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MOLÉCULAS, MOL E EQUAÇÕES QUÍMICA Prof.: Dra. Jane Karla EXPLOSÕES � Explosões liberam uma grande quantidade de energia quando uma molécula bastante complexa se decompõe em compostos mais simples. EXPLOSÕES � Dinamite é um explosivo feito de nitroglicerina. � A nitroglicerina é misturada com um aglutinante inerte para formar um sólido. - Sólidos são mais fáceis e seguros de lidar do que líquidos. FÓRMULAS E EQUAÇÕES QUIM. � Força destrutiva de explosões em parte é devido à expansão dos gases. � Em um explosivo sólido, as moléculas relativamente grandes são embalados muito próximas entre si. � Fórmulas químicas fornecem uma maneira concisa para representar compostos químicos. Equações químicas construídas sobre fórmulas químicas representam uma reação química. � Equações químicas representam a transformação de uma ou mais espécies químicas em novas substâncias. - Reagentes são os materiais originais. Escrito no lado esquerdo da equação. - Produtos são os compostos recém-formado. Escrito no lado direito da equação. FÓRMULAS E EQUAÇÕES QUIM. � Fórmulas químicas usadas para representar reagentes e produtos. A fase para os compostos deve ser dado. - A indica (s) um sólido, um (l) indica um líquido, a (g) indica um gás, e um (aq) indica uma substância dissolvida em água. FÓRMULAS E EQUAÇÕES QUIM. Equações Química � A representação microscópica das moléculas presentes antes e depois da reação entre hidrogênio e oxigênio CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS Equações Químicas e Balanceamento + 10 O 3 C 6 O + 8 H 4 O 3 C 8H A estequiometria é baseada em entendimento de massas atômicas e um princípio fundamental, a Lei da conservação de massas: A massa total de uma substância presente no final de uma reação química é a mesma massa total do inicio da reação � Equação química balanceada para a combustão de metano. BALANCEAMENTO DE EQUAÇÃO � Erros comuns no balanceamento BALANCEAMENTO DE EQUAÇÃO BALANCEAMENTO DE EQUAÇÃO Exercícios de balanceamento 2Na(S) + 2H2O (l) 2NaOH (aq) + H2 (g) Na(S) + H2O (l) NaOH (aq) + H2 (g) OUTROS: Fe(s) + O2(g) Fe2O3 (s) C2H4 (g) + O2(g) CO2(g) + H2O (l) Al(s) + HCl(aq) AlCl3(s) + H2(g) R: 4:3:2; 1:3:2:2; 2:6:2:3 Massa Atômica (M.A) É a massa de um átomo expressa em u H MgNa MA=1,00797 u MA=23,9847 uMA=22,9898 u EXEMPLOS Massa Molecular Massa molecular ou peso molecular de uma substância é a soma das massas atômicas de cada átomo em sua fórmula química. Ex: MM do H2SO4 = 2(MA do H) + (MA do S) + 4 (MA do O) = 2 (1,0u) + 32,1u + 4(16,0u) = 98,1u Calcule a massa molecular de: a) Sacarose, C12H22011 b) Nitrato de cálcio, Ca(NO3)2 c) Al(OH)3 d) CH3OH R: 342,0 u ; 164,1 u ; 78,0 u ; 32,0 u MOL É a quantidade de matéria que contém tantos objetos ( átomos, moléculas, íons) quantos números de átomos em exatamente 12g de 12C isotopicamente puro, a partir de vários experimentos os cientistas determinaram que este número é 6,0221421 X 1023 e o chamamos de número de Avogadro. 1 mol de átomos de 12C = 6,02 X 1023 átomos de 12C 1 mol de moléculas de H2O = 6,02 X 1023 moléculas de H2O 1mol de íons NO3- = 6,02 X 1023 íons de NO3- Massa Molar Um mol é sempre o mesmo número, mas um mol de diferentes substâncias terá diferentes massas. Ex: Qual é a massa em gramas de 1,000mol de glicose, C6H12O6 Massa Molar APLICAÇÕES 1. Quantos gramas de água são produzidas na oxidação de 1,000g de glicose C6H12O6(S) + O2 (g) CO2 (g) + H2O(l) KClO3 (S) KCl (S) + O2 (g), 2. A decomposição do KClO3 geralmente é usada para produzir pequenas quantidades de O2 no laboratório: Quantos gramas de O2 podem ser preparadas a partir de 4,50 g de KClO3 REAGENTES LIMITANTES Quando em uma reação química um dos reagentes é totalmente consumido antes dos outros , a reação pára, deixando o reagente em excesso como sobra. Reagente Limitante determinada a estequiometria. Os reagentes limitantes limita a quantidade de produto produzido. REAGENTES LIMITANTES 2 H2 (g) + O2 (g) → 2 H2O (g) Ex: Suponha que em uma mistura de 10 mol de H2 e 7 mol de O2 reagem para formar água, qual dos reagentes está em excesso. H2 (g) + O2 (g) H2O (g) Quantidades iniciais 10 mols 7 mols 0 mols Mudanças (reações) -10 mols -5 mols + 10 mols Quantidade finais 0 mol 2 mols 10 mols REAGENTES LIMITANTES APLICAÇÃO 1. O mais importante processo comercial para converter N2 do ar em compostos contendo nitrogênio é baseado na reação de N2 e H2 para formar (NH3): N2 (g) + H2 (g) NH3 (g) Qual a quantidade de matéria de NH3 pode ser formada a partir de 3,0 mols de N2 e 6,0 mols de H2. 2. Considere a reação: Al (s) + Cl2 (g) AlCl3 (s). Deixa –se reagir uma mistura de 1,50 mol de Al e 3,0 mols de Cl2. a) Qual é o reagente limitante? b) Qual a quantidade de matéria de AlCl3 formada? c) Qual a quantidade de matéria do reagente em excesso que sobra ao final da reação R: Al ; 1,5 mol ; 0,750 Cl2 1. Um engenheiro de demolição está planejando usar o explosivo etilenodinitroamina ( C2H6N4O4, também conhecido como halita) para demolir um prédio abandonado. Os cálculos mostram que 315 mols do composto fornecem a força explosiva necessária. Quantos grama deveria ser utilizado. 2. Os foguetes impulsionadores de combustível sólido do ônibus espacial são baseados na seguinte reação entre o perclorato de amônio e o alumínio NH4ClO4(s) + Al(s) Al2O3(s) + AlCl3(g) + NO(g) + H2O(g) 3 NH4ClO4(s) + 3 Al(s) Al2O3(s) + AlCl3(g) + 3NO(g) + 6H2O(g) Se um dos reagentes estiver em excesso, será adicionada massa desnecessária ao ônibus, logo deseja-se uma mistura estequiométrica. Qual massa de cada reagente deve ser usada para cada quilograma da mistura combustível? R1: 4,73 X 104 g ; R2: 186,8 g Al e 813,2 g NH4ClO4 RENDIMENTOS TEÓRICOS E PERCENTUAIS � Muitos fatores determinam a quantidade de produto produzido. - Temperatura da reação - A possibilidade de reações colaterais. - Mais reação do produto. Percent Yield = actual yield theoretical yield x 100% Célula Combustível � Uma célula de combustível produz energia elétrica a partir da reação entre hidrogênio e oxigênio. � Células a combustível de metanol utiliza metanol como combustível inicial, produzindo gás hidrogênio. 2 H2 (g) + O2 (g) → 2 H2O (g) CH3OH(g) + H2O (g) → H2 (g) � Esquema de uma célula combustível de metanol direto. Célula Combustível - O etanol é produzido a partir de culturas como milho, cevada e trigo. - Gasolina que contem até 10% etanol pode ser queimadas em qualquer automóvel moderno. - Gasolina que contem 85% etanol pode ser queimado em motores especiais projetados COMBUSTÍVEIS ALTERNATIVOS E ADITIVOS DE COMBUSTIVÉIS COMBUSTÍVEIS ALTERNATIVOS E ADITIVOS DE COMBUSTIVÉIS � Aditivos de combustível são adicionados à gasolina para melhorar o desempenho do motor, reduzir as emissões de gases indesejáveis do motor ou reduzir a dependência dos produtos petrolíferos importados � Aditivos melhoram o desempenho do motor, melhorando a octanagem. - Maior octanagem proporciona melhor desempenho e tem menor pancadas. - Pancadas é o resultado de ignição prematura do cilindro quando a mistura ar-gasolina é comprimida � Tetraetil Chumbo aumenta a octanagem. - Tetraetil Chumbo envenena a superfície dos conversores catalíticos. Uso foi interrompido devido à toxicidade do chumbo COMBUSTÍVEIS ALTERNATIVOS E ADITIVOS DE COMBUSTIVÉIS � Aditivos reduzi as emissões gases indesejáveis através do fornecimentode oxigênio adicional. Aditivos contendo oxigênio são chamados de compostos oxigenados. Oxigênio garanti uma combustão mais completa, reduz monóxido de carbono, hidrocarbonetos e fuligem emitidos. COMBUSTÍVEIS ALTERNATIVOS E ADITIVOS DE COMBUSTIVÉIS �MTBE é um aditivo oxigenado. - Gasolina contendo 2% em peso de oxigênio é chamada gasolina reformulada (RFG). - MTBE 15% pode ser usado em gasolina COMBUSTÍVEIS ALTERNATIVOS E ADITIVOS DE COMBUSTIVÉIS Éter Metil Terbutílico REAÇÕES EM SOLUÇÕES AQUOSA E ESTEQUIOMETRIA Eletrólito Não Eletrólito REAÇÕES EM SOLUÇÕES AQUOSA E ESTEQUIOMETRIA Substâncias Eletrolíticas: substâncias que dão origem a soluções aquosas condutoras de eletricidade. Ex: Ácidos, Bases, Sais e Sólidos fundidos Substâncias Não-Eletrolíticas: substâncias que em soluções aquosas não conduz eletricidade. Ex: Substâncias orgânica como, etanol, glicerina, açúcar TEORIA DA DISSOLUÇÃO ELETROLITICA OU IONIZAÇÃO � ELETRÓLITOS FORTE: Todos compostos iônicos e alguns moleculares (HCl) HCl(aq) H+ (aq) + Cl- (aq) � ELETRÓLITOS FRACOS: Solutos que existem em solução, na maioria das vezes, na forma de moléculas com apenas uma pequena fração na forma de íons, por exemplo, (HC2H3O2) HC2H3O2(aq) H+(aq) + C2H3O2-(aq) PROPRIEDADES ELETROLÍTICAS Nenhum íon Poucos íon Muitos íon � Açúcar, um não eletrólito, não conduz corrente quando dissolvido em água. � Moléculas de açúcar não se dissociam em solução PROPRIEDADES ELETROLÍTICAS � Ácido acético, um eletrólito fraco, conduz corrente fraca quando dissolvido em água. � Moléculas de ácido acético dissociam-se parcialmente em solução. PROPRIEDADES ELETROLÍTICAS � Cromato de potássio, um eletrólito forte, conduz corrente fortemente quando dissolvido em água. � Cromato de potássio em solução dissocia- se completamente PROPRIEDADES ELETROLÍTICAS Reações Ácidos e Bases � Os ácidos são substâncias que se dissolvem na água para produzir íons H+ (ou H3O +). � Bases são substâncias que se dissolvem na água para produzir íons OH-. Reações Ácidos e Bases � Ácidos e bases fortes dissociam-se completamente ou reagir na água. HCl (g) + H2O (l) → H3O+ (aq) + Cl- (aq) NaOH (s) → Na+ (aq) + OH- (aq) Reações Ácidos e Bases � Os ácidos fracos e bases parcial dissociam-se ou reagem com água. CH3COOH (aq) + H2O (l) ← → H3O+ (aq) + CH3COO - (aq) NH3 (aq) + H2O (l) ← → NH4+ (aq) + OH- (aq) Reações Ácidos e Bases � Misturando um ácido e uma base leva a uma reação conhecida como neutralização, em que a solução resultante não é ácida nem básica H3O + (aq) + OH- (aq) → 2 H2O (l) � A reação de precipitação é uma reação aquosa, que produz um sólido, chamado de um precipitado. CO3 2- (aq) + Ba2+ (aq) → BaCO3 (s) � Reação de Precipitação entre KI e Pb (NO3)2. Reações Precipitação Tabela de Solubilidade dos Sais Insolubilidade dos Sais em água Reações de Adição Reações de Decomposição 2 NaN3(s) 2Na(s) + 3N2(g) � Equações químicas balanceadas são interpretados no nível microscópico e macroscópico. � Interpretação microscópica visualiza reações entre moléculas. � Interpretação macroscópica visualiza reações entre os materiais a granel. Interpretando as equações EXERCÍCIOS GABARITO DA LISTA DE EXERCÍCIO � 1. a � 2. d � 3. d � 4. c � 5. 68 toneladas � 6. a) NaCl(aq) + AgNO3(aq) AgCl(s) + NaNO3(aq) b) 28,70 g � 7. Ni(CO)4(s) Ni(s) + 4 CO(g) b) Massa de Níquel = 1174 gramas � 8. fazer? � 9. e
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