substâncias são o citrato de sildenafila e a tadalafila. Se uma amostra da substância adicionada ao energético fosse encontrada, seria possível diferenciar entre o citrato de sildenafila e a tadalafila, a partir do teor de nitrogênio presente na amostra? Justifique sua resposta. Dados: Citrato de sildenafila 22 30 6 4 6 6 7(C H N O S C H O ; 1666,7 g mol ) e tadalafila 22 19 3 4(C H N O ; 1389,4 g mol ). 15. (Fuvest) A dose diária recomendada do elemento cálcio para um adulto é de 800mg. Suponha certo suplemento nutricional a base de casca de ostras que seja 100% CaCO3. Se um adulto tomar diariamente dois tabletes desse suplemento de 500mg cada, qual porcentagem de cálcio da quantidade recomendada essa pessoa está ingerindo? massas molares (g/mol) Ca ........................... 40 O ............................. 16 C ............................. 12 a) 25 % b) 40 % c) 50 % d) 80 % e) 125 % 16. (Fuvest) O aspartame, um adoçante artificial, pode ser utilizado para substituir o açúcar de cana. Bastam 42 miligramas de aspartame para produzir a mesma sensação de doçura que 6,8 gramas de açúcar de cana. Sendo assim, quantas vezes, aproximadamente, o número de moléculas de açúcar de cana deve ser maior do que o número de moléculas de aspartame para que tenha o mesmo efeito sobre o paladar? Dados: massas molares aproximadas (g/mol) açúcar de cana: 340 adoçante artificial: 300 a) 30 b) 50 c) 100 d) 140 e) 200 17. (Acafe 2015) A piperidina está presente em veneno da formiga-lava-pé e no agente químico principal da pimenta preta. Em uma determinada amostra de piperidina contém 222,64 10 átomos de hidrogênio. N H Dados: C:12 g / mo ,H:1g / mo ;N:14 g / mo . Número de Avogadro: 236 10 entidades. A massa dessa amostra é: a) 695 mg. b) 340 mg. c) 374 mg. d) 589 mg. 18. (Uff) Feromônios são compostos orgânicos secretados pelas fêmeas de muitos insetos para determinadas funções, dentre as quais a de acasalamento. Um determinado feromônio, utilizado com esta finalidade, tem fórmula molecular C19H38O e, normalmente, a quantidade secretada é cerca de 1,0 x 10-12 g. 20 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com Pode-se afirmar que o número de moléculas existentes nessa massa é: (Dados: C = 12; H = 1; O = 16) a) 6,0 x 10-23b) 1,7 x 10-17 c) 2,1 x 109 d) 4,3 x 1015 e) 1,7 x 1020 19. (Ufg 2014) Um determinado volume de água foi colocado em um recipiente de formato cúbico e em seguida resfriado à 0°C. Após a mudança de estado físico, um analista determinou o número de moléculas presentes no cubo de água formado. Desprezando possíveis efeitos de compressão ou expansão e admitindo a aresta do cubo igual a 3 cm, o número de moléculas de água presentes no cubo será, aproximadamente, igual a: Dados: Densidade da água: 31g / cm Constante de Avogadro: 236 10 a) 231 10 b) 233 10 c) 235 10 d) 237 10 e) 239 10 20. (ifce 2014) A quantidade de átomos de carbono contida em 80 gramas de gás propano (C3H8) e a massa, em grama, de 1 (uma) molécula de C3H8 são, aproximadamente, (Dados: Massa atômica do Carbono = 12u, hidrogênio = 1u e a constante de Avogadro 236 10 ) a) 24 233,87 10 e 7,33 10 . b) 24 233,27 10 e 7,33 10 . c) 24 231,09 10 e 7,33 10 . d) 24 231,09 10 e 7,33 10 . e) 24 233,27 10 e 7,33 10 . 21. (Uemg 2014) Uma alimentação balanceada requer o consumo de cerca de 1g de fósforo por dia. Nosso corpo apresenta aproximadamente 650 g desse elemento, que é concentrado principalmente nos ossos. Para suprir a necessidade diária de uma pessoa, a extração, por mineração, remove 22,6 kg de rocha fosfática por ano. As rochas fosfáticas podem ser fosforita 3 4 2Ca PO , fluorapatita 5 4 3Ca PO F e hidroxiapatita 5 4 3Ca PO OH . Massas molares: 3 4 5 42 3 5 4 3 P 31 g / mol; Ca PO 310 g / mol; Ca PO F 504 g / mol; Ca PO OH 502 g / mol. Em relação a esse texto, são feitas as seguintes afirmações: I. O corpo humano contém cerca de 21 mol de fósforo. II. O maior percentual de fósforo está na fluorapatita. III. A fosforita apresenta 20% de fósforo. IV. Para suprir a necessidade diária de uma pessoa, é necessária a extração de, aproximadamente, 62 g de rocha fosfática por dia. São CORRETAS a) I, II e III apenas. b) II, III e IV apenas. c) I, III e IV apenas. d) I, II e IV apenas. 22. (Ufg 2014) A análise de massas de um elemento químico demonstrou a existência de três isótopos, conforme resentado na figura a seguir. Considerando as abundâncias apresentadas, conclui-se que a massa média para esse elemento é: a) 20,05 b) 21,00 c) 20,80 d) 19,40 e) 20,40 23. (Unesp) Peixes machos de uma certa espécie são capazes de detectar a massa de 3,66 x 10-8 g de 2-fenil-etanol, substância produzida pelas fêmeas, que está dissolvida em 1 milhão de litros de água. Supondo-se diluição uniforme na água, indique o número mínimo de moléculas de 2-fenil- etanol por litro de água, detectado pelo peixe macho. 21 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com (Dados: Massa molar do 2-fenil-etanol = 122 g/mol. Constante de Avogadro = 6,0 x 1023 moléculas/mol.) a) 3 x 10-16. b) 3,66 x 10-8. c) 1,8 x 108. d) 1,8 x 1022. e) 6,0 x 1023. 24. (Unesp) As hemácias apresentam grande quantidade de hemoglobina, pigmento vermelho que transporta oxigênio dos pulmões para os tecidos. A hemoglobina é constituída por uma parte não protéica, conhecida como grupo heme. Num laboratório de análises foi feita a separação de 22,0mg de grupo heme de uma certa amostra de sangue, onde constatou-se a presença de 2,0mg de ferro. Se a molécula do grupo heme contiver apenas um átomo de ferro [Fe=56g/mol], qual a sua massa molar em gramas por mol? a) 154. b) 205. c) 308. d) 616. e) 1 232. 25. (Unesp) Por ocasião das comemorações oficiais dos quinhentos anos do descobrimento do Brasil, o Banco Central lançou uma série de moedas comemorativas em ouro e prata. Uma delas, cujo valor facial é de R$ 20,00, foi cunhada com 8,00 g de "ouro 900", uma liga metálica que contém 90 % em massa de ouro. Conhecendo o número de Avogadro - NA = 6,0.1023 - e sabendo que a massa molar do ouro é 197 g.mol-1, pode-se afirmar que numa dessas moedas existem a) 22,4 átomos de ouro. b) 7,2.103 átomos de ouro. c) 6,0.1023 átomos de ouro. d) 2,2.1022 átomos de ouro. e) 7,2 átomos de ouro. 26. (Ufrgs 2014) A tabela a seguir contém alguns dados sobre as substâncias ácido acetilsalicílico, paracetamol e dipirona sódica, utilizadas como fármacos analgésicos. Substâ ncia Ácido acetilsalic ílico Paraceta mol Dipirona sódica Fórmul a 9 8 4 C H O 8 9 2 C H O N C13H16O4N 3SNa Massa Molar 1(g mol ) 180 151 333 Levando em conta três amostras que contêm, cada uma, 10 g de uma dessas substâncias puras, considere as afirmações, abaixo, sobre elas. I. A amostra de paracetamol apresentará o maior número de mols de substância. II. A amostra de dipirona apresentará a maior massa de oxigênio. III. As amostras de ácido acetilsalicílico e de dipirona apresentarão o mesmo número de mols de átomos de oxigênio. Quais estão corretas? a) Apenas I. b) Apenas II. c) Apenas I e III. d) Apenas II e III. e) I, II e III. 27. (Ufv) A seguir estão representados um cubo do metal alumínio e um cubo do metal ouro, ambos com um volume de 1,0cm3. A 25°C, a densidade do alumínio é 2,7g/cm3 e a do ouro é 18,9g/cm3. De acordo com estas informações e as massas atômicas encontradas na tabela periódica, pode-se afirmar que: Dados: Al = 27 u; Au = 197 u a) o número de átomos é aproximadamente o mesmo nos dois cubos. b) no cubo de alumínio existem aproximadamente 2,7×1023 átomos. c) no cubo de ouro existem aproximadamente 1,9×1023 átomos. d) no cubo de ouro existem aproximadamente 7 vezes mais átomos do que no cubo de alumínio. e) no cubo de alumínio existem aproximadamente 7 vezes mais átomos do que no cubo de ouro. CÁLCULOS DE FÓRMULAS Exercícios de Fixação 1. (Unicamp) Sabe-se que 1,0 mol de um composto contém 72g de carbono(C), 12 mols de átomos de hidrogênio(H) e 12x1023 átomos de oxigênio(O). 22 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com Admitindo-se o valor da constante de Avogadro como sendo 6,0x1023mol-1 e com base na Classificação Periódica dos elementos, escreva: a) A fórmula molecular do composto. b) A fórmula mínima do composto. 2. Determine a fórmula mínima de um composto que encerra 26,3% de Ca, 42,1% de S e 31,6% de O. (massas atômicas: Ca = 40; S = 32; O = 16) 3. (Uff) Por muitos anos, os aborígenes da Austrália usaram folhas de eucalipto para combater dores, em particular, a de garganta. O componente ativo dessas folhas foi identificado como EUCALIPTOL, cuja massa molar é 154,0 g. Ao se analisar uma amostra de eucaliptol com 3,16 g, encontrou-se o seguinte resultado: C=2,46g; H=0,37g; O=0,33 g. Considere essas informações e determine: a) a fórmula molecular do eucaliptol; b) a massa, em grama, de H‚O produzida na combustão completa da amostra. 4. 2,17g de um composto contêm 0,840g de Ca, 0,434g de P e 0,896g de O. Determine sua fórmula empírica. (massas atômicas: Ca = 40; P = 31; O = 16) 5. (Ufg) O Parque Nacional das Emas, localizado no extremo sudoeste do Estado de Goiás, é caracterizado pelo agrupamento de cupinzeiros, que servem como local de desenvolvimento de larvas de vaga-lumes. Pela emissão de luz, elas atraem outros insetos que lhes servem de alimento. Esse fenômeno de emissão de luz é chamado de bioluminescência e ocorre, principalmente, pela oxidação de uma substância química conhecida por luciferina, representada a seguir: Determine a fórmula molecular, a massa molecular e a composição percentual da luciferina. Dados: O = 16; H = 1; C = 12; N = 14; S = 32. 6. Determine a fórmula mínima de um composto que encerra 26,53% de K, 35,37% de Cr e 38,10% de O. (massas atômicas: K = 39; Cr = 52; O = 16) 7. (Unesp) A nicotina contém73,5% de carbono, 8,6% de hidrogênio e 17,3% de nitrogênio. Sabe-se que este composto contém dois átomos de nitrogênio por molécula. Quais são as fórmulas empírica e molecular da nicotina. Dados: Massas atômicas: C = 12 H = 1 N = 14 8. (Unesp) Um hidrocarboneto CxHy é queimado em excesso de oxigênio, segundo a reação: CxHy + O2 (excesso) x CO2 + y/2H2O. Observou-se que, para cada 1,000g de H2O, há formação de 1,955g de CO2. Determine a fórmula empírica do hidrocarboneto. Massas atômicas: H = 1,0; C = 12; O = 16. 9. (Uece–2ª Fase) O aspartame é um adoçante bastante utilizado na substituição ao açúcar comum. Este composto é cerca de 200 vezes mais doce que a sacarose. É consumido por mais de 200 milhões de pessoas em todo o mundo e está presente em mais de 6000 produtos. Assinale a alternativa que apresenta corretamente a porcentagem aproximada de carbono em um mol deste composto e o número de hidrogênio em uma molécula deste composto, respectivamente. (A) 55,71%; 16 (B) 55,32%; 18 (C) 57,53%; 16 (D) 57,14%; 18 10. (Uece–2ª Fase) A fórmula empírica de um composto orgânico de massa 0,86g formado apenas de carbono, hidrogênio e oxigênio e que, através de uma combustão completa, produz 2,20g de gás carbônico e 0,9g de água é (A) C4H10O. (B) C5H10O. (C) C4H8O. 23 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com (D) C5H12O. 11. (Uece–2ª Fase) Uma amostra de 25,5 g de cloreto de cálcio hidratado (CaCl2 . nH2O) foi aquecida até perder toda a água de hidratação. O resíduo de cloreto de cálcio anidro tem 11,1 g de massa. Na fórmula original do sal hidratado, o valor de n é (A) 0,4. (B) 0,8. (C) 4,0. (D) 8,0. 12. (Uece–2ª Fase) “O engenheiro fez uma fogueira e nela colocou as piritas, cuja composição era carvão, sílica, alumínio e sulfeto de ferro (II). Em dez ou doze dias, o sulfeto de ferro (II) se transformaria em sulfato de ferro (II) e o alumínio em sulfato de alumínio, substância solúvel, ao contrário dos outros produtos da operação, como a sílica e o carvão.” (A Ilha Misteriosa – Júlio Verne). A partir das informações do texto e, também, de seus conhecimentos, assinale o correto. (A) O sulfato de alumínio anidro tem composição percentual aproximada de 16 partes de alumínio, 28 partes de enxofre e 56 partes de oxigênio. (B) A pirita ou ouro de tolo é um minério constituído de ferro, enxofre e alumínio. (C) Na hipótese de ocorrer a formação de sulfato de ferro a partir do sulfeto de ferro, o ferro sofreria uma reação de redução. (D) O carvão e o alumínio são substâncias simples e a sílica é uma mistura heterogênea de quartzo, mica e feldspato. 13. Uma certa massa de um composto contendo sódio, fósforo e oxigênio foi analisada, obtendo-se os seguintes resultados: 1,84g de Na, 1,24g de P, 2,24g de O. Qual é a fórmula estequiométrica desse composto? (massas atômicas: Na = 23; P = 31; O = 16) 14. Determine a fórmula de um sal hidratado que encerra 25,4% de Cu, 12,8% de S, 25,7% de O e 36,1% de H2O. (massas atômicas: Cu = 63,5; S = 32; O = 16; H = 1) 15. (Fgv) Compostos hidratados são sólidos que apresentam moléculas de água em sua estrutura e são mais comuns do que se imagina. Um exemplo disso são os tetos dos cômodos de nossas casas, que podem estar rebaixados com placas de gesso, que contêm o sulfato de cálcio diidratado, CaSO4 . 2H2O. A determinação do grau de hidratação é feita experimentalmente. No laboratório, um aluno pesou 1,023 g de um composto hidratado de coloração vermelha e aqueceu o sólido num cadinho de porcelana até desidratação completa, obtendo 0,603 g de sulfato de cobalto(II) anidro, CoSO4, que tem coloração azul. Após fazer corretamente os cálculos, o aluno descobriu que o nome do composto hidratado era a) sulfato de cobalto(II) triidratado. b) sulfato de cobalto(II) tetraidratado. c) sulfato de cobalto(II) pentaidratado. d) sulfato de cobalto(II) hexaidratado. e) sulfato de cobalto(II) heptaidratado. 16. (Uff) No combate à dor e à febre, um medicamento muito utilizado é a aspirina, cuja composição centesimal é: C=60,00%, H=4,44% e O=35,56%. Sabendo-se que em uma amostra de aspirina com 0,18 g de massa existem 6,02 × 1020 moléculas, conclui-se que a fórmula molecular desse composto é: a) C9H8O3 b) C8H4O5 c) C10H12O3 d) C9H8O4 e) C8H8O4 17. Determine a fórmula molecular de um composto de massa molar igual a 384 g/mol e que encerra 28,1% de Al, 21,9% de Si, 50,0% de O. (massas atômicas: Al = 27; Si = 28; O = 16). 18. (Unesp) Um mol do adoçante aspartame, de fórmula molecular C14H18N2O5, reage estequiometricamente com dois mols de água para formar um mol de ácido aspártico (C4H7NO4), 1 mol de metanol (CH3OH) e 1 mol de fenilalanina. Com base nestas informações, conclui-se que a fórmula molecular da fenilalanina é a) C14H18N2O5 b) C9H11NO2 c) C8H14N2O8 d) C4H7NO4 e) CH3NO 19. (Unesp) O ferro é um elemento químico usado na confecção de utensílios há séculos. Um dos problemas para sua utilização é a tendência à oxidação. Dentre os produtos de oxidação possíveis, dois óxidos - óxido 1 e óxido 2 - apresentam, respectivamente, 70,0% e 77,8% em ferro. Dadas as massas molares Fe = 56 g×mol-1 e O = 16 g×mol-1, as fórmulas mínimas para os óxidos 1 e 2 são, respectivamente: a) Fe2O3 e FeO. b) Fe2O3 e Fe3O4. c) Fe3O4 e Fe2O3. d) Fe3O4 e FeO. e) FeO e Fe2O3. 20. Em 6,76g de piridoxina (vitamina B6) existem as seguintes quantidades de átomos: C = 0,32 mol, H = 0,44 mol, N = 0,04 mol, O = 0,12 mol. Qual é a fórmula mínima dessa substância? 24 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com 21. Determine a fórmula de um sal hidratado que encerra 18,3% de Ca, 32,4% de Cl, 49,3% de H2O. Massa molar do sal hidratado = 219 g/mol. (MA: Ca = 40; CI = 35,5; O = 16; H = 1) 22. Verifica-se experimentalmente que uma substância Y contém 30,17% de C, 3,13% de H e 66,7% de Cl. Qual é a sua fórmula estequiométrica ou mínima? (massas atômicas: C = 12,0; H = 1,0; Cl = 35,5) 23. (UFV-MG) Uma substância pura de massa igual a 32,00 g foi submetida à análise elementar e verificou-se que continha 10,0 g de cálcio, 6,08 g de carbono e 15,92 g de oxigênio. A) Qual o teor (porcentagem) de cada elemento na substância? B) Qual a fórmula mínima da substância? (Massas atômicas: Ca = 40,0; C = 12,0; O = 16,0) 24. (CESGRANRIO-RJ) A análise elementar de um composto orgânico oxigenado produziu 40,67 gramas de carbono, 8,47 g de hidrogênio e 23,73 g de nitrogênio. Com esses dados, determine: A) A fórmula mínima ou empírica desse composto. B) A sua fórmula molecular, sabendo-se que seu peso molecular é 118u. 25. Determine a fórmula de um sal hidratado cuja massa mol é igual a 322 g/mol e que encerra: 14,3% de Na, 9,9% de S, 70,0% de O e 6,21% de H. Sabe- se que todo o H do sal está sob forma de H2O (água de cristalização). (MA: Na = 23; S = 32; O = 16; H = 1) 26. Amostra de 3,87mg de ácido ascórbico (vitamina C) dá 5,80 mg de CO2 e 1,58 mg de H2O numa análise de combustão. O ácido ascórbico só contém C, H e O. a) Qual a composição percentual (% de cada elemento) deste composto? b) Qual a sua fórmula mínima? c) Qual a sua fórmula molecular sabendo que a sua massa molar é 176 g/mol? GABARITO - Cálculos Químicos Resposta da questão 1: [E] Análise das alternativas: [A] Incorreta. O número de átomos de hidrogênio contido em 0,2 mols de água comum é igual a 232,4 10 . 21mol (H O) 23 2 2 6 10 átomos de hidrogênio 0,2 mol (H O) 23 x x 2,4 10 átomos de hidrogênio [B] Incorreta. O átomo de deutério tem número de massa igual a 2, pois possui um próton e um nêutron. O deutério é isótopo do prótio ou hidrogênio leve. [C] Incorreta. O ângulo entre as duas ligações covalentes O H na molécula de água comum é de, aproximadamente, 105º. [D] Incorreta. A substituiçãode um átomo de hidrogênio por um átomo de deutério na molécula de água comum altera sua massa molecular, pois a massa do deutério (2 u) é maior do que a massa do prótio (1 u). [E] Correta. O percentual em massa de oxigênio na água comum é, em valores arredondados, de 88,9%. 2H O 18 g / mol 18 g 100 % 16 g oxigênio oxigênio p p 88,8888 % 88.9 % Resposta da questão 2: 02 + 04 = 06. [01] A massa atômica de 1 mol do átomo 12C é 12,00 u. [02] Um grama do átomo 12C contém 225 10 átomos. 12 g 236 10 átomos de carbono 1 g 23 22 x x 0,5 10 átomos de carbono x 5 10 átomos de carbono [04] Como a massa atômica do átomo de hidrogênio é 1u e a de um átomo de oxigênio é 16 u, então 1 mol da molécula 2H O (18 u) pesa 18 gramas. [08] 231u 0,167 10 g gramas. 236 10 u 1 g 1u 23 m m 0,167 10 g [16] Cada átomo 12C pesa 232 10 gramas. 25 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com 12 g 236 10 átomos de carbono m 23 1 átomo de carbono m 2 10 g Resposta da questão 3: [B] A quantidade recomendada é o dobro de 500 mg por dia, ou seja, 1000 mg de cálcio por dia, então: 31000 mg 1000 10 1 g 40 g de cálcio 236 10 átomos de Ca 1 g de cálcio Ca 23 22 Ca n n 0,15 10 1,5 10 átomos de cálcio Resposta da questão 4: [B] [I] Incorreta. A massa atômica que será representada na Tabela Periódica será uma média ponderada da massa de cada isótopo do ferro e sua respectiva abundancia: (5,845 54) (91,754 56) (2,119 57) (0,282 58) 100 55,90 u.m.a [II] Correta. Pois o átomo é o mesmo, portanto, mesmo número de prótons. [III] Incorreta. Os átomos neutros de ferro possuem o mesmo número de prótons e elétrons, portanto, possuem o mesmo número de camadas eletrônicas dos átomos no estado fundamental. Resposta da questão 5: [C] Cálculos necessários: Cátion potássio: 1mol K 39 g n 3 3 K 320 10 g n 8,2 10 mol Cátion cálcio: 1mol 2Ca 40 g n 2 3 3 Ca 40 10 g n 1,0 10 mol Cátion sódio: 1mol Na 23 g n 3 3 Na 40 10 g n 1,74 10 mol A sequência seria: 2K Na Ca . n n n Resposta da questão 6: a) Teremos: b) Teremos: 2H O 18g 18g 100% 2g x% x 11,11% c) Teremos: 18g 236 10 moléculas x 23 1mol x 3 10 g d) 2 ( ) (aq) (aq)H O H OH A constante de equilíbrio da água é dada pela expressão: (aq) (aq) w 2 ( ) [H ] [OH ] K [H O ] A água no estado líquido não varia sua concentração, a constante Kw será: w (aq) (aq)K [H ] [OH ] Resposta da questão 7: [C] Cálculo da massa de etanol em 100 mL: etanold 0,80 g/mL 1mL de etanol 0,80 g de etanol 100 mL de etanol etanol 80 g de etanol m 80 n 1,739 mol M 46 26 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com Cálculo da massa de água em 100 mL: águad 1,00 g/mL 1mL de água 1,00 g de água 100 mL de água água 100 g de água m 100 n 5,555 mols M 18 5,55 3,194 1,739 Conclusão: em mols, a quantidade de água é mais de três vezes maior do que a quantidade de etanol. Resposta da questão 8: [B] CaCO3 CaO + CO2 1mol 1mol 1 mol Veja que temos 1 mol de CaO que corresponde a 1 mol de íon Ca2+ e 1 mol de O2- A quantidade recomendada é o dobro de 500 mg por dia, ou seja, 1000 mg de cálcio por dia, então: 31000 mg 1000 10 1 g 40 g de cálcio 236 10 átomos de Ca 1 g de cálcio Ca 23 22 Ca n n 0,15 10 1,5 10 átomos de cálcio Resposta da questão 9: [C] 35x 37y 35,5 100 x y 100 x 100 y 35(100 y) 37y 3550 3500 35y 37y 3550 2y 3550 3500 y 25% x 100 25 75% Resposta da questão 10: [D] [A] Incorreta. 4 61 mol de K [Fe(CN) ] 368,15g x 184,1g x 0,50 mol 4 61 mol de K [Fe(CN) ] 6 mols de C 0,5 mol x x 3 mols de C [B] Incorreta. 4 61 mol de K [Fe(CN) ] 355,8g de íons Fe 0,5 mol 3 x x 27,9g de íons Fe [C] Incorreta. 4 61 mol de K [Fe(CN) ] 234 6,02 10 atomos de K 0,5 mol 23 x x 12,04 10 átomos de K [D] Correta. 4 61 mol de K [Fe(CN) ] 236 6,02 10 de íons CN 0,5 mol 23 x x 18,06 10 de íons CN [E] Incorreta. 4 61 mol de K [Fe(CN) ] 234 (6,02 10 ) átomos de N 0,5 mol 23 x x 12,04 10 átomos de N Resposta da questão 11: [B] 1 mol de moléculas de 10 4 2C H N contém: 10 4 21mol (C H N ) 10 mols de átomos de carbono 4 mols de átomos de hidrogênio 2 mols de átomos de nitrogênio Resposta da questão 12: A partir da fórmula estrutural teremos: Fórmula molecular: C10H15O3N5 ou C10H15N5O3 Massa molar = 10 12 + 15 1 + 3 16 + 5 14 = 253 g.mol-1 O paciente toma a cada 12 horas um comprimido, logo em um dia toma 2 comprimidos, que equivalem a 2 125 mg (250 10-3 g). 253 g 6,02 1023 moléculas 250 10-3 g y y = 5,95 1020 moléculas. O paciente ingere por dia 5,95 1020 moléculas do penciclovir. Resposta da questão 13: [A] 27 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com De acordo com a hipótese de Avogadro, nas mesmas condições de temperatura e pressão o mesmo volume será ocupado pelo mesmo número de moléculas. Resposta da questão 14: a) Teremos: 22 30 6 4 6 6 7C H N O S C H O 666,7 g / mol 1mol 5 666,7 g 5,2 10 mol 22 30 6 4 6 6 7C H N O S C H O 5 3 m m 3.466,84 10 g m 34,67 10 g m 34,67 mg 34,67 mg 50 mg (especificação) Conclusão: o produto está fora da especificação. b) Cálculo do teor de nitrogênio das amostras: 22 30 6 4 6 6 7 N 14 g / mol C H N O S C H O 666,7 g / mol 666,7g 100 % 6 14 g N N 22 19 3 4 p p 12,60 % C H N O (tadalafila ) 389,4 g / mol 389,4g 100 % 3 14 g N N p' p ' 10,79 % Conclusão: seria possível diferenciar entre o citrato de sildenafila e a tadalafila, a partir do teor de nitrogênio presente em cada amostra, já que as porcentagens de nitrogênio são diferentes nas amostras analisadas. 15. [C] 16. [D] 17. [B] Teremos: 5 11C H N 85 85 g (piperidina) 23 piperidina 11 6 10 átomos de H m 22 1 piperidina 2,64 10 átomos de H m 3,4 10 g 0,34 g 340 mg 18. [C] 19. [E] Cálculo do volume do cubo: 3 3 3 cuboV (3 cm) 27 cm 3 águad 1 g / cm 1 g (água) 3 água 1 cm m 3 água 27 cm m 27 g 18 g 236 10 moléculas de água 27 g moléculas de água 23 moléculas de água n n 9 10 moléculas de água 20. [E] Teremos: 3 8C H 44 (propano) 44 g 233 6 10 átomos de carbono 80 g 23 24 n n 32,72 10 átomos de carbono n 3,27 10 átomos de carbono 3 8C H 44 (propano) 44 g 236 10 moléculas de propano m 23 1molécula de propano m 7,33 10 g 21. [C] [I] Correta. 1 mol de P 31g x mol 650g x 20,96 21mol [II] Incorreta. 28 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com 3 4 2 Fosforita : Ca (PO ) 310g / mol 310g 100% 62g x x 20% 5 4 3 Fluorapatita : Ca (PO ) F 504g / mol 504g 100% 3 31 x x 18,45% 5 4 3 Hidroxiapatita : Ca (PO ) OH 502g / mol 502g 100% 3 31 x x 18,53% A maior porcentagem é a da fosforita. [III] Correta. 3 4 2 Fosforita : Ca (PO ) 310g / mol 310g 100% 62g x x 20% [IV] Correta. Uma pessoa necessitade 1g/dia. A extração remove 22,6kg/ano, portanto: 22,6 kg 61,92 62g / dia 365 dias Resposta da questão 22: [A] A partir dos dados da figura podemos calcular a massa atômica média ponderada: M.A (0,97 20 0,01 21 0,02 22) u.m.a M.A 20,05 u.m.a 22. V V F F 23. [C] 24. [D] 25. [D] 26. [A] Teremos: 9 8 4 9 8 4 C H O átomos de oxigênio oxigênio Ácidoacetilsalicílico C H O 180 g / mol m n M 10 n 0,056 mol 180 n 0,056 4 0,224 mol m 0,224 16 3,584 g 8 9 2 8 9 2 C H O N átomos de oxigênio oxigênio Paracetamol C H O N 151 g / mol m n M 10 n 0,066 mol 151 n 0,066 2 0,132 mol m 0,132 16 2,112 g 27. [A] GABARITO - Cálculos de Fórmulas 1. a) C8H12O2 b) C3H6O 2. CaS2O3 3. a) C10H18O b) 3,32 g de H2O 4. Ca3(PO4)2 5. Fórmula molecular: C11H8S2N2O3 Massa molecular: 280 u Composição percentual: C..........47,14% H..........2,86% S...........22,86% N..........10,00% O..........17,14% 6. K2Cr2O7 7. Fórmula mínima: C5H7N Fórmula molecular: C10H14N2 8. C2H5 9. [D] 10. [B] 11. [D] 12. [A] 13. Na4P2O7 14. CuSO4.5H2O 29 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com 15. [D] 16. [D] 17. Al4(SiO4)3 18. [B] 19. [A] 20. C8H11NO3 21. CaCl2.6H2O 22. C4H5Cl3 23. a) Ca = 31,25%; C = 19%, O = 49,75%. b) CaC2O4 24. a) C2H5NO b) C4H10N2O2 25. Na2SO4.10H2O 26. a) C = 40,83%; H = 4,39%; O = 54,78% b) C3H4O3 c) C6H8O6 30 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com 31 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com MÓDULO 02 ESTEQUIOMETRIA – LEIS PONDERAIS E CÁLCULO ESTEQUIOMÉTRICO 1. Leis Ponderais 1.1. Lei de Lavoisier (ou lei da conservação da massa ou lei da conservação da matéria) Lavoisier fez inúmeras experiências, nas quais pesava as substâncias participantes, antes e depois da reação, verificando então que a massa total do sistema permanecia inalterada quando a reação ocorria num sistema fechado. Com base nessas experiências. Lavoisier enunciou a seguinte lei (1774): Sistema é uma parte limitada do universo, sujeita à observação e caracterizada por uma série de propriedades, O sistema fechado é aquele que permite troca de energia com o exterior, mas seus limites impedem a passagem de matéria. Numa reação química, a soma das massas dos reagentes é igual à soma das massas dos produtos. Selam mA, mB, mC e mD as massas das substâncias A, B, C e D, participantes de uma reação expressa pela equação: A + B → C + D mA mB mC mD De acordo com a lei de Lavoisier: A B C Dm m m m A lei de Lavoisier é frequentemente enunciada de uma maneira mais ampla: “Na natureza nada se cria e nada se perde” A lei de Lavoisier pode ser verificada experimentalmente de uma maneira muito simples, utilizando-se um tubo em forma de Y. Vamos tomar como exemplo a reação do NaCl (aq) com o AgNO3(aq). NaCl(aq) + AgNO3(aq) AgCl(s) + NaNO3(aq) Num dos ramos do tubo colocamos a solução de NaCl e no outro, a solução de AgNO3. A seguir fechamos o tubo e pesamos o sistema. Invertendo-se o tubo em Y, as soluções dos dois ramos entram em contato e ocorre a reação. Quando esta termina, pesamos novamente o sistema e verificamos que a massa permanece constante. A lei de Lavoisier pode hoje parecer evidente, mas na época em que foi estabelecida nada tinha de evidente. As experiências realizadas pelos químicos naquela época mostravam que nem sempre havia conservação da massa durante as reações. Quando queimavam o magnésio, eles observavam um aumento de massa. Mas se queimavam o enxofre, notavam uma perda de massa. Lavoisier teve o grande mérito de esclarecer que essas diferenças de massa observadas eram devidas à absorção ou liberação de gases durante as reações. 32 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com Lavoisier foi o primeiro a esclarecer que no fenômeno da combustão (queima), havia sempre uma reação da substância que estava queimando com o oxigênio (do ar). No caso da queima do magnésio, este retira oxigênio do ar, dando óxido de magnésio, que é sólido. Dessa maneira, há aumento de peso na reação. Porém, se a queima ocorrer dentro de um recipiente fechado, o peso permanecerá constante. Por outro lado, na queima do enxofre, este também retira oxigênio do ar, dando dióxido de enxofre, que é gasoso. O SO2 se desprende e passa para a atmosfera. Por isso, há diminuição de peso durante a queima do enxofre se a reação é feita em recipiente aberto. Mas se a queima ocorrer dentro de um recipiente fechado, o peso permanecerá constante durante a reação. Teoria do flogisto No ano 700, George Ernest Stahl (1660 – 1734) propõe a primeira teoria da combustão, pela aplicação do método científico. Foi denominada teoria do flogisto. Segundo ela, toda substância combustível apresentava dois componentes: a cinza e o flogisto. Quanto mais combustível fosse uma substância, mais rica em flogisto ela seria. Quando uma substância queimava. ela perdia o seu flogisto sob forma de calor e luz. transformando-s6em cinza. Alguns não aceitavam essa teoria pelo fato de não ser possível ver ou isolar o flogisto: os seus defensores, porém. argumentavam que a eletricidade e o magnetismo também não podiam ser vistos, mas ninguém duvidava de sua existência. Antoine Laurent Lavoisier (1743 – 1794) derrubou a teoria do flogisto e criou a teoria da combustão, como é aceita hoje em dia. A lei de Lavoisier à luz da teoria da relatividade No início do século XX, Einstein demonstrou que uma certa quantidade de energia equivale a uma certa massa. Como as reações são acompanhadas da liberação ou absorção de energia. haverá uma diminuição ou aumento de massa equivalente à energia liberada ou absorvida na reação. Essa variação de massa é, contudo, muito pequena em relação à massa total do sistema. Mesmo que a energia liberada ou absorvida na reação seja muito grande. não pode ser determinada a variação de massa, mesmo com as balanças de maior precisão. Portanto, a lei de Lavoisier é válida dentro dos limites de precisão das balanças atuais. A equação de Einstein que relaciona massa e energia é: 33 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com Vamos calcular a massa equivalente à energia liberada na explosão de 1 636 bombas iguais à lançada em Hiroshima, isto é, 90 trilhões de joules: 13 5 8 2 8 2 16 2 13 3 2 16 2 e 9 10 J c ' 300000km / s 3 10 km / s 3 10 m / s c (3 10 km / s) 9 10 (m / s) e 9 [10 ] m 10 kg 1g c 9 10 (m / s) Como o valor c2 é elevadíssimo, por maior que seja o valor da energia (e), o valor da massa será extremamente pequeno. 1.2. Lei de Proust (ou lei das proporções constantes ou lei das proporções definidas) Através de análises quantitativas de inúmeras substâncias, obtidas por diferentes processos e provenientes de diferentes fontes naturais, Proust verificou que uma mesma substância tinha sempre a mesma composição qualitativa e quantitativa. Por exemplo, o cloreto de sódio extraído da água do mar, bem como o extraído de jazidas na crosta terrestre e o obtido em laboratório, possuía sempre a mesma composição qualitativa e quantitativa. Em 1797, Proust enunciou a seguinte lei: Uma mesma substância apresenta sempre a mesma composição qualitativa e quantitativa independentemente do seu histórico (método de obtenção procedência etc.) Estabelecida a lei de Proust, os químicos fizeram o seguinte raciocínio: “Se uma mesma substância tem composição fixa, ela poderá ser representada por uma fórmula química”. Assim, através de experiências,eles verificaram que a água sempre era formada por 11,1% de hidrogênio e 88,9% de oxigênio, em massa. Em outras palavras, 100 g de água sempre continham 11,1 g de hidrogênio e 88,9 g de oxigênio. Assim, a fórmula porcentual em massa da água é: 11,1 % de hidrogênio e 88,9% de oxigênio. A lei de Proust foi posteriormente estendida a qualquer reação química: Numa mesma reação química, há uma relação constante entre as massas das substâncias participantes. Consideremos a reação de síntese da água. Suponhamos que foram feitas quatro experiências, cada uma delas com diferentes massas dos reagentes: O valor da relação entre as massas de hidrogênio e de oxigênio que reagiram entre si nas quatro experiências é constante, de acordo com a lei de Proust. 34 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com Existe também uma relação constante entre as massas de hidrogênio e as massas de água, bem como entre as massas de oxigênio e as massas de água. massa de hidrogênio 2 10 16 11,1 0,111 constante massa de água 18 90 144 100 massa de oxigênio 16 80 128 88,9 0,889 constante massa de água 18 90 144 100 Além disso, os resultados dessas experiências confirmam também a lei de Lavoisier. Generalização: Seja uma reação segundo a equação geral: As fórmulas e as equações químicas utilizadas atualmente tornam óbvia a lei de Proust, mas elas ainda não existiam quando a lei foi enunciada. Surgiram posteriormente, como consequência das leis de Lavoisier e Proust. 1.3. Lei de Dalton Depois de Berzelius ter esclarecido que duas ou mais substâncias podem combinar-se em proporções diferentes, com a condição de darem compostos diferentes, Dalton notou que, se fosse 35 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com fixada a massa de uma das substâncias, as massas da outra guardavam entre si uma relação expressa por números inteiros e pequenos (1, 2, 3, ...). Em 1803, Dalton enunciou uma lei chamada lei das proporções múltiplas: Quando uma massa fixa de substância A se combina com massas diferentes de outra substância B, dando compostos diferentes, as massas de B guardam entre si uma relação expressa por números inteiros e pequenos (relação simples). Relação expressa por números inteiros e pequenos chama-se relação simples. Sejam m, m2, m3, ... as massas de B que se combinam com massa fixa m de A, dando os compostos X, Y, Z, ... Representando por a, b, c, ... números inteiros e pequenos: 36 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com 1.4. Lei de Richter-Wenzel-Berzelius (ou lei das proporções recíprocas) Quando uma massa fixa m,, de substância A se combina com massas mB e mC de substâncias B e C, se essas se combinarem entre si, elas o farão com massas m’B e m’C, tais que: 37 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com 2.0. Cálculo Estequiométrico São aqueles que envolvem as quantidades das substâncias que participam de uma reação química. É a parte da Química que estuda o cálculo das massas, número de mols, volume etc; em uma reação química. Os coeficientes de uma reação química balanceada indicam a proporção de cada substância que reage e que é produzido. Essa proporção pode ser em mols, massa, número de moléculas, volume nas mesmas condições de temperatura e de pressão ou volume nas CNTP (a relação entre volumes só é válida para substâncias na fase gasosa). Exemplo: Relações 1 N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g) Mols 1 mol 3 mols 2 mols N° de moléculas 6,02.1023 18,06.1023 12,04.1023 Massa 28 g 6 g 34 g Volume (T e P ctes.) 1 L 3 L 2 L Volume nas CNTP 22,4 L 67,2 L 44,8 L Para a resolução de um problema de cálculo estequiométrico, proceda da seguinte maneira: I. escrever a equação química; II. balancear a equação química; III. grifar o que foi dado e pedido; IV. regra de três; Exemplo: • 24g de carbono reagem com o oxigênio gasoso produzindo gás carbônico, de acordo com a equação: C + O2 → CO2 Determine: a) Massa de O2(g) que reage. b) Volume de CO2 produzido, nas CNTP. Dados: (C = 12u; O = 16u) Solução: a) C + O2 → CO2 1mol 1 mol 12g 32g 24g – X X = m(O2) = 64g b) C + CO2 → CO2 12g 22,4 L 24g X L X = 44,8L CO2 3. Rendimento 3.1. Cálculo do rendimento (R) Devido a uma série de fatores, tais como aparelhagem mal esterilizada, deficiência do operador, impureza das substâncias reagentes etc., sabemos que, ao efetuarmos, uma reação química, os produtos são obtidos em quantidades menores que as previstas teoricamente (Qt). 3.2. Procedimento I. Determinar a quantidade teórica (Qt). Essa quantidade teórica seria obtida se o rendimento fosse de 100%. Rendimento teórico (Rt) Qt → Rt = 100% 38 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com II. Calcular a quantidade real (Qr) a ser obtida, considerando-se um rendimento inferior a 100%. Rendimento real (Rr). Qt → Rt =100% Qr → Rr <100% Na maioria das questões de rendimento, a pergunta é feita em relação à quantidade (em mol, massa, moléculas, volume etc.) do produto, assim a Quantidade real (Qr) obtida deverá ser menor que a Quantidade teórica (Qt). Quando uma questão de rendimento se refere a uma quantidade desconhecida de um reagente, a Quantidade (Qr) que vai ser colocada para reagir deverá ser, maior que a Quantidade teórica (Qt), pois apenas uma parte do regente irá reagir. 4. Pureza ou impureza de reagentes Salvo na indústria farmacêutica e em outras que estejam diretamente ligadas à saúde pública, é normal o uso de reagentes impuros que contém, além da substância que irá reagir efetivamente, outras tantas misturadas. Nos problemas que envolvem impurezas é aconselhável que de início, se determine a massa da substância que reage (substância pura). Amostra (mtotal = massa da substância pura que reage (mp) + massa de impureza (mimp) mt = massa total da amostra mp =massa da substância pura mi =massa da impureza mt = mp + mi 4.1. Procedimento I. Trabalhe somente com a parte pura, pois as impurezas não vão reagir. Amostra →100% Pura(?) → P% II. Resolvo a questão através de uma regra de três, utilizando a quantidade da substância pura encontrada no procedimento anterior. Observações: Em questões onde for pedida a quantidade da amostra (parte pura + parte impura) devemos calcular a quantidade que reage e igualá-la à porcentagem de pureza, e assim descobrir a quantidade da amostra considerando-a igual a 100%. Quantidade pura → % de pureza Amostra (?) →100% 5. Reagente em excesso ou quantidade de dois ou mais reagentes Quando estamos realizando uma reação química em laboratório, com o objetivo de obtermos a maior quantidade possível de um composto, muitas vezes usamos um grande excesso de um determinado reagente. Quando realizamos uma reação entre duas substâncias ou mais, dificilmente usamos exatamente as quantidades equivalentes dos reagentes. 5.1. Procedimento 39 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com Verificar se existe reagente em excesso. Sempre que em uma questão forem fornecidas as quantidades (em massa, mols, moléculas, volumes etc.) de dois ou mais reagentes, devemos fazer a verificação se existe reagente em excesso. Não trabalhe com o reagente em excesso. O reagente que não está em excesso é denominado de reagente limitante. 5.2. Procedimento prático para verificar se existe reagente em excesso Quando se trabalha com quantidade de matéria, número de mols, pode-se usar o seguinte procedimento para verificar qual o reagente que está em excesso. Seja uma equação hipotética A + B → C.
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