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ESTEQUIOMETRIA A ARITIMÉTICA QUÍMICA ALEXSANDRO BRASILEIRO SANTOS UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE CFP – CENTRO DE FORMAÇÃO DE PROFESSORES UACEN–UNIDADE ACADEMICA DE CIENCIAS EXATAS E NATURAIS DISCIPLINA – SEMINÁRIOS DE FORMAÇÃO DE PROFESSORES PROF. CARLOS DAVIDSON PINHEIRO 1 2 INTRODUÇÃO No campo de estudo químico/cientifico sempre foram travadas batalhas intelectuais sobre métodos e formas de pesquisas, sobre o mundo que nos cerca, uma das formas mais claras de se apresentar um estudo para sua demonstração no meio cientifico é a formulação de um postulado (um minucioso procedimento que envolve uma árdua pesquisa obedecendo ao método cientifico). 3 INTRODUÇÃO Saber expressar de maneira clara e concisa um estudo ou qualquer procedimento envolve muito o lado quantitativo quanto o qualitativo, é necessário além de uma maneira clara e eficaz de demonstrar uma reação química que esta mesma seja precisa e obedeça a uma regra de comprovação. 4 INTRODUÇÃO As reações químicas são representadas de forma concisa pelas equações químicas, a estequiometria ( que deriva das palavras gregas STOICHEION = ELEMENTO e METRON = MEDIDA) é baseada em entendimento de massas atômicas e em um princípio fundamental, a lei da conservação da massa: “ A massa total de uma substância presente no final de uma reação química é a mesma massa total do inicio da reação”(Antonie Lavoisier no Século XVI e apenas publicado em 1789). 5 O MOL O Mol é a quantidade de substância de um sistema contendo tantas entidades elementares quantos átomos existem em 0,012 quilograma de carbono 12. Quando se utiliza o mol, as entidades elementares devem ser especificadas, podendo ser átomos, moléculas, íons, elétrons, assim como outras particulas, ou agrupamentos especificados dessas particulas. EX. a massa molar do Carbono12 é aproximadamente 12g/mol 6 A palavra mol foi utilizada pela primira vez pelo químico Wilhem Ostwald em 1896. Em latim, esta palavra significa mole, que significa”monte”, “quantidade”. A partir desta palavra também originou molécula, que quer dizer pequena quantidade. Algumas mercadorias são vendidas em quantidades já definidas, como por exemplo a dúzia (12), a resma (500), etc. O mol também determina quantidade. Pode determinar também massa e volume. Veja o esquema a seguir: 7 O mol indica quantidade. Um mol de qualquer coisa possui 6,02.1023 unidades. É utilizado em química para referir-se à matéria microscópica, já que este número é muito grande. Pode ser usado para quantificar átomos, moléculas, íons, número de elétrons, etc. O número 6,02.1023 é a constante de Avogadro. Exemplos: 1 mol de átomos de H tem 6,02.1023 átomos. 2 mol de átomos de H tem 2 x 6,02.1023 átomos = 12,04.1023 átomos de H 8 O mol indica massa. Um mol de um elemento é igual a sua massa molecular em gramas (g). Exemplos: 1 mol de água tem 18g 2 mol de água tem 2 x 18 = 36g 9 O mol indica volume. Na realidade, indica o volume ocupado por um gás nas CNTP (condições normais de temperatura e pressão). Para gases que estão nestas condições, o valor de um mol é 22,4L (litros). CNTP: T=0°C = 273K P = 1atm = 760mmHg Exemplos: 1 mol de CO2 ocupa que volume nas CNTP? 22,4L 2 mol de CO2 ocupa que volume nas CNTP? 2 x 22,4L = 44,8L 10 EQUAÇÕES QUÍMICAS Quando o hidrogênio (H2) entra em combustão, por exemplo, reage com o oxigênio (O2) do ar para formar a água (H2O). (2H2 + O2 2H2O), lemos o sinal (+) como “reage com “ e a seta como “PRODUZ”. 11 Entretanto podemos observar que a fórmula química da água é H2O, sempre obedecendo a razão de 2 para 1, não importa a quantidade de moléculas de água sempre serão formadas de duas moléculas de hidrogênio e uma de oxigênio, o que era varia é o valor estequiométrico dessas reações. Uma vez que os átomos não são formados nem destruídos em uma reação, a equação química deve ter um número igual de átomos de cada elemento de cada lado da seta, quando essa condição está satisfeita, diz-se que a equação está balanceada. 12 Ao balancear uma equação é necessário compreender o que está sendo realizado, em uma fórmula química a mesma possui um coeficiente estequiométrico e um índice, compreender suas diferenças é necessário para comprovar o experimento ou procedimento, o coeficiente estequiométrico nos dá informações das quantidades do elemento químico e o índice nos dá informações da espécie do elemento, alterar o índice também altera o elemento e assim a equação encontra- se com um erro. 13 Para ilustrar o processo de balanceamento de equações, considere a reação que o corre quando o metano (CH4), o principal componente do gás natural, queima ao ar para produzir o gás dióxido de carbono (CO2) e vapor de água (H2O). 14 Para chegar ao final de uma fórmula química e saber se a mesma encontra-se correta podemos tomar vários meios para chegar a uma equação balanceada, tentativa e erro, método algébrico, íon- eletron, oxi-redução entre outros, porém vale ressaltar que cada método de balanceamento possuem suas vantagens e desvantagens, há vários caminhos para se chegar a uma resposta correta cada um toma o caminho mais conveniente. 15 QUESTÃO 1) Qual a razão molar necessária de Carbono para Cloro deve ser escolhida para se prepara a substância C2Cl6 (hexaclorometano)? E quantos mols de Carbono são necessários para se combinar com 4,87 mol de Cloro para formar a substância C2Cl6 ? 16 QUESTÃO 2) Quantos mols de níquel (Ni) há em 4,50 g deste elemento? 17 QUESTÃO 3) Quantos gramas de ouro (Au) existem em 0,250 mol deste metal? 18 QUESTÃO 4) Faça o balanceamento das equações químicas; Fe(s) + O2(g) Fe2O3(s); C2H4(s) + O2(g) CO2(g) + H2O(g); Al(s) + HCl(aq) AlCl3(aq) + H2(g); 19 QUESTÃO 5) Escreva a equação balanceada para a reação que ocorre quando o metanol, CH3OH(l) , é queimado ao ar. 20 QUESTÃO 6) Uma amostra do hormônio masculino testosterona, C19H28O2, contém 3,08x1021 átomos de hidrogênio. a) Quantos mols de carbono há? b) Quantas moléculas de testosterona ha nessa amostra? c) Qual a quantidade de materia? d) Qual a massa dessa amostra? 21 QUESTÃO 7) Uma indústria de processamento de minério de enxofre expele 3,80 toneladas de SO2 por dia, através de sua chaminé. Se 70% do SO2 expelido fossem convertidos em ácido sulfúrico, segundo a equação: SO2 + O2 + 2 H2O 2 H2SO4 Qual a massa de ácido sulfúrico obtida? 22 QUESTÃO 8) Um ortopedista usou 1kg de gesso seco para engessar o pé de um paciente. Calcule a quantidade mínima de água necessária para a preparação da pasta de “endurecimento”, sabendo que a reação de “endurecimento” corresponde a cristalização de sulfato de cálcio desidratado. CaSO4 + 0,5H2O CaSO4 + 2H2O? 23 QUESTÃO 9) Determine a massa de N2 formada quando faz-se reagir 136g de NH3 com quantidade suficiente de O2, segundo a reação: NH3 + O2 NH2 + H2O. 24 QUESTÃO 10) Na poluição atmosférica, um dos principais irritantes para os olhos é o formaldeido, CH2O, o qual é o formado pela reação do ozônio com o etileno. O3 +C2H4 2CH2O + O Num ambiente com excesso de O3, quantos mols de etileno são necessários para formar 10 mol de formoaldeido?
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