Apostila - Química geral (UNIOESTE) - 5

5/28/2018 Apostila - Qu mica geral (UNIOESTE) - 5

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CAPTULO 5

REAES QUMICAS

SUMRIO

5.1 Introduo ......................................................................................................... 1625.2 Conceitos preliminares......................................................................................1625.2.1 Frmulas qumicas.........................................................................................1625.2.1.1 Frmula estrutural .......................................................................................1625.2.1.2 Frmula molecular.......................................................................................1635.2.1.3 Frmula emprica ........................................................................................1635.2.2 Mensurao de massa ................................................................................... 1645.2.2.1 Tipos de massa ...........................................................................................1645.2.2.2 Mol...............................................................................................................1655.2.3 Composio estequiomtrica .........................................................................1655.3 Leis fundamentais da qumica...........................................................................1665.3.1 Lei da conservao da massa........................................................................1675.3.2 Lei das propores definidas..........................................................................1685.3.3 Lei das propores mltiplas..........................................................................1695.3.4 Lei das massas de combinao .....................................................................1695.3.5 Lei dos volumes de combinao ....................................................................1705.3.6 Princpio de Avogadro....................................................................................1705.4 Reaes qumicas.............................................................................................1705.4.1 Clculos estequiomtricos..............................................................................1725.4.1.1 Exemplos de frmulas qumicas e clculos estequiomtricos.....................1725.4.1.2 Reagente limitante e reagente em excesso ................................................1745.4.1.3 Rendimento de uma reao ........................................................................1755.4.1.4 Reaes consecutivas.................................................................................176

5.4.1.5 Misturas.......................................................................................................1765.5 Classificao geral das reaes qumicas.........................................................1765.5.1 Reaes de sntese e combinao ................................................................1765.5.2 Reaes de decomposio ............................................................................1765.5.3 Reaes de substituio ................................................................................ 1775.5.4 Reaes de dupla substituio (decomposio) ............................................178


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5.5.5 Reaes redox (oxidao-reduo) ...............................................................1785.6 Cintica qumica................................................................................................1785.6.1 Fatores que influenciam na velocidade de reao .........................................1795.6.2 O complexo ativado........................................................................................1805.6.3 Catalisadores e inibidores .............................................................................. 1825.7 Equilbrio qumico..............................................................................................1825.7.1 O princpio de Le Chtelier.............................................................................1835.7.2 Lei do equilbrio qumico.................................................................................1845.7.3 Equilbrio qumico e velocidade de reao.....................................................1845.8 Referncias bibliogrficas do captulo...............................................................187


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5 REAES QUMICAS

Objetivos deste captulo

Finalizado o captulo, o aluno ser capaz de: definir os termos: massa de frmula, massa molecular e mol, e mostrar a relao

entre eles; reconhecer o nmero de Avogadro e sua relao com o conceito de mol; interpretar o balanceamento de equaes em termos de partculas, moles ou

massa; efetuar clculos estequiomtricos.

5.1 Introduo

A poluio atmosfrica um exemplo prtico da cintica qumica, que envolvereaes em cadeia (quando espcies intermedirias que se consomem em umaetapa so geradas em etapas posteriores). O resultado uma sequncia de etapasque se repetem continuamente, como anis de uma corrente, at que a correntetermina ou a matria acaba.

Alguns exemplos das reaes qumicas em cadeia se apresentam em formade chamas, exploses de gases ou poluio.

Vejamos dois exemplos de poluio fotoqumica. O mais antigo smog deLondres (provoca a irritao dos brnquios) uma mistura de fumaa e neblina.Partculas de fumaa derivadas da combusto de carvo atuam como ncleos decondensao sobre os quais condensam gotas de neblina. A neblina uma mistura

de SO2 (e SO3) e umidade. dramtica nas primeiras horas da manh e parecepiorar ao amanhecer, isso devido oxidao, induzida pela luz solar, do SO2seguida pela reao com a umidade para formar o aerosol H2SO4. O outro tipo desmog recebe o nome de smog fotoqumico de Los Angeles (provoca a irritaodos olhos e de plantas). No tem relao com a neblina e tende a piorar pela tarde.

5.2 Conceitos preliminares

5.2.1 Frmulas qumicas

As frmulas qumicas so usadas para representar compostos ou agregados

de tomos, utilizando apenas os smbolos dos elementos que os compe. Vriostipos de frmulas qumicas so teis, pois indicam o nmero de cada tomo, o tipode ligao entre os tomos (simples, dupla etc), a ordem em que se ligam ostomos, que so informaes importantes sobre os compostos.

5.2.1.1 Frmula estrutural

A frmula estrutural de uma substncia no fornece apenas o nmero decada tipo de tomo na molcula, mas tambm mostra como eles esto ligados entresi no interior da molcula. Vejamos alguns exemplos de frmulas estruturais:


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HH

O

gua

OCO == dixido de carbono

HCCH acetileno

HHH

||

OCCH

||

HH

etanol

5.2.1.2 Frmula molecular

Frmula que emprega smbolos e ndices para indicar os tomos de umcomposto e sua quantidade na molcula. Por exemplo, uma molcula de guaconsiste em 2 tomos de hidrognio e um tomo de oxignio, assim, a frmula

molecular da gua H2O. No caso de uma molcula de sacarose, que formada por12 tomos de carbono, 22 tomos de hidrognio e 11 tomos de oxignio, suafrmula molecular C12H22O11. O oxignio encontrado no ar como molculasdiatmicas O2. O enxofre geralmente consiste em molculas octatmicas S8. Como possvel perceber pelos exemplos, esta frmula fornece o nmero efetivo detomos de cada elemento presentes na molcula.

Alguns grupos de tomos como NO3, NO2, SO4, SO3, comportam-se comoentidades nicas. Por exemplo, o sulfato de amnio, (NH4)2SO4, utilizado emfertilizantes, apresenta duas dessas unidades. Existem certas substncias queformam cristais com molculas de H2O quando suas solues evaporam. Estescristais so chamados de hidratos. Exemplo: CuSO4.5H2O sulfato de cobre,fungicida usado na agricultura, apresenta-se como cristais azuis e quando aquecidotorna-se um p branco de CuSO4.

5.2.1.3 Frmula emprica

Este tipo de frmula d somente o nmero relativo dos tomos de diferenteselementos presentes em um composto, sendo que tais nmeros so expressoscomo a razo mais simples. Geralmente, esta frmula obtida de resultadosexperimentais, quando apenas se descobre a composio percentual dos elementosdo composto, e por isso que esta frmula recebe o nome de emprica.

Um exemplo, a frmula emprica da glicose, a qual composta por tomos decarbono, hidrognio e oxignio na razo de 1:2:1, CH2O. A frmula molecular de

uma substncia sempre um mltiplo inteiro de sua frmula emprica. A frmulamolecular da glicose C6H12O6, ou seja, 6 vezes sua frmula emprica.

Substncias que no so compostas por molculas podem ser representadassimplesmente por sua frmula emprica. Por exemplo, o NaCl tem uma estruturaonde o nmero de tomos de sdio e de tomos de cloro so iguais ao longo doslido. Deduz-se que frmulas empricas podem ser escritas para todos oscompostos enquanto que frmulas moleculares so escritas somente paracompostos moleculares.


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Tabela 5.1- Frmulas moleculares e empricas de alguns compostos.

5.2.2 Mensurao de massa

5.2.2.1 Tipos de massa

A massa de um tomo qualquer muito pequena para ser expressa emgramas. Assim, uma unidade mais conveniente para expressar a massa de tomosseria aquela que fosse muito menor que o grama, melhorando a preciso na suaindicao ao evitar a utilizao de dezenas de casas decimais.

A massa atmica normalmente expressa em uma unidade muito pequena,chamada de unidade de massa atmica, cuja abreviatura u. Uma unidade de

massa atmica definida como sendo121

da massa do istopo mais comum do

carbono, 12C. Os valores de massa atmica dos elementos, dados nas tabelas

peridicas, so expressos em u, variando apenas a quantidade de algarismossignificativos de uma tabela para outra.A massa de uma molcula a soma das massas atmicas dos tomos que a

compem e chamada massa molecular. Por exemplo, a massa molecular da gua,cuja frmula molecular H2O, 2x1u+16u=18u.

A soma das massas dos tomos de uma frmula emprica chamada demassa de frmula. O termo massa de frmula indica a soma das massas dequalquer frmula (molecular ou emprica). Para uma substncia molecular, os termosmassa molecular e massa de frmula so equivalentes. Para substncias no-moleculares, o grupo de tomos mostrado na frmula emprica chamado frmula


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unitria, e sua massa, massa de frmula. Por exemplo, a frmula emprica do cloretode clcio CaCl2, que a frmula unitria. A massa de frmula de uma frmulaunitria de CaCl2 40u+2x35,5u=111u.

5.2.2.2 Mol

O mol a unidade de medida fundamental que possibilita expressar onmero de tomos ou de molculas de qualquer sistema qumico. Como o tomo algo muito pequeno para ser contado, o mol surge como uma soluo prtica paracontar tomos e molculas, sendo o mol um pacote com um nmero definido detomos (ou molculas). uma unidade para descrever grandes quantidades deobjetos, derivada de idia semelhante idia de dzia.

O mol, por definio equivale ao nmero de tomos de carbono contidos emexatamente 12g de 12C. Este valor chamado nmero de Avogadro e igual a6,02x1023. Desta forma, um mol a quantidade de material que contm o nmerode Avogadro de partculas. Assim como uma dzia de tomos de hlio seria omesmo que 12 tomos de hlio, 1 mol de tomos de hlio equivale a 6,02x1023

tomos de hlio; 1 mol de eltrons igual a 6,02x1023eltrons e 1 mol de ons Na+equivale a 6,02x1023ons Na+.

O nmero de Avogadro o nmero de tomos de qualquer elemento quedevem ser reunidos com a finalidade de que o grupo inteiro apresente a massa emgramas numericamente igual massa atmica dada em u do elemento. Porexemplo, a massa atmica de um tomo de oxignio, que pode ser obtida na tabelaperidica, igual a 16u; 1 mol de tomos de oxignio, que so 6,02x1023tomos deoxignio, tem massa igual a 16g; 2 mols de tomos de oxignio possuem 32g. Umamolcula de H2O apresenta massa igual a 18u; 1 mol de molculas de H2O temmassa igual a 18g.

Do mesmo modo como usamos mols de tomos e mols de molculas,podemos quantificar frmulas unitrias pelo mol. Por exemplo, 1 mol de frmulaunitria de carbeto de silcio (SiC) 6,02x1023 frmulas unitrias. A massa de umafrmula unitria igual 28u+12u=40u, e a massa de 1 mol de frmulas unitrias o mesmo nmero, mas expresso em gramas.

5.2.3 Composio estequiomtrica

A composio estequiomtrica ou frmula estequiomtrica o estudo darelao entre a frmula de um composto e a proporo de seus elementosconstituintes.

Qualitativamente, a frmula qumica representa o nome de uma substncia,mostrando quais elementos compem a substncia.

Quantitativamente, a frmula representa uma molcula ou uma frmulaunitria de uma substncia, e indica o nmero de cada tipo de tomo em umamolcula ou frmula unitria. A frmula qumica tambm usada para representarum mol de molculas ou frmulas unitrias de uma substncia, especificando onmero de mols de tomos de cada elemento existente neste um mol. Por exemplo,um mol de molculas de nicotina (C10H14N2), consiste em 10 mols de tomos decarbono, 14 mols de tomos de hidrognio e 2 mols de tomos de nitrognio.

Mol unidade oficial do SI, correspondente a uma coleo ou grupo de nmeros de Avogrado detomos, expressando quantidade de massa.


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(JOURNAL OF MATERIALS EDUCATION) Na qumica e cristalografia clssicas,acreditava-se que compostos inorgnicos tinham composies definidas pelavalncia dos tomos (lei de Dalton) e que os tomos eram dispostos em umaestrutura ideal e completamente ordenada com todos os lugares ocupados.No incio do sculo XX, entretanto, foi verificado que muitos compostos

inorgnicos, na verdade, tinham composies variveis, e hoje inteiramenteaceito que uma composio estequiomtrica exata, como todas as outrascomposies, existe apenas a presses parciais definidas dos compostos auma dada temperatura. Os desvios das composies estequiomtricas,chamados no-estequiometria, so tambm muito comuns em muitos xidosinorgnicos, especialmente naqueles onde os ctions podem existir em vriosestados de valncia (...). Exemplos de tais sistemas xidos so os xidos demetais de transio (FeO, MnO, NiO e CoO), xidos de terras raras (CeO2,PrO2) e xidos de actindeos (UO2, PuO2).Hoje est tambm bem estabelecido que o comportamento de xidosinorgnicos assim como o de outros compostos determinado pelaconcentrao e pelo tipo dos defeitos presentes. Entre as propriedades

controladas pela presena de defeitos, em principalmente xidos no-estequiomtricos, podem ser relacionadas: reatividade qumica (oxidao,corroso), difuso (por exemplo, sinterizao em cermica), dimenses darede cristalina, propriedades mecnicas (fluncia), propriedades eltricas(semi-conduo, conduo inica), propriedades ticas e condutividadetrmica.(...) a temperaturas acima do zero absoluto, todos os compostos contmdefeitos pontuais intrnsecos do tipo Schottky ou Frenkel. Estes defeitosesto geralmente presentes em uma concentrao muito pequena e socaracteristicamente formados simultaneamente e em nmero equivalente, nopodendo produzir desvios de composio estequiomtrica. Em alguns xidos,entretanto, grandes concentraes de defeitos podem ser formadas se oxido puder reagir com oxignio gasoso na atmosfera circundante. Isto podecriar principalmente compostos no-estequimtricos que algumas vezes sodenominados grosseiramente por sistemas no-estequimtricos.(do artigo Introduction to defects in nonstoichiometric binary oxides de O. ToftSrensen; traduzido por J. F. R. Lucas)

5.3 Leis fundamentais da qumica

Pode-se classificar as transformaes da matria em dois tipos:transformaes fsicas e transformaes qumicas.

As transformaes fsicas no alteram a composio qumica dassubstncias, alteram apenas seu estado fsico. Nos fenmenos fsicos, os tomosdas substncias que participam da transformao no sofrem alterao nem nadisposio de seus eltrons nem em seu ncleo.

)g(Fe)l(Fe)s(Fe ebuliofuso J as transformaes qumicas alteram a composio qumica das

substncias envolvidas. Nos fenmenos qumicos podem ocorrer dois tipos dealterao: na configurao eletrnica, que acontecem nas reaes qumicas clssicas


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32 CaCOCOCaO +

no ncleo atmico, que acontecem nas reaes nucleares onde a configuraoeletrnica e o ncleo se modificam, devido neutralizao de foraseletromagnticas que mantm unidos os prtons e nutrons

HeHeHLi ++ + Na cincia, as leis so derivadas de experincias e tm uma validade

determinada pela preciso do experimento e o nmero de casos investigados,podendo ser abandonada em favor de um conceito mais geral.

A observao minuciosa de muitas reaes qumicas ao longo do temporevelou um conjunto de coincidncias que, tornando-se consistentes, passaram a serconhecidas como leis das transformaes qumicas.

Conservao da massa - Lavoisier (1774)Propores definidas - Proust (1801)Propores mltiplas - Dalton (1803)

Leis Ponderais

Massas de combinao - Ritcher-Wenzel

Volume de combinao - Gay-Lussac (1808)

Leis dastransformaes

qumicas LeisVolumtricas

Princpio de Avogadro (1811)

Tabela 5.2- Leis das transformaes qumicas.

5.3.1 Lei da conservao da massa

Foi Antoine Lavoisier, qumico francs que, em 1774, demonstrou que acombusto era a reao das substncias com oxignio. Tambm verificou que, se areao realizada em recipiente fechado a massa inicial igual massa final.Essas observaes formaram a base da lei da conservao da massa: nenhumaquantidade de massa criada ou destruda durante uma reao qumica. No mensurvel o ganho ou perda de massa. A lei da conservao da massa foiexplicada com sucesso por Dalton na ocasio da construo do seu modelo atmico.

Entretanto, Einstein mostrou que existe uma relao entre massa e energia( 2mcE = ), ou seja, variaes de energia que ocorrem durante as reaes qumicasvm acompanhadas de variaes de massa. Os fsicos consideram massa e energiadiferentes, mas interconversveis. Isto importante em processos nucleares, pois osefeitos so to pronunciados que at alteraes de massa podem ser medidas, masnas reaes qumicas, as variaes de massa so extremamente pequenas paraserem detectadas porque as variaes de energia so muito pequenas comparadascom as das reaes nucleares. Por exemplo, a variao de energia associada a uma

reao de 2g de H2com 16g de O2 equivalente a uma variao de massa de 10-9

g.As balanas analticas mais sensveis podem detectar apenas diferenas de 10-6a10-7g. Conseqentemente, dentro da qumica usual, no h nenhum aumento oudecrscimo observvel acompanhando a reao qumica. Exemplificando isso nareao de formao da gua:

OH)g(H)g(O21

222 +

g18g18g)161.2(g1.2g16.2.21

++


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5.3.3 Lei das propores mltiplas

Quando dois elementos se unem para formar um composto, para qualquerquantidade fixa de um dos elementos a relao em que se encontra o outro umarelao numrica simples.

A lei das propores mltiplas diz que: se dois elementos formam mais deum composto, ento as diferentes massas de um deles que se combinam com amesma massa de outro guardam entre si uma razo de nmeros inteiros.

Na fig. 5.2, tem-se a demonstrao de dois reagentes A e B em uma primeirareao formando um produto C e em outra reao formando um produto D. Observa-se que em ambos os casos, a razo de A por B uma razo entre nmeros inteiros.

Figura 5.2- Exemplo esquemtico da lei das propores mltiplas.

Vejamos agora a lei das propores mltiplas para duas razes conhecidas:

COOC + 111

razo =

22 COOC + 21

razo

Na primeira reao ocorre a formao do monxido de carbono cujaproporo de carbono por oxignio uma razo de nmeros inteiros de resultado

igual a 1. Na segunda reao, temos a formao do dixido de carbono, cuja relaocarbono por oxignio uma razo de nmeros inteiros

21

.

A lei das propores mltiplas juntamente com a lei das propores definidasserviu de base para a construo de uma tabela de pesos atmicos relativos e pesosmoleculares publicada por Dalton.

5.3.4 Lei das massas de combinao

Massas de elementos diferentes que se combinam com uma mesma massade um elemento dado, fornecem a relao com que esses elementos se combinam

entre si, em mltiplos ou em submltiplos dessas massas.Por exemplo, 1g de H se combina com 8g de O para formar gua e com 23gde Na para formar hidreto de sdio. A proporo em que se combinam o O com o Na

para formar xido de sdio 238

.

ONaO21

Na2 22 +

g)16232(g16221

g232 ++


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238

g232g16

NamassaOmassa

razo =

=

5.3.5 Lei dos volumes de combinao

Quando medidos sob as mesmas condies de temperatura e presso, osvolumes dos reagentes e produtos gasosos que participam de uma reao esto emuma relao simples de nmeros inteiros e pequenos.

)g(NH)g(H23

)g(N21

322 +

)g(NH2)g(H3)g(N 322 +

5.3.6 Princpio de Avogadro

Volumes iguais de gases diferentes quando medidos nas mesmas condiesde temperatura e presso contm o mesmo nmero de molculas.

Exemplo:

Um recipiente vazio com massa de 70g preenchido com O2 e a massaatinge 72g. Posteriormente, outro gs desconhecido colocado resultando em umamassa de 72,72g. Qual a massa molecular do segundo gs, estando os dois gasesem iguais condies?

=g75,2

g00,2

Xdemolculasn

Odemolculasn

2

2

g44xg75,2

g00,2

x

g)162(

Xdemolculasdemol1

Odemolculasdemol1

2

2

==

= de X2

Derivado do princpio de Avogrado e da lei do gs ideal (PV=nRT), tem-seque o volume ocupado por 1 mol de qualquer gs (considerando seu comportamentocomo ideal), a temperatura de 273K (0C) e a presso de 1atm (condies normaisde temperatura e presso ou CNTP) sempre igual a 22,4L. Este valor conhecidocomo volume molar de um gs ideal.

5.4 Reaes qumicas

Nos captulos precedentes, estudamos teoria atmica, a tabela peridica e as

ligaes qumicas e aprendemos sobre a estrutura dos tomos individuais, aperiodicidade das propriedades e conhecemos as foras que mantm unidos ostomos e molculas. Neste captulo, estudaremos alguns conceitos essenciais daqumica geral e assumiremos uma linguagem comum em laboratrio.

De certo modo, aprender qumica como aprender uma lngua nova.Podemos dizer que os elementos com seus smbolos compem o alfabeto, asfrmulas so as palavras e as equaes qumicas so as sentenas. Conhecemos oalfabeto e sabemos as regras para formar palavras. Vejamos agora as nossassentenas.

1volume

3volumes

2volumes


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Uma equao qumica representa uma reao, processo de transformao detomos ou molculas em outras substncias, em igual ou diferente estado fsico. Umexemplo:

)g(OH2)g(CO)g(O2)g(CH 2224 ++ Nesta equao, os reagentes so as molculas de metano e oxignio,

posicionados esquerda da seta. Os produtos so os mesmos tomos, masrearranjados diferentemente na forma de dixido de carbono e gua, direita daseta. A seta pode ser lida como reage para formar, produz etc. Os ndices entreparnteses fornecem informaes adicionais sobre o estado em que se encontramas substncias, ou melhor: (s) significa substncia em estado slido; (l) significa substncia em estado lquido; (g) significa substncia na forma de gs; (aq) significa que a substncia est dissolvida em gua (soluo aquosa).

A equao, que representa a combusto do metano (gs natural), pode serlida como uma molcula de metano combina-se com duas molculas de oxignio

para formar uma molcula de dixido de carbono e duas molculas de gua gasosa(vapor).A nossa equao est balanceada, o que demonstra que os tomos so

conservados na reao. Isso significa que os mesmos tomos que compem osreagentes, formaro os produtos ao final da reao, no havendo criao nemdestruio de tomos, conforme a lei da conservao.

O papel da equao qumica representar o processo qumico, a reaoqumica, descrevendo-a qualitativamente e quantitativamente de forma breve eprecisa. Qualitativamente, uma equao qumica mostra quais so os reagentes eprodutos envolvidos na reao. Como vimos, o estado fsico em que seapresentaram as substncias envolvidas tambm pode ser indicado na equao.Outro princpio qualitativo no representar as substncias que no so usadas na

reao, mesmo que estejam presentes no sistema da reao. Por exemplo, nareao da combusto do metano, utilizou-se o CH4do gs natural e o O2do ar, maso gs natural nem o ar entraram na equao.

Quantitativamente, uma equao balanceada especifica uma relaonumrica das quantidades (tomos, molculas, frmulas unitrias etc, mols detomos, de molculas, de frmulas unitrias etc) de reagentes e de produtos de umareao. Por exemplo, para a equao

)s(OFe2)g(O3)s(Fe4 322 + h duas interpretaes quantitativas: em termos de quantidades microscpicas, tem-se que 4 tomos de ferro

combinam-se com 3 molculas de oxignio para formar 2 frmulas unitrias de

xido de ferro; em termos de quantidades macroscpicas, tem-se que 4 mols de tomos deferro combinam-se com 3 mols de molculas de oxignio para formar 2 mols defrmulas unitrias de xido de ferro.

Os coeficientes da equao balanceada descrevem razes fixas dasquantidades dos reagentes e produtos. Assim, a equao anterior estabelece queferro e oxignio so consumidos, e xido de ferro formado em uma razo de 4mols tomos de Fe : 3 mols de molculas de O2 : 2 mols de frmulas unitrias deFe2O3.


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5.4.1 Clculos estequiomtricos

So os clculos que, baseados na equao qumica de uma reao, permitemrelacionar as quantidades de reagentes e produtos da reao. Uma equaoqumica balanceada expressa a quantidade equivalente de reagentes e produtos e

os seus coeficientes indicam a relao de nmeros de mols das espcies dosreagentes e produtos.A seguir, apresentamos um pequeno roteiro para clculos estequiomtricos:

1. Escreva a equao qumica.2. Acerte os coeficientes atravs de balanceamento o que fornecer a relao de

mols.3. Relacione as massas dos reagentes e dos produtos consultando os valores de

massa atmica na tabela peridica.4. Estabelea as propores.5. Faa as converses de unidade que forem necessrias.6. Calcule a incgnita x (o que se pede no problema).

5.4.1.1 Exemplos de frmulas qumicas e clculos estequiomtricos

A cada ano so sintetizados milhares de compostos e o primeiro passo paracaracteriz-los atravs da composio percentual a partir de uma anlisequalitativa. Pela anlise quantitativa, chega-se posteriormente quantidade real decada tomo do composto.

Tomemos como exemplo a cafena. Em uma amostra de 100g de cafena,encontram-se 49,48g de carbono, 5,19g de hidrognio, 28,85g de nitrognio e16,48g de oxignio.

Transformam-se as massas em mols efetuando uma regra de trs simplescom os valores de massa atmica obtidos na tabela peridica:

Cdetomosdemols123,4xg48,49g01,12

xCdetomosdemol1 C

C

==

Hdetomosdemols149,5xg19,5g008,1

xHdetomosdemol1

HH

==

Ndetomosdemols060,2xg85,28g01,14

xNdetomosdemol1

NN

==

Odetomosdemols030,1xg48,16g00,16

xOdetomosdemol1

OO

==

Assim, nosso composto ficaria C4,123H5,149N2,060O1,030. Dividindo-se os ndices

pelo menor deles, ou seja, por 1,030, obtemos como frmula emprica da cafenaC4H5N2O.Sabendo-se que a massa molecular da cafena igual a 194,1g (massa de

1mol de molculas de cafena), podemos ento deduzir sua frmula molecular daseguinte forma:

=+++ g1,194xg00,16nxg01,14nxg008,1nxg12 ONHC =+++ g1,194030,100,16n060,201,14n149,5008,1n123,412

2n1,194n95,99 == Multiplicando os ndices da frmula emprica por n = 2, temos a frmula

molecular C8H10N4O2para a cafena.


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Outros clculos:Quantos mols de tomos de C, H, N e O existem em 0,15 mol de molculas

de cafena (C8H10N4O2)?

xCdetomosdemols8

ONHCdemolculasdemol0,15

ONHCdemolculasdemol1

24108

24108

Cdetomosdemols2,1x =

xHdetomosdemols10



24108

24108

Hdetomosdemols5,1x =

xNdetomosdemols4



24108

24108

Ndetomosdemols6,0x =

xOdetomosdemols2



24108

24108

Odetomosdemols3,0x = Qual a massa em gramas de uma molcula de cafena, sabendo-se que suamassa molecular 194,1g?

Sabemos que 1 mol de molculas equivale a 6,02x1023molculas, assim:

molcula/g10x224,3xx

g1,194molcula1

ONHCdemolculas10x02,6 222410823

=

Quantos tomos de C, H, N e O existem em 1 mol de molculas de cafena(C8H10N4O2)?

Cdetomosdemols8ONHCdemolculasdemol1 24108

Cdetomos10x816,4x

x

Cdetomos10x02,6

Cdetomosdemol8

Cdetomosdemol1 2423

==

Hdetomosdemols01ONHCdemolculasdemol1 24108

Hdetomos10x02,6xx

Hdetomos10x02,6Hdetomosdemol10

Hdetomosdemol1 2423

==

Ndetomosdemols4ONHCdemolculasdemol1 24108

Ndetomos10x408,2xx

Ndetomos10x02,6Ndetomosdemol4Ndetomosdemol1 24

23

==

Odetomosdemols2ONHCdemolculasdemol1 24108

Odetomos10x204,1xx

Odetomos10x02,6Odetomosdemol2Odetomosdemol1 24

23

==

A reao de combusto da cafena pode ser representada por:)l(OH?NO?)g(CO?)g(O)s(ONHC 2)g(22224108 +++

que balanceada fica

)l(OH5NO4)g(CO8)g(O227

)s(ONHC 2)g(22224108 +++

Para eliminar a frao, multiplicamos todas a equao por 2:)l(OH10)g(NO8)g(CO16)g(O27)s(ONHC2 222224108 +++


15/31

174

A equao balanceada informa no apenas quantos mols se tem, mas amassa de cada reagente e produto:

+++ g1810g468g4416g3227g1,1942 +++ g368g180g704g864g388

g1252g1252

demonstrando assim a lei da conservao da massa.

Quantos gramas de O2so necessrios para queimar 1g de cafena?

22

24108

24108 Odeg23,2xx

Odeg864

ONHCdeg1

ONHCdeg388=

Quantos gramas de CO2, NO2 e H2O so produzidos na queima de 1g decafena?

22

24108

24108 COdeg81,1xx

COdeg704

ONHCdeg1

ONHCdeg388=

22

24108

24108 NOdeg948,0x

x

NOde68g3

ONHCdeg1

ONHCdeg388=

OHdeg464,0xx

OHde80g1

ONHCdeg1

ONHCdeg3882

2

24108

24108 =

5.4.1.2 Reagente limitante e reagente em excesso

Nos exemplos do item anterior referentes combusto da cafena, todos osclculos foram feitos para reaes completas, reaes nas quais os reagentes sototalmente transformados em produtos. Nas reaes industriais dificilmente soutilizadas quantidades estequiomtricas exatas dos materiais (lei das proporesdefinidas). Quase sempre se utiliza em excesso um dos reagentes para garantir quea reao requerida permita o mximo de converso do reagente mais caro.

Por exemplo, na equao)g(OH2)g(O)g(H2 222 +

a proporo de mols de molculas de H2 e de O2 2:1 que a razoestequiomtrica dos reagentes para esta reao. Se fossem utilizados 2,5 mols deH2e 1 mol de O2, haveria excesso do reagente H2e 0,5 mol dele ficaria sem reagiraps a reao. Neste caso, diz-se que o oxignio o reagente limitante, pois suaquantidade impede que os 2,5 mols de H2 sejam consumidos na reao, e que ohidrognio encontra-se em excesso. Caso fossem utilizados 2 mols de molculas deH2e 1,5 mol de molculas de O2, o H2seria o reagente limitante e o O2estaria emexcesso em 0,5 mol.

Quando o problema fornecer as quantidades de dois reagentes, calcula-se asquantidades em mols de cada reagente presente na reao, compara-as com arazo dos coeficientes da equao balanceada (razo estequiomtrica) e identifica-se o reagente em excesso e o reagente limitante. Uma vez identificado o reagentelimitante, a quantidade deste (em mols) pode ser usada para calcular as quantidadesdos produtos formados.

Exemplo:


16/31

175

3,65 g de H2e 26,7 g de O2 so misturados e reagem. Quantos gramas deH2O so formados?

Como podemos verificar na equao balanceada anteriormente apresentada,a razo estequiomtrica dos reagentes H2:O2 2:1. Calcula-se ento o nmero demols dos reagentes que entraram na reao

massa molecular de H2: 2x1,01=2,02 g

22 Hdemolculasdemol18,1x

g65,3g02,2

x

Hdemolculasdemol1==

massa molecular de O2: 2x16=32 g

22 Odemolculasdemol834,0x

g7,26

g32

x

Odemolculasdemol1==

A razo real de mols dos reagentes (H2:O2) presentes na reao

17,2834,081,1

= . Como esta razo maior que a razo estequiomtrica

= 2

12

, assim

identificamos o H2como reagente em excesso. O reagente limitante O2(0,834 mol) totalmente consumido na reao para a formao de gua. Com a quantidade demols de O2, podemos agora calcular a quantidade de mols de H2O formada

x

OHdemolculasdemols2

Odemolculasdemol0,834

Odemolculasdemol1 2

2

2

OHdemolculasdemols67,1x 2= Para calcular a massa de gua formada em gramas:

massa molecular de H2O: 2x1,01+16=18 g

OHdeg1,30xx

g18

OHdemolculasdemol1,67

OHdemolculasdemol12

2

2 ==

possvel representar a quantidade de reagente em excesso atravs deporcentagem, ou seja

100limitantereagenteocomreagirpararequeridosmols

excessoemmolsexcesso% = (6.1)

5.4.1.3 Rendimento de uma reao

Geralmente no se obtm a quantidade de produto teoricamente previstadevido a alguns fatores: reaes secundrias converso incompleta dos reagentes (tendncia de estabelecer um equilbrio e

no transformao total) perdas: dificuldade de separar o produto do meio da reao por falta de tcnica

apropriada, deficincia do processo (no conseguir evitar a evaporao, porexemplo), etc.

Em toda a reao, deve-se portanto calcular seu rendimento:

100produtodetericaquantidade

produtoderealquantidade%R = (5.2)


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176

5.4.1.4 Reaes consecutivas

No caso de reaes consecutivas, deve-se ajustar as reaes fazendo-secoincidir os mols iniciais e finais da mesma substncia, assim possibilitando fazerclculos diretos entre a primeira e ltima reao sem passar pelas etapas

intermedirias.

5.4.1.5 Misturas

Ajustar as reaes e estruturar as propores referentes a cada componenteda mistura. Montar um sistema de equaes

5.5 Classificao geral das reaes qumicas

5.5.1 Reaes de sntese e combinao

Combinao de dois elementos:metal + no-metal C (haletos de metais alcalinos)

MX2XM2 2 NaCl2ClNa2 2 +

no-metal + no-metal C (compostos binrios covalentes)

322 NH2H3N +

Combinao de um elemento e um composto:)s(PCl)g(Cl)l(PCl 523 +

)g(SF)g(F)g(SF 624 +

Combinao de dois compostos para formar outro composto:

)s(CaCO)g(CO)s(CaO 32 + Exemplo: fabricao industrial de H2SO4(l):

)g(SOOS 22 +

)g(SOO21

SO 322 +

)l(SOHOH)g(SO 4223 +

5.5.2 Reaes de decomposio

BAAB +

Decomposio de um composto em dois ou mais elementos:Exemplo: eletrlise da gua:222 OHOH +

Decomposio de um composto em um ou mais compostos e um ou maiselementos:

23 O3KCl2KClO2 +

Decomposio de um composto em dois ou mais compostos:)g(CO)s(CaO)s(CaCO 23 +

Exemplo: decomposio trmica de MgCO3:


18/31

177

23 COMgOMgCO +

5.5.3 Reaes de substituio

Nesse tipo de reao, um elemento substitui outro elemento em um

composto.BAXXAB ++

Em soluo aquosa, os metais ativos substituem metais menos ativos ou ohidrognio. Metais ativos so aqueles com baixa energia de ionizao e que podemperder eltrons facilmente, transformando-se em ctions.

KNaCaLi

Mg

Reagem facilmente com gua friaExemplo:

)g(HNaOHOHNa 22 ++

AlMnZnCrFeCdCoNi

Metais aquecidos reagem com vaporExemplo:

)g(HMgO)g(OHMg 22 ++

SnPb

Reagem lentamente com cidos

Reagem com cidosExemplo:

)g(HZnSOSOHZn 2442 ++

CuHgAgPtAu

No liberam hidrognio de cidos

Tabela 5.3- Sries de atividade dos metais.

Exemplos:Ag2)NO(Cu)l(AgNO2Cu 233)s( ++

CuZnSO)l(CuSO)s(Zn 44 ++

22 HZnClHClZn ++ Metal ativo e sal de metal menos ativo:

233)s( )NO(CuAg2)l(AgNO2Cu ++ Metal ativo e cido no oxidante:

2442 HZnSOSOHZn ++ No-metal ativo e sal de no-metal menos ativo:

)l(BrNaCl2NaBr2)g(Cl2 ++


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178

5.5.4 Reaes de dupla substituio (decomposio)

Reaes onde os ons dos compostos mudam de companheiro mas nomudam seu estado de oxidao.

BYAXXYAB ++

Exemplo:OHNaClNaOHHCl 2++

So reaes inicas tpicas de cidos fortes com bases fortes que formamsais solveis em gua (reao de neutralizao).

5.5.5 Reaes redox (oxidao-reduo)

As reaes qumicas nas quais h transferncia de um ou mais eltrons entreos tomos das substncias envolvidas, gerando mudanas de nmero de oxidao,so chamadas reaes redox. As reaes de substituio sempre so reaesredox. Reaes de combinao e de decomposio nas quais participam elementos

livres (substncias simples) como reagem ou produto, sempre so redox. Reaesde dupla substituio nunca so redox. No exemplo)g(FH2)g(F)g(H 1102

02

++

o nmero do oxidao do hidrognio passa de 0 para +1, ou seja, o hidrognio perdeeltrons, sofrendo uma oxidao (aumento algbrico do nmero de oxidao). Diz-seque o hidrognio o agente redutor. Simultaneamente, o nox do flor passa de 0para -1, ou seja, ele ganha eltrons, sofrendo uma reduo (diminuio algbrica donmero de oxidao). Diz-se que o flor o agente oxidante.

5.6 Cintica qumica

A cintica qumica o estudo das velocidades e mecanismos das reaesqumicas. A velocidade de uma reao a rapidez com que os produtos soformados e os reagentes so consumidos durante a reao. O mecanismo de umareao a descrio detalhada das etapas de transformao dos reagentes emprodutos, que muitas vezes so suprimidas por uma equao simplificada da reao,que apresenta apenas os reagentes envolvidos e o resultado final.

Para determinar numericamente a velocidade com que um reagente consumido ou que um produto formado, necessrio considerar a velocidademdia de desaparecimento do reagente ou a de aparecimento do produto, pois estasvelocidades variam durante a reao. Por exemplo, para expressar a velocidademdia de desaparecimento do reagente A, da reao DCBA ++ , durante ointervalo de tempo t, tem-se:

12

12m tt

]A[]A[

t]A[

v

=

= (5.3)

onde [A]1e [A]2so, respectivamente, as concentraes molares de A nos instantest1e t2. Costuma-se expressar a velocidade de reao por valores positivos, por issoutiliza-se o sinal negativo antes da expresso nos casos de velocidade de consumode reagentes. A velocidade mdia varia conforme o intervalo de tempo adotado.


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179

A medida da velocidade em um determinado instante, ou velocidadeinstantnea, dada pela taxa de variao da concentrao de A com o tempo,

expressa matematicamente pordt

]A[d .

A velocidade de uma reao geralmente depende da concentrao de um oumais reagentes. Experimentalmente, verifica-se ento que h uma proporcionalidadedireta ou inversa entre a velocidade e a concentrao desse(s) reagente(s). Comisso, estabelece-se uma constante de velocidade k da reao para todas asconcentraes desse(s) reagentes, que varia com a temperatura. Assim, possvelestabelecer uma equao de velocidade que expressa a relao entre a velocidadeda reao e as concentraes dos reagentes que a influenciam. Por exemplo, nareao EDCBA +++ , onde foi constatado experimentalmente que asconcentraes de A e de B influenciam diretamente na velocidade da reao, pode-se dizer que a equao da velocidade :

]B][A[kdt

]A[d= . (5.4)

Para cada processo elementar de uma reao qumica, a equao develocidade pode ser escrita a partir da estequiometria, por exemplo, se um processoelementar for

produtosyBxA + ,

a equao de velocidade yx ]B[]A[kv = . (5.5)

5.6.1 Fatores que influenciam na velocidade de reao

Segundo a teoria das colises, baseada na teoria cintica dos gases, paraque ocorra a reao, por exemplo, )g(XY2)g(Y)g(X 22 + , uma molcula de X2

deve colidir com uma molcula Y2. Conclui-se que a velocidade da reao dependeda frequncia de colises entre as molculas dos reagentes, representada aqui porZ (nmero de colises por segundo). Conseqentemente, essa freqncia dependedas concentraes dos reagentes, pois aumentando-se as concentraes, aumenta-se a probabilidade de ocorrerem colises. Assim,

velocidade Z [X2] [Y2].Para que uma coliso entre uma molcula de X2e outra Y2produza molculas

de XY, a coliso deve ocorrer com uma energia suficiente para quebrar as ligaesinteratmicas das duas molculas. Essa energia mnima que as molculas quecolidem devem ter para que a coliso seja efetiva na formao do produto denominada energia de ativao Ea. Para um grande conjunto de molculas

reagentes, a frao de molculas que possuem energia pelo menos igual energiade ativao molar Ea

RT

Ea

e

(5.6)onde e a base dos logaritmos naturais (e = 2,71828...), R a constante dos gasesideais e T a temperatura em Kelvin. Assim,

velocidade RTEa

e

.Na maioria dos casos, a velocidade observada de uma reao aumenta com

o aumento de temperatura. Em termos de equao de velocidade, a causa davariao da velocidade da reao com a temperatura reside no fato de a constante k


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180

variar com a temperatura. A relao entre k e a temperatura dada pela equao deArrhenius

RT

Ea

Aek

= (5.7)onde A denominado fator de freqncia. Pela equao, verifica-se que realmente

um aumento na temperatura produz um aumento em k e na velocidade da reao.Isso ocorre porque a temperaturas mais elevadas h um maior nmero de molculasrpidas e menos de molculas lentas e a frao de molculas com energia igual ousuperior a Eaaumenta, como pode ser visualizado na figura 5.3.

Figura 5.3- Efeito da temperatura sobre a frao do nmero total de molculas comenergia igual ou superior energia de ativao.

Atravs de modificaes algbricas, pode-se expandir a equao deArrhenius para

=

212

1

T1

T1

REa

k

kln (5.8)

onde, conhecendo-se dois valores de constantes de velocidade k1 e k2 nastemperaturas T1e T2, pode-se calcular a energia de ativao.

5.6.2 O complexo ativado

Quando as molculas reagentes colidem com uma energia pelo menos igual energia de ativao, forma-se uma partcula composta, instvel e de curta duraodenominada complexo ativado. Consideremos o caso hipottico para explicar ateoria do complexo ativado:

)g(AB2)g(B)g(A 22 + .Se tiverem energia suficiente e colidirem em posio favorvel, as molculas dereagentes formaro o complexo ativado [A2B2]

.


22/31

181

Figura 5.4- O complexo ativado.

Uma vez formado, o complexo pode se decompor nos reagentes iniciais ou dando

origem a molculas de AB, ou seja)g(AB2]BA[)g(B)g(A 2222 +

.O complexo ativado no uma molcula estvel e s existe por um instante, antesde se decompor de uma maneira ou de outra. A decomposio ocorre porque suaenergia potencial maior que a dos reagentes ou a do produto. Na figura abaixo,pode-se observar a variao da energia potencial no decorrer da reao. Asmolculas de A2e B2se movimentam rapidamente, colidem e a energia potencial doconjunto aumenta ao ponto mximo do grfico. Earepresenta o aumento de energiapotencial associado com a formao do complexo ativado [A2B2]

, que deve ser igual energia cintica que A2 e B2 devem ter para reagirem. A posterior queda daenergia potencial indica a quebra das ligaes A A e B B, para dar origem s

molculas do produto AB, ou ento, a regenerao das molculas reagentes. Na fig.5.5a a energia potencial dos produtos menor do que a dos reagentes, indicandouma perda lquida de energia, isto , o H da reao negativo e a reao exotrmica. Na figura 5.5b, a energia dos produtos superior energia dosreagentes, e assim, o H da reao positivo e a reao endotrmica.

Figura 5.5- Variaes de energia potencial no decorrer da reao em (a) reaoexotrmica e (b) reao endotrmica.


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182

5.6.3 Catalisadores e inibidores

A velocidade de muitas reaes qumicas pode ser aumentada com autilizao de catalisadores, que so substncias que, sem serem consumidasdurante a reao, alteram um determinado mecanismo da reao, tornando sua

energia de ativao menor. O catalisador usado em uma etapa da reao e naetapa seguinte, ele regenerado, no sendo consumido na reao.Inibidores ou catalisadores negativos so substncias que, adicionadas a

uma mistura de reagente, diminuem a velocidade da reao. O inibidor podefuncionar combinando-se com um catalisador em potencial da reao, tornando-oinativo.

Figura 5.6- Diminuio da energia de ativao pelo catalisador.

5.7 Equilbrio qumico

Todas as reaes qumicas tendem a alcanar um estado de equilbrio. Narealidade, os reagentes nunca so consumidos totalmente como parecem ser nasequaes que representam as reaes. O que ocorre que todos os sistemas quereagem alcanam um estado de equilbrio no qual permanecem nfimas quantidadesde reagentes que esto sendo consumidas at que seja quase impossvel de semensurar. Por exemplo, na reao

)g(OH2O)g(H2 222 + ,

os gases H2 e O2 parecem ter sido totalmente consumidos, mas na verdade, areao se processa rapidamente para um estado de equilbrio, que pode serrepresentado por

)g(OH2O)g(H2 222

+ .O equilbrio qumico est relacionado com os conceitos de reao reversvel e

velocidade de reao. Uma reao dita reversvel quando os seus produtos, medida que se formam, tornam a reagir entre si regenerando as substnciasreagentes, pelo processo inverso. Dessa forma, uma reao reversvel parcial ejamais se completa porque a regenerao continua, ou seja, nenhum dos


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reagentes totalmente transformado. A equao qumica que representa umareao reversvel

WDZCYBXA ++

Considere que certa quantidade de dixido de carbono reage com hidrognio,

em um recipiente, como na seguinte reao )g(OH)g(CO)g(H)g(CO 222 ++ .Assim que a reao comea, as concentraes dos reagentes dentro do recipientediminuem e as concentraes dos produtos comeam a aumentar. Com o tempo,isso continua acontecendo, s que com velocidades de troca cada vez menores.Aps um determinado tempo, passa a no haver mais nenhuma variao dasconcentraes e a reao encontra-se em equilbrio. Este processo pode serobservado na figura 5.7.

Figura 5.7- Evoluo de uma reao qumica at seu equilbrio.

No tempo t0, a reao s ocorre no sentido de formao de produtos:)g(OH)g(CO)g(H)g(CO 222 ++ .

No instante t1, uma certa quantidade de CO e de H2O foi formada e a reao nosentido inverso j pode ocorrer:

)g(H)g(CO)g(OH)g(CO 222 ++ .A velocidade da reao inicial vai diminuindo, devido reduo da concentrao dosreagentes, enquanto que a velocidade da reao inversa aumenta, at que em t 3, asvelocidades das duas reaes se igualam e a partir desse ponto no h maisvariao nas concentraes, j que reagentes e produtos so formados econsumidos em velocidades iguais:

)g(OH)g(CO)g(H)g(CO 222 ++

.

5.7.1 O princpio de Le Chtelier

O princpio de Le Chtelier preconiza que, quando um sistema que seencontra em equilbrio sofre uma perturbao externa, o equilbrio desloca-se emsentido contrrio para minimizar esta perturbao. A posio de equilbrio muda


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conforme o sistema se ajusta. Aps o equilbrio ter sido restabelecido, mais produtosou reagentes aparecem, dependendo do que foi formado durante a mudana.Considerando que numa equao, os reagentes esto do lado esquerdo e osprodutos do lado direito, um deslocamento favorecendo a formao de maisprodutos chamado deslocamento para a direita e um deslocamento favorecendo

a formao de mais reagentes chamado deslocamento para a esquerda.

5.7.2 Lei do equilbrio qumico

Considere a seguinte reao genrica)g(E)g(D)g(C2)g(B2)g(A +++

Para esta reao, Q, que a expresso da lei da ao das massas ou quociente dereao, definida como:

2

2

]B][A[

]E][D[]C[Q = (5.9)

ou seja, Q o quociente de uma frao que tem como numerador o produto das

concentraes dos produtos da reao, e como denominador, o produto dasconcentraes dos reagentes, sendo que cada concentrao elevada a umapotncia igual ao seu coeficiente na equao balanceada.

A lei do equilbrio qumico diz que a uma dada temperatura, o valor de Q parauma determinada reao em equilbrio uma constante e esta constante conhecida como constante de equilbrio K.

Q = K a igualdade que descreve a condio de equilbrio de um sistema. Utiliza-se osubndice C, ou seja, KC, quando so utilizadas concentraes (molaridades) naexpresso da lei da ao das massas. Assim, para a reao em equilbrio

)g(E)g(D)g(C2)g(B2)g(A +++

tem-se

2

2

C ]B][A[

]E][D[]C[K = . (5.10)

Para gases, comum escrever a expresso da lei da ao das massas emfuno das suas presses parciais. Assim,

( )

( )2BA

ED2

CP

PP

PPPK = , (5.11)

onde os valores de PXso as presses parciais das cinco substncias em equilbrio.

5.7.3 Equilbrio qumico e velocidade de reao

Toda reao qumica um processo dinmico de transformao, que podeser caracterizado pela grandeza velocidade. A velocidade da reao a razo entrea parcela de massa transformada (m) e o intervalo de tempo (t) necessrio paraessa transformao, ou seja,

tm

v

= . (5.12)


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185

A velocidade pode ser dada em funo da variao do nmero de mols, daconcentrao molar, do volume (no caso de gases) etc. No caso de gases ideais, apresso parcial PA dada por

RTnVP AA = , (5.13)onde V o volume da mistura, T a temperatura em kelvins, R a constante do gs

ideal, que vale 0,0820578 L.atm.K-1mol-1 (o valor de R depende das unidadesutilizadas no seu clculo atravs da eq. (5.13) e nA o nmero de mols de A. Comoa concentrao de A dada por

V

n]A[ A= . (5.14)

Substituindo eq. (5.14), temos

RTV

nAPA = (5.15)

RT]A[PA = , (5.16)verificando que a presso parcial do gs A proporcional a sua concentrao molar,ou seja

]A[P .Pela lei de Guldberg-Waage, temos que a velocidade de uma reao dada

porba ]B[]A[kv = (5.17)

sendo que k depende da temperatura, ou seja, a velocidade da reao consideremos o tratamento matemtico para o equilbrio, para reaes reversveisse

ba11 ]B[]A[kv = (5.18a)

dc22 ]D[]C[kv = . (5.18b)

O equilbrio se d a partir do instante t em que qualquer transformao

ponderal no sentido de v1 perfeitamente compensado por uma transformao igualno sentido de v2, em outras palavras, as concentraes de quaisquer dosparticipantes no mais se alteram. A concentrao para slidos igual a 1; paragases:

RTnVP AA = (5.13)]B][A[RV = (5.19)

2B

AA )P(]P['RV = (5.20)

O equilbrio qumico implica em velocidades iguais v1=v2 e concentraes molaresdos participantes iguais. Assim,

dc2

ba1 ]D[]C[R]B[]A[R = (5.21)

mas como o quociente de duas constantes uma constante, temos que

badc

c]B[]A[]D[]C[K = (5.22)

KC a constante de equilbrio em termos de concentrao. Vejamos como fica afrmula da constante de equilbrio para

HI2)g(I)g(H 22 +

]I][H[]HI[

K22

2

c = . (5.23)

Para o equilbrio inico, analogamente, temos que


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187

]A[1

logppotencial == . (5.32)

Assim, se a concentrao considerada for a de ons de H+, tem-se o potencialhidrogeninico ou pH

]H[

1logpH += (5.33)

e se considerada a concentrao de ons OH-, teremos o potencial hidroxilinico oupOH

]OH[

1logpOH

= . (5.34)

Calculamos, para um meio neutro:710]H[ + = (5.35)

710

1logpH

= (5.36)

pH = pOH = 7 (5.37)para um meio cido

[H+] > 10-7pH < 7 e pOH >7

e para um meio bsico[OH-] > 10-7

pH > 7 e pOH < 7.

5.8 Referncias bibliogrficas do captulo

MAHAN, B. H; MYERS, R. J. Qumica: um curso universitrio. 4. ed. So Paulo:E. Blucher, 1997.

RUSSELL, J. B. Qumica geral. 2. ed. So Paulo: Makron Books, 1994. V. 2.


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LISTA DE EXERCCIOS

REAES QUMICAS

1.) Parathion um composto txico usado como inseticida cuja frmula molecular C10H14

O5NSP. Qual a massa molecular?.2.) Uma amostra de nitrognio gasoso contm 4.63x1022 tomos de nitrognio.

Quantos mols de tomos de N esto presentes?3.) Calcule massa em gramas de 0,2 mol de molculas de CO2.4.) AgNO3+NaClAgCl +Na NO3.a) Quantos g de AgNO3

so necessrios para reagir com 5g de NaCl?b) Quantos g de AgNO3

so necessrios para precipitar 5g de AgCl?c) Quantos g de NaCl so adicionados ao AgNO3

para produzir 5g de AgCl?.5.) Calcular a massa de 1.00 mol de frmulas unitrio de KNO3(nitreto de potssio).6.) A cafena o principal estimulante contido no caf, pode analisar-se queimando

este em uma corrente de oxignio e pesando os xidos formados. A anlise por estemtodo mostra que a cafena consta de 49.48% (massa) de C, 5.19% de H, 28.85%de N e 16.48% de O. Qual a frmula emprica?.7.) A frmula molecular da cafena C8H10

O2N4. Uma amostra contendo 0,150molde molculas de cafena, quantos mols de tomos de C, H, O, N estopresentes?

8.) a)Quantos gramas de O2reagem com 1g de cafena?b)Quantos gramas de NO2se produziro ao queimar 1g de cafena?.

9.) Um grama de um composto gasoso de carbono e hidrognio fornece aps acombusto, 3.3g de CO2 e 0.899g de H 2 O. Qual a frmula emprica docomposto?.

10.) Uma amostra de clcio metlico puro, pesando 1,35g, foi quantitativamentetransformada em 1,88g de CaO puro. Se considerarmos a massa atmica dooxignio igual a 16,0, qual a massa atmica do clcio?.

11.) A corroso causada nas tubulaes das caldeiras pode ser evitada usandosulfito de sdio. Esta substncia elimina o oxignio da gua segundo a seguintereao:

Na2SO3+O22Na2SO4Quantas libras de Na2SO3 so necessrias, teoricamente, para eliminar o O2 de

83300000 lb de H 2 O, cujo contedo de 10ppm de oxignio dissolvido, e aomesmo tempo manter o excesso de sulfito de sdio equivalente a 35%?.12.) 3.65g de H2 e 26.7g O2 so misturados e reagem. Quantos g H 2 O so

produzidos?

13.) A pirita (FeS2) utilizada para obter cido sulfrico segundo as reaes:FeS2 +O2Fe2O3 + SO2(g)SO2+O2SO3(g)SO3(g)+H2O H2SO4(l)Balancear as reaes e calcular o rendimento, sabendo-se que de 1ton de FeS2com90% de riqueza so obtidos 1200 kg de H2SO4.14.) Quando um sulfeto de hidrognio, H2S, queima em excesso de oxignio, osprodutos so gua e dixido de enxofre. Se 16,0g de gua so formados nessareao, quantos a) mols de molculas de O2, b) molculas de O2, c) gramas de O2so consumidos e d) gramas de H2S so consumidos?.


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15.) Completar, balancear e classificar as seguintes reaes:a) CH4+ O2CO2 + 2H2O

b) Fe(s)+ O2Fe203(s)c) Formao de cido ntrico a partir do xido no metlico e gua.NO + H2OHNO3

d) Precipitao do AgCl a partir de NaCl e AgNO3.NaCl + AgNO3AgCl + NaNO3

e) HgOHg + O2 F) Fe(s)+ CuSO4Fe SO4(s) + Cu16.) Da reao de combusto C6H6

+O2obtm-se CO2e H2O. Quantas molculasde CO2so produzidas a partir de 10 molculas de C6H6?

C6H6+O2CO2+H2O

17) Um procedimento para a obteno de oxignio a decomposio trmica doclorato de potssio, KClO3. Qual a massa de clorato de potssio comercial comriqueza de 95% necessria para obter 4litros de O2 medidos a 18C e 749 mm Hgde presso?. (R=0,082atm.l/K.mol).

2KCLO3 calor

2 KCl+3O218.) Calcular as massas que representam: a) 3 mols de nitrato de clcio, b) 1,5mols de sulfato ferroso heptahidratado; c) 4 mols de propano, d) 0,2 mols deNaOH.

a) 3 mols nitrato de clcio (Ca(NO3)2)b) 1,5 mol de sulfato ferroso heptahidratado (Fe(SO4).7H2O)c) 4 mols de propanod) 0,2 mols de hidrxido de sdio (Na (OH))19.) Calcular o nmero de : a) mols de nitrognio, b) molculas de nitrognio, c)

tomos de nitrognio que esto contidos em 44,8l de gs em c. n.a) mols de nitrognio (g) ;b) molculas de nitrognio (g);

c) tomos de nitrognio (g);20.) Calcular o tempo que demora em contar as molculas de gua que h em umcopo de gua com 200cm3, se fosse capaz de contar 10000 milhes demolculas/seg. sem parar.

21.) Calcular o nmero de tomos de oxignio em: a) 1l de gua, b) 200g deHNO3; c) 1 mg de xido frrico, d) 32g de gs oxignio.

22.) Uma gota de H2SO4 (=1,981g/cm3) ocupa um vol. de 0,025ml. Quantas

molculas de cido h nessa gota e o nmero de tomos de oxignio presentesna mesma. Qual a massa de uma molcula de cido sulfrico?.

densidade (=1,98g/cm3; =m/V, ou m=1,98g/ cm3x 0,025 cm3= 0,0495g23.Uma mistura de 0,62 mols de metano (CH4) e hidrognio (H2) tem uma massa

de 6,84g. a)Calcular os moles da mistura de gases e b) moles de tomos dehidrognio.

24.Um composto gasoso esta formado por 77,45% de Cl e o resto de fsforo. Qual afrmula emprica? Uma amostra de 0,029g desse gs ocupam em c.n um volumede 4,72ml. Qual a frmula molecular?.

25.Duas reaes caractersticas do alto forno so:(1)Formao de monxido de carbono (gs) a partir do coque e CO2(g).(2)Reduo do xido de Ferro III com o monxido de carbono da reao (1)obtendo-se Fe(s) e dixido de carbono. Escreva a equaes balanceadas e calcule amassa de Carbono necessrio para liberar o monxido de carbono (segundo a eq.. (1)para reduzir 100kg de Fe III (segundo reao (2)).


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1) 3C(s)+3CO2(g)6 CO (g)2) 2Fe2O3 + 6 CO (g)4Fe(s)+ 6CO2(g)26.A gasolina uma mistura de diferentes hidrocarbonetos, cuja composio mdia

C8H18(sendo uma mistura complexa com aproximadamente 85% de C, 15% deH em peso) e densidade =0,78g/cm3. Calcule o volume de ar (1atm e 25C)

necessrio para a combusto de 10 litros de gasolina . Considere o ar com 21%vol. de O2(g).27.) Misturam-se 530g de Na2CO3 com 189,8 g de HCl. a) Calcule a massa de

H2O formada. b) Volume de CO2nas CNTP.NaCO3+ 2HCl2NaCl + CO2+H2O

28.) O sulfato de alumnio pode preparar-se fazendo reagir o material bauxitatriturado com H2SO4.

Al2O3+ 3H2SO4Al2(SO4)3+ 3H2OEm uma fbrica de processamento foi utilizada bauxita de riqueza 55,4 de Al2O3. E asoluo de H2SO4 tinha 77%, sendo o restante H2O. Foram obtidos 1798 lb desulfato de alumnio puro utilizando 1080 lb de mineral e 510 lb de soluo de H2SO4.a) identifique o reagente em excesso. b) Qual a porcentagem de reagente em

excesso?a) identifique o reagente em excesso:b) calculo os moles do problema:c) Qual a porcentagem do reagente em excesso?29.) 300 mg de uma mistura de NaCl e KCl produzem pela adio de excesso de

AgNO3720mg de AgCl. Ache a composio de massa da mistura.

NaCl + AgNO3AgCl + NaNO3

KCl + AgNO3KNO3 + AgCL

Apostila - Química geral (UNIOESTE) - 5

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