reacoes _Marcelo Herbst

Prévia do material em texto

1 
Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro 
 
IC310 - Química Geral 
 
Equações químicas e Estequiometria 
 
Prof. Marcelo Herbst 
2 
Equações químicas 
 
As transformações das substâncias representam-se, em 
Química, por equações químicas. A escrita de uma 
equação química supõe o conhecimento prévio das 
substâncias que se transformam - reagentes - e 
daquelas que se obtêm como conseqüência dessa 
transformação - produtos da reação - e, também, o 
estado físico em que se encontram nas condições em 
que a reação ocorre. Exige, igualmente, que se saiba 
representar cada substância por uma fórmula 
química. 
3 
Por exemplo, para a combustão do principal 
hidrocarboneto da gasolina, octano, escreve-se: 
 
2 C8H18(l) + 25 O2(g)  16 CO2(g) + 18 H2O(g). 
 
Nesta equação química, não só se indicam as fórmulas 
dos reagentes e produtos e o respectivo estado físico, 
como também a proporção em que uns reagem e 
outros se formam, decorrente do fato que os átomos 
de cada elemento nem se perdem nem surgem do 
nada (princípio da conservação da massa – Lavoisier). 
4 
 Qualquer que seja o mecanismo da reação, isto é, a 
forma como as moléculas interagem para se 
transformarem noutras - a reação de cada 2 moléculas de 
octano exige 25 moléculas de oxigênio, produzindo-se, 
então, 16 moléculas de dióxido de carbono e 18 
moléculas de água. 
 Ora, dizer que 2 moléculas C8H18 exigem a reação de 25 
moléculas O2, para se produzirem 16 moléculas CO2 e 18 
moléculas H2O é equivalente a dizer que: 
 - A reação de 2N moléculas de C8H18 exige 25N 
moléculas de O2, assim se produzindo 16N moléculas de 
CO2 e 18N moléculas de H2O; 
A reação de 2NA moléculas C8H18 exige 25NA moléculas 
O2, assim se produzindo 16NA moléculas CO2 e 18NA 
moléculas H2O, (NA = número de Avogadro: 6,02 x 10
23). 
5 
 Logo, a equação pode ler-se, não só em termos 
moleculares, como em termos molares: 
 A reação de 2 moles de C8H18 exige 25 moles de O2, 
assim se produzindo 16 moles de CO2 e 18 moles de 
H2O. 
 Assim se compreende que se possa, de forma 
equivalente, escrever 
C8H18(l) + (25/2) O2(g)  8 CO2(g) + 9 H2O(g), 
significando: 
 A reação de 1 mol de C8H18 exige 12,5 moles de 
O2, produzindo 8 moles de CO2 e 9 moles de H2O. 
6 
Observação: 
- se o balanceamento está correto, isso significa que o número de mol de 
cada tipo de átomo (no caso acima, carbono, hidrogênio e oxigênio) se 
mantém; 
 
- isso não significa que a soma das massas de reagentes tenha 
que ser igual à soma das massas dos produtos! 
 
- Significa apenas, usando o exemplo acima, que a massa de carbono, 
de hidrogênio e de oxigênio seja constante. Ora, se os números de 
mol de cada tipo de átomo são constantes, a conservação da massa é 
assegurada. Mas vejamos a equação balanceada: 
 
2 C8H18(l) + 25 O2(g)  16 CO2(g) + 18 H2O(g) 
 
Como vimos isso significa que há: 
 2x8 = 16 mol de carbono do lado dos reagentes, que reaparecem no 
lado dos produtos; 
 2x18 = 36 mol de hidrogênio do lado dos reagentes que reaparecem no 
lado dos produtos (18 x ½ ), e, 
 25 x ½ = 50 mol de oxigênio do lado dos reagentes, que reaparecem (32 
mol + 18 mol = 50 mol) do lado dos produtos. 
7 
Como as massas atômicas são constantes, podemos afirmar que: 
 
16 mol de carbono (12g/mol) = 192g, 
36 mol de hidrogênio (1,01g/mol) = 36,36g e 
50 mol de oxigênio (16g/mol)= 800g. 
 
Somando essas massas, temos que 
 
no lado dos reagentes, 192g + 36,36g + 800g = 1028,36g, 
 
e 
 
no lado dos produtos, 192g + 36,36g + 800g = 1028,36g. 
8 
Exercícios 
Balanceie as equações abaixo usando coeficientes inteiros: 
 
CH4 + O2 = CO2 + H2O 
 
H2 + O2 = H2O 
 
Na + H2O = NaOH + H2 
 
Fe + O2 = Fe2O3 
 
C2H4 + O2 = CO2 + H2O 
 
Al + HCl = AlCl3 + H2 
 
O2 + NO = NO2 
 
N2 + H2 = NH3 
9 
Rendimento teórico e real. Reagente limitante 
Rendimento de uma reação: 100%? 
 
 As equações químicas balanceadas indicam a 
proporção em que umas moléculas reagem e outras se 
formam e, assim, relacionam quantidades químicas (em mol) 
de reagentes e produtos. 
 
 Conhecidas as massas molares das substâncias que 
intervêm na reação, é possível, então, utilizar-se a equação 
química respectiva para relacionar também as massas de 
reagentes e produtos. 
10 
 Rendimento de uma reação: 100%? 
 
 Imagine que trabalha numa fábrica de fertilizantes e 
que tem de calcular quantas toneladas de ácido 
sulfúrico são necessárias para preparar 800 
toneladas do fertilizante sulfato de amônio, de acordo 
com a equação balanceada: 
 2NH3 + H2SO4  (NH4)2SO4. 
 Notando que, para produzir 1 mol de (NH4)2SO4 
necessita de 1 mol de H2SO4 (e 2 mol de NH3) e calculando 
as massas molares respectivas, pode escrever: 
 1 mol H2SO4  1 mol (NH4)2SO4 
 98g  132g 
11 
 Rendimento de uma reação: 100%? 
 
 1 mol H2SO4  1 mol (NH4)2SO4 
98g  132g 
98kg  132kg 
98ton  132ton 
? ton  800ton 
 
98 x 800 / 132ton  594ton 
12 
 Rendimento de uma reação: 100%? 
 Na prática, porém, poderíamos verificar que, 
utilizando 594 ton de H2SO4 (e quantidade de NH3 
suficiente), talvez não obtivéssemos 800 ton 
(rendimento teórico) de sulfato de amônio, mas 
menos. 
 É que o rendimento de uma reação 
raramente é de 100%. Admitamos, por hipótese, 
que só se obtenha 720 ton, em vez de 800 ton. 
 Então, o rendimento seria: 
 720 ton / 800 ton = 0,9 (ou 90%). 
Como se vê, o rendimento de uma reação define-se 
pela razão entre a massa de produto realmente obtido 
e o valor teoricamente previsto pela equação química. 
13 
 Rendimento de uma reação: 100%? 
 Há duas razões principais para que o rendimento de uma 
reação seja inferior a 100%: 
 
- A possibilidade de a reação não ser completa, 
assunto a que voltaremos mais adiante. 
- A ocorrência de reações secundárias que concorrem 
com a reação considerada, utilizando os mesmos 
reagentes, ou, pelo menos, algum deles. 
 
 Além disso, pode estar-se perante uma reação lenta e 
não se ter esperado o tempo suficiente para que ela 
termine. Por esta razão, o rendimento da transformação é 
menor do que seria no fim da reação. 
14 
 Rendimento de uma reação: 100%? 
 Há, ainda, duas outras situações que se relacionam 
com o rendimento das reações: 
 
- A presença de impurezas nos reagentes, pelo que 
o rendimento aparente é menor que o real. 
 
- A quantidade insuficiente de um dos reagentes 
em relação ao outro, pelo que as quantidades de 
produtos obtidos ficam limitadas pela transformação 
completa desse reagente em insuficiente quantidade - 
reagente limitante - independentemente da 
quantidade (em excesso) do outro. 
 
15 
 reagente limitante 
 
 Imagine uma situação na qual você tem 10 fatias de pão 
(Pa) e 7 fatias de queijo (Qu), e quer preparar sanduíches, 
utilizando duas fatias de pão e uma de queijo por 
sanduíche. Ou seja: 
2Pa + Qu = Pa2Qu 
O número máximo de sanduíches que você conseguiria 
preparar desta forma é 5, após o que você ficaria sem 
fatias de pão. Desta forma, sobram ainda 2 fatias de 
queijo, que não foram consumidas no processo. Neste 
caso, o pão é o reagente limitante. 
16 
 reagente limitante 
 
 Nas transformações químicas, este último caso 
(reagente limitante) inclui as situações em que, 
deliberadamente, se utiliza um excesso de um 
reagente - mais barato e/ou mais abundante - paragarantir a completa transformação de um outro - mais 
caro e/ou mais raro. Um exemplo é o da preparação do 
fármaco chamado cis-platina utilizado na terapia de 
algumas formas de câncer: 
 K2PtCl4 + 2NH3  cis-Pt(NH3)2Cl2 + 2KCl. 
 Aqui, o reagente caro é o primeiro (tetracloplatinato 
de potássio), razão pela qual se utiliza um excesso do 
reagente amônia, muito mais barato. 
17 
Exercício resolvido: 
A aspirina é produzida pela adição de anidrido acético a uma solução aquosa 
de ácido salicílico. A equação balanceada que representa a reação é: 
2C7H6O3(aq) + C4H6O3(l)  2C9H8O4(aq) + H2O(l) 
Se 1,00kg de ácido salicílico é usado com 2,00kg de anidrido acético, 
determine: (a) o reagente limitante, (b) o rendimento teórico de aspirina, em 
gramas. 
(a) Inicialmente calculamos o número de moles de ácido salicílico (M.M. = 
138 u) e anidrido acético (M.M. = 102 u) 
n(ácido) = 1000g / 138g.mol-1 = 7,24 mol 
n(anidrido) = 2000g / 102g.mol-1 = 19,6 mol 
Através da equação balanceada, vemos que 2 moles de ácido salicílico são 
necessários para reagir com 1 mol de anidrido acético. Logo, precisaríamos 
de 2x(19,6) = 39,2 moles de ácido salicílico para reagir com todo o anidrido 
acético. Evidentemente temos muito menos que isso: o ácido salicílico será o 
reagente limitante. 
18 
Exercício resolvido: 
(b) O rendimento teórico terá que ser baseado no reagente limitante, o ácido 
salicílico. A partir da equação balanceada, vemos que um mol de aspirina é 
formado para cada mol de ácido salicílico consumido. Logo, podemos obter 7,25 
moles de aspirina (M.M. = 180 u) 
 
Rendimento teórico = 7,25 mol (aspirina) x 180 g.mol-1 = 1,30 x 103 g 
(ou 1.300 g) 
 
Podemos ainda expressar o rendimento como percentagem: 
Rendimento percentual (%) = (rendimento real / rendimento teórico) x 100 
No exemplo acima, o rendimento real é de 1.120g de aspirina, que equivale a: 
(1.120g / 1.300g) x 100 = 86,2 % 
 
Evidentemente, se o rendimento percentual calculado é > 100, algo está errado.