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1 1 Quantidade de Matéria, Molaridade e Estequiometria Simples 6ª Aula 2 1. Introdução Toda matéria que nos cerca, que podemos tocar, medir e observar é composta por entidades extremamente pequenas como átomos, íons ou moléculas (agregados de átomos). Para facilitar a transferência entre este universo extremamente pequeno de átomos e moléculas para nosso universo macroscópico foram criadas unidades que levam em conta valores relativos, conforme serão descritos a seguir. 2 3 2. Massa Atômica e Massa Molecular Unidade de Massa atômica (u): Os químicos procuraram um padrão conveniente para exprimir a massa dos átomos. Em 1962, em um Congresso Internacional de Química, foi escolhida a unidade de massa atômica (U). Unidade de massa atômica (u) é a massa de 1/12 do átomo de carbono com número de massa igual a 12 (12C) 4 2. Massa Atômica e Massa Molecular Massa atômica (MA): é a massa de um átomo expressa em u. Indica quantas vezes a massa do átomo é maior que 1/12 da massa do átomo de 12C. 3 5 2. Massa Atômica e Massa Molecular Massa molecular (MM): Corresponde à massa relativa de uma molécula ou equivalente, ou seja, o somatório das massas relativas de todos os átomos que compõe esta espécie. MM = Σ MA 6 3. Mol e Constante de Avogadro Mol: É a quantidade de matéria que contêm tantas entidades elementares quanto são os átomos de 0,012 Kg de 12C. Observe a massa atômica (MA) dos seguintes elementos químicos: He = 4 u (massa de 1 átomo de hélio) C = 12 u (massa de 1 átomo de carbono) Ca = 40 u (massa de 1 átomo de cálcio) 4 7 3. Mol e Constante de Avogadro Consideramos os mesmos números, mas em uma grandeza macroscópica: 8 3. Mol e Constante de Avogadro Experimentalmente os químicos determinaram que a quantidade de átomos presentes nos três casos é exatamente a mesma. Essa conversão de equalizar as quantidades de átomos em uma definição comum foi determinada por Avogadro através da sua constante. Assim, como definimos meia dúzia como 6 unidades de algo e uma dúzia como 12 unidades de algo, 1 átomo, 1 íon ou uma molécula é 1 mol. 5 9 3. Mol e Constante de Avogadro ½ dúzia = 6 unidades que pesam uma quantidade em g; 1 dúzia = 12 unidades que pesam uma quantidade em g. Relação a átomos e moléculas: 1 átomo de qualquer elemento = 1 mol de átomos 1 molécula de qualquer substância = 1 mol de moléculas 1 mol de átomos ou moléculas = 6,02 x 1023 átomos ou moléculas 10 3. Mol e Constante de Avogadro 6 11 4. Massa Molar Massa Molar: é a massa que contêm 6,02 x 1023 entidades representadas pela respectiva fórmula. A unidade mais usada para a massa molar é g.mol-1. A massa molar pode ser calculada para elementos (átomos), substâncias e íons. 12 4. Massa Molar 7 13 5. Conversão de massa em quantidade de matéria 14 6. Estequiometria Estequiometria é a parte da Química em que se investiga as proporções dos elementos que se combinam ou dos compostos que reagem. A determinação das fórmulas e das equações das reações químicas nos permitiu responder a duas perguntas fundamentais em um processo químico: Que quantidade de reagente será consumida? Que quantidade de produto será formada? 8 15 6. Estequiometria Por sua vez, as respostas a essas perguntas permitem a uma empresa saber quanta matéria-prima deve comprar para fabricar seus produtos, possibilitam a um cientista saber que quantidades de poluentes os diferentes combustíveis lançam na atmosfera e à indústria farmacêutica e aos médicos precisarem a quantidade de medicamento que devem ser administrada a um paciente, enfim, as respostas nos permitem quantificar e otimizar o mundo que nos cerca. 16 7. Lei de Lavoisier Lavoisier fez inúmeras experiências, nas quais pesava as substâncias participantes, antes e depois da reação, verificando que a massa total do sistema permanecia inalterada quando a reação ocorria num sistema fechado. Com base nessa experiências, enunciou em 1774, a seguinte lei: “ Numa reação química, a soma das massas dos reagentes é igual à soma das massas dos produtos”. A + B C + D mA + mB mC + mD 9 17 8. Lei de Proust Por meio de análises qualitativas e quantitativas de inúmeras substâncias, obtidas por diferentes fontes naturais, Proust verificou que uma mesma substância tinha sempre a mesma composição qualitativa e quantitativa. Em 1797, Proust enunciou a seguinte lei: “ Uma mesma substância apresenta sempre a mesma composição qualitativa e quantitativa, independente de seu histórico (Método de obtenção, procedência, etc”. 18 O tipo mais comum de cálculos estequiométricos, consiste em dar a “quantidade” de um dos participantes da reação e pedir as “quantidades” dos outros. Essas “quantidades” podem estar expressas em massa, em volume, número de mols, em número de moléculas, átomos, etc. 9. Estequiometria envolvendo uma única reação 10 19 9. Estequiometria envolvendo uma única reação Exemplo:
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