5-_Apostila_Reacoes-_Balan.ceamentodoc

Prévia do material em texto

Reações  Químicas
As reações químicas são processos através dos quais substâncias são transformadas em outras pelo rearranjo dos seus átomos. O estado inicial é representado pelos reagentes e o final pelos produtos. A representação gráfica de uma reação através das fórmulas das substâncias participantes é chamada de equação química.
H2     +    1/2 O2     =>    H2O      
O número escrito antes da fórmula de uma substância revela a quantidade de moléculas da mesma que participam da reação e é denominado coeficiente. Quando omitido, subentende-se que o mesmo é 1. O número subscrito do lado direito do elemento revela a quantidade de átomos do mesmo na fórmula da substância e é denominado índice. Quando omitido, também subentende-se que o mesmo é 1.
      	
Tipos de reações químicas
Reações de Síntese: duas ou mais substâncias originam somente uma como produto. A     +     B     =>     AB
H2     +     S     =>     H2S
C     +     O2     =>     CO2
Reações de análise ou decomposição: formam-se duas ou mais substâncias a partir de uma outra única.
AB     =>     A     +     B
NaCl     =>     Na     +     ½ Cl2
CaCO3     =>     CaO     +     CO2
Reações de substituição ou dupla troca: duas substância compostas são formadas a partir de outras duas. Substituem-se mutuamente cátions e ânions.
AB     +     CD     =>     AD     +     CB
As reações de neutralização são exemplos característicos de rações de dupla troca.
HCl     +     KOH     =>     KCl     +     H2O
Para a ocorrência das reações de dupla troca, deve ocorrer uma das condições.
- forma-se pelo menos um produto insolúvel
- forma-se pelo menos um produto menos ionizado (mais fraco) 
- forma-se pelo menos um produto menos volátil.
 Estequiometria - Cálculos estequiométricos
A Estequiometria estuda as relações envolvendo as quantidades e tipos de matéria participantes das reações químicas. 
A     +     B     =>     C     +     D 
 			 reagentes                produtos 
A palavra estequiometria é de origem grega e significa medida de uma substância.
Estéquio: Stoikheion (elemento ou substância)
Metria: metron (medida)
A estequiometria tem por objetivo o cálculo teórico da quantidade de reagentes em uma reação e da quantidade de produtos. Sempre em condições já pré determinadas.
A partir de uma equação balanceada pode-se prever a massa de produtos gerados a partir de uma certa massa de reagentes. Dada a reação química... 
1 H2     +     ½ O2     =>    1 H2O 
Os coeficientes indicam os números de moles de cada substância participante da reação. Estes podem ser convertidos em: 
                        - número de moléculas 
                        - número de átomos 
                        - massa 
                        - volume ( substância no estado gasoso) 
Assim, o mol pode ser expressa pelo número de Avogadro, 6,02 · 1023 moléculas; pode ser expressa pela sua massa, em gramas e, se forem de um gás e estiverem nas CNTP, ocuparão um volume de 22,4 L.
Exemplo: Dada a equação :
 1 H2     +     ½ O2     =>    1 H2O 
1 mol de hidrogênio + ½ mol de Oxigênio => 1 mol de Água
obs: 
Para fazer a transformação da quantidade de matéria (mols) para massa (g), volume (l) ou número de partículas, sempre se multiplica os coeficientes estequiométricos (proporção em mols) pelos fatores de transformações correspondentes.
Exemplos:
1) Para passar 1 mol de N2 para massa em gramas, basta multiplicar o coeficiente 1 pela massa molecular ou molar do N2:
1 mol de N2: 1x 28g 1 mol de N2 = 28 g de N2
2) Para passar 2 mols de NH3 para volume em litros nas CNTP, basta multiplicar o coeficiente 2 pelo volume molar de um gás nas CNTP:
2 mols de NH3 : 2 x 22,4 L	 2 mols de NH3 = 44,8 L
3) Para passar 3 mols de H2 para número de moléculas, basta multiplicar o coeficiente 3 pelo número de Avogadro: 
3 mols de H2 : 3 x 6,0x1023 3 mols de H2 = 18x1023 moléculas de H2. 
 Exercício:
Dada a seguinte reação :
 CaCO3     =>          CaO     +     CO2 
massas molares 
Ca= 40
C= 12
O= 16 CaCO3 = 100g; Cao = 56g; CO2= 44g
CaCO3     =>          CaO     +     CO2 
                               100g                      56g             44g 
                               
1- Qual a massa de CaCO3 necessária para se obter 28g de CaO? 
100g de CaCO3   -----------   56g de CaO 
x g de CaCO3      -----------   28g de CaO 
x = 100 . 28 / 56 = 50g de CaCO3 
 2 - Se fossem usados 300g de CaCO3 na reação anterior, qual seria o volume de CO2 (considerando que as condições são as das CNTP)? 
  			100g de CaCO3   --------------   44g de CO2 
  			300g de CaCO3   --------------   x g de CO2 
  						x = 44 . 300 / 100 = 132g de CO2
1mol CO2  = 44g de CO2   --------------   22,4L 
 44g de CO2   --------------22,4L 
 132g de CO2  --------------  x L x = 22,4 . 132 / 44 = 67,2 L de CO2 
  
3- Quantas moléculas de CO2 são obtidas quando são usados 150g de CaCO3? 
  		100g de CaCO3   -------------   1 mol de CO2 
  Assim,
100g de CaCO3   -------------   6,02 x 1023 moléculas de CO2 
  		150g de CaCO3   -------------   x moléculas de CO2 
  		x = 6,02 x 1023 . 150 / 100   =   9,03 x 1023 moléculas de CO2 
  
Rendimento de uma Reação
Quando um reagente é impuro ou a reação não se processa completamente por algum motivo, podemos calcular o rendimento da reação. 
R= (Qp / Qt ) . 100
  Em que: 
Qp Considera perdas devidas pelas impurezas dos reagentes e reação não completa. 
Qt Quantidades teóricas da reação, reagentes 100% puros e reação completa. 
  
Exemplo 
Reagem-se 80g de NaOH em excesso de HCl e são obtidos 110g de NaCl. Qual o rendimento da reação? 
HCl     +     NaOH     =>     NaCl     +     H2O 
                 36,5g           40g               58,5g         18g 
Teórico:
	40g de NaOH   ------------   58,5g de NaCl 
	80g de NaOH   ------------   117g de NaCl 
Assim: 
NaCl teórico = 117g 
NaCl prático = 110g 
Rendimento, % = ( 110 / 117 ) . 100 = 94 % 
Procedimentos para resolver exercícios 
A) Escrever a equação da reação química;
B) Acertar os coeficientes (fazer o balanceamento = igualar o número de átomos);
C) Obter a Proporção em Mols por meio dos coeficientes estequiométricos.
Balanceamento Químico de Equações
São os coeficientes que permitem o balanceamento e a conservação dos átomos na equação química. Nos dois lados da reação as quantidades de cada tipo de átomo devem ser iguais.
 2 H2     +     O2     => 		    2 H2O
    04 átomos de H;  02 átomos de O     04 átomos de H;   02 átomos de O
 Balanceamento:
Os coeficientes devem ser os menores números inteiros possíveis.
 Começar pelo elemento que aparecer somente uma vez, do lado dos reagentes e dos produtos.
- Dar preferência, entre estes, ao que possuir o maior índice.
Ex.: A queima do etanol é descrita pela seguinte reação química:
C2 H6 O + O2 ------> CO2 + H2O 
 Tem-se nos reagentes: 2C; 6 H; 3O 
 E nos produtos: 1C; 2 H; 3O
Balanceamento: 
Comecemos pelo elemento que apareça uma só vez de cada lado da equação, isto é, no lado dos reagentes e no lado dos produtos (nesse caso temos o Carbono e o Hidrogênio). 
O Hidrogênio tem maior índice que o Carbono. Portanto, devemos começar por ele, pelo H.
		C2 H6 O + O2 ------> CO2 + H2O 
a- Para balancear o H , devemos multiplicar o hidrogênio por 3 (do lado do produto); ambos os lados ficaram com 6 hidrogênios.
b- Agora, multiplicar o Carbono por 2 (também do lado do produto); assim ficamos com 2 átomos de carbono e 6 átomos de hidrogênio de cada lado da equação. Teremos portanto:
C2 H6 O + O2 ------> 2CO2 + 3H2O
O elemento ainda não balanceado é o oxigênio. Temos 3 do lado dos reagentes e 7 dos produtos.
Assim, multiplicar por3 a molécula de O2 nos reagentes, para ficar com 7 .
C2 H6 O + 3 O2 ------> 2CO2 + 3H2O
	
		
Cinética Química: velocidade de reação
Cinética é a parte da Química que se ocupa do estudo das velocidades das reações dos diversos tipos de reação  e dos fatores que a influenciam. Dada a seguinte equação genérica:
a A  +  b B  (   c C  +  d D
A velocidade da reação pode ser calculada em função do consumo de qualquer dos reagentes ou da formação de qualquer um dos produtos. Como a concentração dos reagentes diminui com o passar da reação, a velocidade em função dos mesmos tem sinal negativo. 
Como os produtos têm sua concentração aumentada com o passar da reação, a velocidade em função dos mesmos tem sinal positivo. 
Sua importância é muito ampla, já que se relaciona com temas como, por exemplo, a rapidez com que um medicamento atua no organismo ou com problemas industriais, tais como a descoberta de catalisadores para acelerar a síntese de algum produto novo.
Relação entre energia de ativação e a velocidade de uma reação
A energia de ativação pode ser encarada como uma barreira que precisa ser ultrapassada para que a reação ocorra. Quanto maior for a energia de ativação de uma reação, maior a barreira a ser ultrapassada e menor a velocidade da reação.
Fatores que alteram a velocidade de uma reação química
Superfície de contato: quanto maior a superfície de contato, maior o número de choques efetivos entre as partículas dos reagentes e, portanto, maior será a velocidade da reação.
Temperatura: quanto maior a temperatura, maior o número de choques efetivos entre as partículas dos reagentes e, portanto, a velocidade da reação será maior.
Para um choque ser efetivo é necessário que haja uma "geometria de colisão" e que as moléculas ao colidirem tenham energia suficiente para formar um complexo ativado (complexo ativado é o estado intermediário onde as ligações iniciais se enfraquecem e as novas ligações começam a se formar, sua existência é curta, sua energia é evidentemente maior que a dos reagentes, é o estado de energia que exprime o momento da colisão).
Regra de Van’t Hoff
A cada aumento de 100C na temperatura de uma reação química, a velocidade tende a se duplicar.
Estado físico dos reagentes: O estado gasoso é vantajoso para as reações, pois as partículas possuem maior energia e maior liberdade de movimentos, o que favorece maior número de choques efetivos.
Pressão: Quanto maior for a pressão num sistema gasoso, menor é o volume ocupado pelos reagentes e maior é a velocidade da reação.
Luz: Algumas reações são favorecidas pela luz, como a decomposição da água oxigenada, por isso os frascos que você encontra nas farmácias são escuros.
Eletricidade: É uma maneira de fornecer energia de ativação, por exemplo para a produção de água a partir de gás hidrogênio e gás oxigênio.
Catalisadores: Catalisadores são substâncias que aceleram a velocidade das reações.
O catalisador diminui a barreira de energia a ser vencida; o catalisador é uma substância "que entra e sai" da reação, ou seja, a substância catalisadora é recuperada no final da reação.
O Catalisador diminui a Energia de Ativação, facilitando a reação química.