Massas atômicas, moleculares e molares (slides)

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Sebastião Junior T. Vasconcelos 
Professor de Química do IFCE
Mestre em Físico-química
Apaixonado pelo que faz!
Se a matéria é feita de átomos, como determinar a massas dessas entidades?
PROPOSIÇÕES DO MODELO DE DALTON
Átomos são indivisíveis e indestrutíveis
Os átomos se combinam em proporções fixas e inteiras 
Nas reações químicas os átomos permanecem inalterados
Átomos de um mesmo elemento possuem propriedades iguais e mesma massa
John Dalton (1766-1844)
INTRODUÇÃO
O PRINCÍPIO
Amedeo Avogadro 
(1776-1856)
PRINCÍPIO DOS VOLUME EQUIVAENTES DE AMEDEO AVOGADRO (1811)
H2
O2
mesmos p, T e V
Volumes iguais de quaisquer gases nas mesmas condições de temperatura e pressão possuem o mesmo número de moléculas
EXEMPLO
Amedeo Avogadro 
(1776-1856)
PRINCÍPIO DOS VOLUME EQUIVAENTES DE AMEDEO AVOGADRO (1811)
He
Br2
A massa de uma molécula de Br2 é 40 vezes maior que a massa de uma molécula de He. Então, um único átomo de Br é 20 vezes maior que a massa de um átomo de He. 
De fato: 
mesmos p, T e V
ESPECTROMETRIA DE MASSAS
Técnica desenvolvida na década de 1910 e popularizou-se na segunda metade do século passado. 
Princípio: criar íons de átomos ou moléculas de massa M no estado gasoso com razão 
e submeter estes íons a um forte campo magnético e separá-los por sua massa. 
Espectrômetro de massas
ESPECTROMETRIA DE MASSAS
Esquema do equipamento
ESPECTROMETRIA DE MASSAS
ESPECTROMETRIA DE MASSAS
ESPECTROMETRIA DE MASSAS
Espectro de massas do Ne
MASSAS ATÔMICAS
Atualmente, as massas atômicas são calculadas com base na composição isotópica dos elementos. Sua unidade é o u (unidade de massa atômica), onde: 
1 u = massa do = 1,660538921x10-27 kg massa do próton 
MASSAS ATÔMICAS
Problema 1: Calcule a massa atômica do elemento Ne, levando em conta a composição isotópica indicada em seu espectro de massas. 
Resolução: O espectro de massas indica: 
 
 
90,9% de 20Ne
0,3% de 21Ne
8,8% de 22Ne
 
MASSAS ATÔMICAS
Problema 1: Calcule a massa atômica do elemento Ne, levando em conta a composição isotópica indicada em seu espectro de massas. 
90,9% de 20Ne
0,3% de 21Ne
8,8% de 22Ne
 
 ou 
 
ou 
 
MASSAS ATÔMICAS
Problema 2: Determine a composição isotópica do lítio, sabendo que existem dois isótopos naturais significativos: 6Li e 7Li. 
Resolução: 
Adotando A = percentual de 6Li e B = percentual de 7Li, temos:
 
 
 
 
 
 
 
MASSAS MOLECULARES
Massa molecular (usado para moléculas) ou massa de compostos (usado para qualquer composto) é a soma das massas atômicas de todos os átomos constituintes do composto. 
 
Seja calcular a massa molecular da cafeína (C8H10N4O2)
 
MASSAS MOLARES (MM)
Massa molar (MM) é a massa de um mol de qualquer substância.
Antes, vejamos o que é o mol. 
MOL
É a unidade da grandeza quantidade de matéria. Foi a última grandeza do Sistema Internacional de unidades (SI), em 1960. 
É a unidade usada para a quantificação de partículas e entidades elementares. 
Avogadro deduziu a existência de uma constante fundamental no cálculo de entidades elementares, chamada de constante de Avogadro (NA). 
MOL
1 NA = nº partículas presentes na massa em gramas numericamente igual à massa molecular ou atômica de uma substância. 
194,194g de cafeína
M = 194,194u
H2
2,016g de hidrogênio
M = 2,016u
18,015g de água
M = 18,015u
1 mol 1 mol 1 mol
MASSAS MOLARES (MM)
Massa molar = massa de 1 mol de partículas. É numericamente igual a massa molecular, porém, sua unidade é g/mol. 
A massa molar exata de qualquer substância possui sempre o mesmo número de partículas, que é igual a NA. Mas, quantas partículas são? 
H2
MOL
O valor de NA só foi determinado com precisão no século XX, sobretudo, após o surgimento da espectrometria de massas. 
Em 1960 foi incluído no SI a seguinte definição para mol:
Mol é a unidade da grandeza quantidade de matéria. Mol é a quantidade de substância de um sistema que contém tantas entidades elementares quantos átomos em exatamente 0,012kg de 12C. 
Em outras palavras: 1 mol = 1 NA de partículas. 
NA = 6,0221415 x 1023 mol-1
MOL
Em 2018, uma definição de mol passou a vigorar. 
Mol é a unidade da grandeza quantidade de matéria. Mol é a quantidade de substância que é igual ao valor da constante de Avogadro (NA). 
NA = 6,02214076 x 1023 mol-1 (exatamente). 
O SI foi reformulado em novembro de 2018. As unidades quilograma, ampère, kelvin e mol foram redefinidas. Pesquise mais sobre isso. 
MOL
Para efetuar cálculos envolvendo massa e mol, pode-se usar a seguinte relação:
 
 
onde n é o número de mols da substância, 
m é a massa (em g) da substância
MM é a massa molar (em g/mol) da substância
MOL
 
 
Resolução
a)Usando a relação:
Problema 3: Estima-se que numa xícara de café preto exista 100 mg de cafeína. Sabendo disto, calcule:
O número de mols de cafeína numa xícara de café
O número de moléculas desta substância
Temos:
 
 
 
 
MOL
Resolução
b) O número de moléculas será
Problema 3: Estima-se que numa xícara de café preto exista 100 mg de cafeína. Sabendo disto, calcule:
O número de mols de cafeína numa xícara de café
O número de moléculas desta substância
1 mol --------------- 6,022 x 1023
5,15 x 10-4 -------- x
x = 3,10 x 1020 moléculas. 
MOL
Resolução
Total de átomos de C no etanol  Total de isótopos 14C no etanol
MM (etanol) = 2 x 12,01 + 6 x 1,008 + 15,999 = 46,067 g/mol
24,02
%C = 
Problema 4: O percentual do isótopo 14C presente no elemento carbono é de aproximadamente 1%. Estime o número de mols e o número de isótopos de 14C presentes em 5g de etanol (C2H6O) puro. 
MOL
Então: 
Massa do carbono em 5g de etanol:
0,521 x 5g = 2,607 g
Problema 4: O percentual do isótopo 14C presente no elemento carbono é de aproximadamente 1%. Estime o número de mols e o número de isótopos de 14C presentes em 5g de etanol (C2H6O) puro. 
 
 
Como apenas 1% são 14C, o número de mols deste isótopos será 0,00217 mol
MOL
Já o número de isótopos será:
Problema 4: O percentual do isótopo 14C presente no elemento carbono é de aproximadamente 1%. Estime o número de mols e o número de isótopos de 14C presentes em 5g de etanol (C2H6O) puro. 
 
 
0,00217mol x 6,022 x 1023 isótopos.mol-1 
 = 1,306 x 1021 isótopos 
Obrigado e até a próxima!