O protagonismo subestimado dos íons nas transformações químicas ...
Quantidades nas Transformações Químicas
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Quantidadesnas transformações
~ .qUlmlcas
capítulo
7
Existe uma relação entre asquantidades de reagentespara formar os produtos deuma reação química?
No estudo introdutório de reações qUlmlcas,realizado no capítulo 6, pudemos verificar que amassa conserva-se nas reações químicas. O fato deque a massa de um sistema reagente não aumentanem diminui em conseqüência da reação químicaimplica que a soma das massas dos reagentes éigual à soma das massas dos produtos. Observamostambém que, para que esse princípio seja verificado em reações cujos produtos ou reagentes sãogasosos, a reação deve ser realizada em sistemasfechados, de modo a impedir que os gases escapemdo sistema para a atmosfera.
Naquela ocasião, no entanto, não discutimos sehá alguma relação entre as quantidades das substâncias que reagem para formar os produtos. Natentativa de descobrir essas relações, algumas perguntas podem ser formuladas: Todos os reagentesse transformam em produtos? Há alguma propor-
ção ideal entre a quantidade das substâncias reagentes no sentido de formar a maior quantidade possível de produtos?
Nesta atividade, tentaremos responder a essasquestões, examinando alguns dados obtidos em umexperimento envolvendo a reação entre nitrato dechumbo II [Pb(N03)2J e iodeto de potássio (KI).
O experimento foi escolhido para investigaressas questões porque a reação entre o Pb(N03h eo KI forma um produto insolúvel em água, que seprecipita na forma de um sólido amarelo. Se deixarmos o sistema em repouso, após adicionarmosos reagentes, o precipitado amarelo se deposita nofundo do tubo. Se, após isso, medirmos, com oauxílio de uma régua, a altura do precipitado formado, teremos condições de comparar a quantidade de produto formado quando se misturam diferentes quantidades de reagentes. Para que possamosefetuar essa comparação, usaremos soluções de nitrato de chumbo (II) e iodeto de potássio numa mesma concentração (0,5 mol/L). Isso significa que,num mesmo volume dessas duas soluções, tem-se amesma quantidade de um e de outro reagente. Voltaremos a discutir o significado dessa idéia de "mesma quantidade" no texto 1, após realizarmos estaatividade.
[A1] Reproduza o quadro 7-1 em seu caderno eacrescente mais uma coluna com o título:
relação iodeto/nitrato.
[A2] Utilizando os resultados obtidos para o experimento registrados no quadro 7-1, preencha a
coluna relação iodeto/nitrato, dividindo os
volumes de cada tubo pelo menor valor. Por
exemplo, no tubo 1, dividindo-se 10 mL e
2 mL por 2 mL, encontra-se que a relação
iodeto/nitrato é 5/1 (lê-se 5 por 1).
[A3] Faça um gráfico, em papel milimetrado ouquadriculado, da altura do precipitado obti
do em centímetros (eixo das ordenadas) em
função da relação iodeto/nitrato (eixo das
abscissas) .
1 1021,0
2
842,5
3
661,0
4
480,8
5
2100,5
Quadro 1-1.
»>
O que fazer
Figura 1-3: As alturas dosprecipitados foram medidas com uma régua.
Em seguida, me
diu-se a altura do pre
cipitado nos cinco tubos, usando uma ré
f!!!!!. Os resultados fu: Iram anotados no quadro 7-1.
que foi feito
taterial
Estabelecendo a relaçãoeal entre as quantidades de nitrato
e chumbo (11) e iodeto de potássioara a formação de iodeto de chumbo
) (precipitado amarelo)
-=_'a 1-2: Os cinco tubos contendo os precipitados.
Adicionou-se aos cinco tubos o volume de
_ção 0,5 moljL de nitrato de chumbo (II) indi
_.: para cada tubo no quadro 7-1. Os tubos de
- ..:aio foram deixados em repouso, por no mínimo
. utos, até que o precipitado (ppt) estivesse
-: sitado no fundo.
=:=_ca 1-1: A foto mostra os tubos de ensaio com quanti-:es diferentes de KI.
Em cinco tubos de ensaio numerados, coloca
-; -se diferentes volumes de KI 0,5 moljL.
QUÍMICA PARA o ENSINO MÉDIO 153
Ou stõ
Baseando-se nos dados do quadro em seu
caderno e do gráfico construído, que relação
iodeto/nitrato possibilitou a formação da
maior quantidade de precipitado amarelo?
O • Considerando a relação que você encontrou
em Q1 como a relação ideal entre os volumes
de iodeto de potássio e nitrato de chumbo
(Ir), em que tubos você avalia que exista:
a) iodeto de potássio sem reagir (em exces
so). Explique sua resposta.
b) nitrato de chumbo (Ir) sem reagir (em ex
cesso). Explique sua resposta.
Verificando a existência deexcesso de reagentes
Para verificar a existência de excesso de rea
gentes, retirou-se, com o auxílio de um conta-go
tas, algumas gotas da solução sobrenadante ma
terial que fica acima do precipitado) de cada tubo
para verificar se ela reagia com iodeto de potássio
e com nitrato de chumbo (Ir).
Figura 7-4: Retiramos o sobrenadante com um conta-gotas.
154 QUÍMICA PARA o ENSINO MÉDIO
e toes reLimInares
Caso o sobrenadante reaja com o iodeto de
potássio, que reagente está em excesso?
Caso o sobrenadante reaja com o nitrato de
chumbo (Ir), que reagente está em excesso?
a) Se nenhuma reação ocorrer, há algum rea
gente em excesso?
b) Nesse último caso, o que você pode con
cluir sobre a proporção entre iodeto de
potássio e nitrato de chumbo (Ir)?
Foram retiradas três gotas da solução sobre
nadante de cada um dos cinco tubos do experimen
to anterior, que foram colocadas, respectivamente,
em cinco tubos de ensaio etiquetados de 1 a 5, de
acordo com a numeração dos tubos da parte A.
Pingamos duas gotas de solução de nitrato de
chumbo (Ir) em cada um dos cinco tubos.
Registramos o que foi observado na coluna "~com nitrato".
Repetimos o procedimento descrito anterior
mente usando o outro conjunto de tubos numera
dos. Duas gotas de solução de iodeto de potássio
foram colocadas em cada tubo de ensaio. O que fo:
observado está registrado na coluna "Teste comiodeto".
• I
negativo
positivo
2
negativonegativo
3
positivonegativo
4
positivonegativo
5
positivonegativo
Quadro 7-2.
e!; S
a Qual foi a evidência de que ocorreu uma
reação química quando se misturou iodeto
de potássio e nitrato de chumbo (Ir)?
a . Compare suas respostas à questão Q2 da
parte A com os resultados obtidos na parte
B. Suas expectativas foram confirmadas pela
experiência? Explique.
Tente escrever a equação para essa reação
química, levando em consideração a relação
ideal que você obteve entre os reagentes.
Considere que o precipitado amarelo é io
deto de chumbo (lI) e que o outro produto
formado, nitrato de potássio, se encontra na
solução sobrenadante por ser solúvel em
água.
Na equação que você escreveu na questão08, o número de átomos de cada elemento
químico é o mesmo nos reagentes e produ
tos? Deveria ser? Por quê?
Reescreva (ser for ocaso) a equação quí
mica para a reação entre iodeto de potássio
e nitrato de chumbo (lI), levando em consideração o que ~foi respondido na questão 09.
• É usual, ao escrever uma equação química,
indicar o estado físico dos reagentes e pro
dutos, (s) quando no estado sólido, (l) quan
do no estado líquido, (g) quando no estado
gasoso e (aq) quando em solução aquosa.
Considerando essa informação, reescreva a
equação química para a reação entre iodeto
de potássio e nitrato de chumbo (lI).
1 • Na equação obtida na questão 010, o que
indica que a relação ótima entre iodeto de
potássio e nitrato de chumbo (lI) é a quevocê encontrou na parte A?
13. Nessa atividade, você descobriu que existe
uma relação ideal entre as quantidades de
iodeto de potássio e de nitrato de chumbo
(lI) que reagem para formar iodeto de
chumbo (lI) e nitrato de potássio. Nos tubos
nos quais essa relação ideal não foi obser
vada, sempre existiu excesso de um ou de
outro reagente.
a) Oual foi a relação ideal encontrada nesseexperimento?
b) Se você usasse outros reagentes, encon
traria alguma relação ideal? Ela seria a
mesma? Explique.
Estamos discutindo, nessa atividade, a existên
cia de uma relação entre as quantidades de
reagentes na formação dos produtos de uma reação
química. Observamos que as substâncias sempremantêm a mesma proporção ao se combinarem.
Essa idéia foi sugeridá no final do século XVIII porum cientista fran-
cês, Joseph Louis
Proust 1754-1826),
e é conhecida co
mo Lei das Proporções Definidas ouLei de Proust.
Figura 7-5: JosephProust sugeriu, nofinal do século XVIII,
a Lei das ProporçõesDefinidas.
Por meio dessa lei, Proust foi capaz de mostrar
que as substâncias não se combinavam numa va
riedade infinita de proporções, como pensava, por
exemplo, Lavoisier, mas apenas em proporções
definidas por números inteiros. Usando essa idéia,
Proust foi capaz de propor uma definição para
compostos químicos "verdadeiros", de modo a dife
renciá-los de soluções e ligas metálicas. Segundo
Proust, esses compostos verdadeiros teriam com
posições definidas, independentemente da forma
como teriam sido preparados. Nas palavras deProust:
"... um composto é um produto privilegiado ao
qual a Natureza confere proporções fixas ...
QUÍMICA PARA o ENSINO MÉDIO 155
2xl=2 2x3=6 2x1=21x2=2
lx2=2 3x2=6 2x1=22x1=2
Produtos
Reagentes
II t· ,. I
Quadro 7-3: Conte os átomos nos reagentes e produtos nas
duas equações e verifique você mesmo essa igualdade.
A partir dessa observação, podemos concluirque haveria um outro método, bem mais rápido,
para determinar a relação ideal para a reação entresoluções de nitrato de chumbo e iodeto de potássio de mesma concentração. Bastaria escrever a
equação química e adicionar os coeficientes necessários para que o número de átomos nos reagentes
ficasse igual ao número de átomos nos produtos.Os químicos chamam esse processo de balanceamento de equações químicas, o que significa di
zer que, após igualar o número de átomos nos reagentes e produtos, a equação está de acordo com a
lei da conservação das massas, ou seja, encontramos a mesma massa tanto nos reagentes quanto
nos produtos.
Observe que, para podermos comparar os vo
lumes de cada solução na atividade 1 e concluirmos que o dobro do volume de solução de io
deto de potássio em relação à de nitrato de chum
bo significava o dobro da quantidade de iodeto de
potássio em relação ao nitrato de chumbo, tivemosque usar soluções de mesma concentração em mol
por litro.
Se usássemos soluções com a mesma concen
tração em gramas por litro poderíamos concluir amesma coisa?
A resposta é não. Como os átomos que formamas moléculas e íons têm massas diferentes, a
mesma massa de duas substâncias diferentes quase
nunca corresponde ao mesmo número de átomos,
moléculas ou íons. Com isso, surgem alguns problemas para os químicos.
ocorre na equação (I). Para efetuar essa contagem,você deve multiplicar cada átomo por seu índice,
pelos índices que vêm depois do parêntese (quan
do for ocaso) e pelo coeficiente, que é o número
que vem antes da fórmula. Observe que o coefi
ciente ou índice é omitido quando seu valor é
igual a 1. Vejamos o exemplo dessa contagem no
quadro 7-3.
coeficientesíndíces
Pb(N03h (aq) + 2KI(aq) - Pb12(s) + 2 KN03(aq) (lI)
V ~
Contando átomos, moléculase íons
Na atividade 1, você trabalhou com dados de
um experimento para veri!icar qual é a relaçãoideal entre os volumes das soluções de nitrato de
chumbo II (Pb(N03h) e iodeto de potássio (K1) que
reagem para formar um sólido amarelo, iodeto de
chumbo (Pb12) e um outro sal solúvel, nitrato de
potássio (KN03). Poderíamos representar essa
reação por meio de uma equação química:
Sabe-se, hoje, que nem todas as substâncias
compostas seguem a Lei de Proust, pois existem
algumas para as quais as proporções entre os áto
mos podem variar. Para a maioria das substâncias
com as quais lidamos em nosso cotidiano e paratodas aquelas com as quais trabalharemos ao longodo nosso curso, a Lei de Proust, no entanto, con
tinua essencialmente válida e aplicável.
Se contarmos quantos átomos de cada tipo
existem nos reagentes e nos produtos na equação
(lI), encontraremos o mesmo número, o que não
Como se observou na atividade 1, a proporção
ótima na reação entre iodeto de potássio e nitrato
de chumbo foi de 2/1. Como as soluções tinham a
mesma concentração, isso nos obriga a reescrever a
equação (I) colocando um coeficiente 2 na frente
do iodeto de potássio, para indicar essa relação. A
equação ficaria da seguinte forma:
Devemos reconhecer, portanto, ... que as carac
terísticas de um composto verdadeiro são inva
riáveis como a proporção entre seus elementos ... "
(PROUST, J. L. J. de Phys., LXIII, 1806, 364 f. Citado em
Partington, J. R. A Histary af Chemistry. London: MacMillan, 1964.
v. 3, p. 650.)
156 QUíMICA PARA o ENSINO MÉDIO
=.Jmo trabalhar com equações que representam: , moléculas e íons se parece ser muíto difi
_ ~ouco prático "contar" essas partículas?
-abendo que é fácil pesar as substâncias, que:::2.0 poderia ser estabelecida entre massa e nú
-. e átomos e moléculas?
.n resposta a essas questões passa pelo estabe-ento de urna unidade que expressa a grandeza
tidade de matéria, conhecida corno moI. Ao:: da história o homem percebeu a conveniência
- =stabelecer unidades que facilitassem a medida- :oisas. Essasunidades foram estabelecidas de for-
:: ais ou menos arbitrária. Por exemplo, o siste:: :nglês de medida, ainda em uso na Inglaterra e. : Estados Unidos, se baseou em partes do corpo
-':-""3. estabelecer medidas de comprimento. Fala-sepolegadas, pés, jardas, braças, etc.
Para medir a quantidade de coisas tambémram inventadas medidas corno a dúzia, o cento,
=--=. Essas medidas são usadas em feiras, mercados
::> permercados para vender ovos, laranjas, etc.
qgura 7-6: A dúzia é uma medida utilizada para medir, porexemplo, a quantidade de ovos. Para o químico, a medidal1ais utilizada é o mal.
A unidade de medida dos qUlmlcos, o mol,também mede a quantidade d~ coisas, só que decoisas infinitamente pequenas, corno átomos, moléculas, íons, elétrons, etc. A definição de mol,estabelecida na 14' Conferência Geral de Pesos e
Medidas, realizada em 1971, é a seguinte:
"Mol é a quantidade de substância de um sistema que contém tantas partículas elementaresquanto são os átomos em 0,012 kg de carbono-12.
Quando o mol é usado, as entidades elementarestêm que ser especificadas e podem ser átcmos,moléculas, íons, elétrons, outras partículas, ougrupos especificados dessas partículas." (Em LIDE,D. R. (Ed.). Handbaak af Chemistry and Physics,
75th edition, CRCPress, 1994.)
Para entendermos um pouco mais o que significa essa unidade de medida e sua relação com amassa das substâncias, vamos fazer urna analogia.Imagine que você tenha que medir a quantidade debolinhas de isopor que cabe em urna garrafa derefrigerante de 2 litros. Se você colocar bolinhaspequenas vai encontrar um número maior de bolinhas do que se optar por bolinhas com um diâmetro maior .
Figura 7-7: Na garrafa que contém bolinhas de diâmetromenor temos um maior número de bolinhas.
Podemos pensar o mesmo em relação aos átomos, moléculas e íons. Emurna amostra de 1 gramade moléculas de hidrogênio certamente há maismoléculas do que em urna mesma massa de moléculas de água, pois esta última pesa mais que amolécula de hidrogênio. Se quisermos comparar
QUÍMICA PARA o ENSINO MÉDIO 157
"
São tantos zeros que é muito mais fáci:
escrevê-los na forma de potência de 10. Na ativ:
dade 2, a seguir, vamos realizar alguns cálcul :
para ter uma idéia da dimensão desse número.
o... "o
o
:;, o." O ",
o. o, • <>. "
000 Q.•••. "" (.J
A possibilidade de contar átomos e moléculas
foi concretizada quase cem anos depois. Em 1913.
Jean Perrin publicava um livro intitulado Les
Atomes, em que se referia a trinta maneiras dife
rentes de determinar a constante de Avogadro.
Não é fácil ter uma idéia de quão grande é
número de partículas contidas em um mol e quã
pequenas são, portanto, as partículas que ele enu
mera. Escrevê-lo na forma de potências de 10 éconveniente, pois, se escrevêssemos na forma con
vencional, esse número seria assim representado:
602 000 000 000 000 000 000 000 = 6,02 X 102~
"Tem que ser admitido que uma relação
muito simples também existe entre os volumes
de substâncias gasosas e o número de molécu-
las simples ou compostas que as constituem. A
primeira hipótese a se apresentar em relação a
isso, e aparentemente a única admissível, é a
suposição de que o número de moléculas inte
grantes em qualquer gás é sempre o mesmo
para volumes iguais ou é sempre proporcionalao volume."
(AVOGADRO, A. Citado em Partington, J.R. A HistaryafChemistry. London: MacMillan, 1964. v. 4, p. 214.).
entre essas massas e a respectiva quantidade é conhecida como massa molar; assim, a massa molar
do hidrogênio atômico é igual a aproximadamente
1,0 g/mol e a massa molar da água, a aproximada
mente 18,0 g/mol.
Numa publicação de 1811, Avogadro assim se
referia àquilo que mais tarde se tornaria conhecido
como "Hipótese de Avogadro" ou, ainda, "Lei deAvogadro":
Figura 7-9:Amedeo Avogadro,noinício do século XVIII, propôs aHipót::lsede Avogadro.
Um mol é uma quantidade suficientemente
grande para que, por exemplo, essa quantidade de
átomos de hidrogênio, o mais leve de todos os áto
mos, pese aproximadamente 1,0 grama. Analo
gamente, a massa de 6,02 x 1023 moléculas de á
gua é, aproximadamente, 18,0 gramas. A relação
Figura 7-8:Quantidades de diferentes substâncias que correspondem a 1 mal.
quantidades iguais de átomos, moléculas ou íons,
devemos estabelecer uma unidade que tenha a
mesma quantidade dessas partículas, mas em um
número suficientemente grande para que possamos
pesar essa quantidade. Essa unidade é chamada de
mol, e equivale a 6, 02 x 1023 partículas, sejam áto-
~, moléculas, íons, elétrons, etc. A relação entreesse número e a respectiva quantidade é conhecida
I como constante de Avogadro (6,02 x 1023/mol) emhomenagem ao químico italiano Amedeo Avogadro
(1776-1856), que, no início do século XIX, deu con
tribuições importantes para o avanço da hipóteseatômica formulada por Dalton. Avogadro propôs uma
hipótese que sugeria a possibilidade de "contar" átomos e moléculas.
158 QUÍMICA PARA o ENSINO I~ÉDIO
?ara ter uma idéia do tamanho do número re
===... tado pela constante de Avogadro, vamos cal-
=- quanto tempo demoraria para "contar" as
-- =-::ulasde água em um mol de água (18,0 g), o
:.-= equivale, aproximadamente, ao volume de
:-=.: colheres das de sopa.
Supondo que você conte 1 molécula por se
gundo, calcule:
a) Quantas moléculas você contaria em umahora?
b) Quantas moléculas você contaria em umdia?
c) Quantas moléculas você contaria em umano?
d) Quantos anos você demoraria para contaras 6,02 x 1023 moléculas existentes em
1 mol (18,0 g) de água?
Se você calculou corretamente, terá encontra
io um número que ainda não faz sentido, algo
:omo 19 quatrilhões de anos. Ou seja, se você "ti
cesse começado a contar" quando o planeta Terra:ê formou, há cerca de 4,6 bilhões de anos, estaria
. nge, mas muito longe mesmo, de terminar essa
: ntagem.
AS] Suponha que você fosse capaz de dispor es
sas moléculas lado a lado ao longo de uma li
nha. Considere que cada molécula de água
seja uma esfera de aproximadamente 10-10
metros de diâmetro (isso é uma aproximação
para facilitar os cálculos. Uma molécula de
água não é esférica e é ligeiramente maior, já
que cada ligação O-H mede, aproximada
mente, 0,96 x 10-10 metros, para uma mo
lécula de água no estado gasoso). A partir
desse dado, calcule e responda:
a) Quantas moléculas você seria capaz de
dispor em 1 metro?
b) Quantas moléculas você seria capaz de
dispor em 1 quilômetro?
c) Considerando que a circunferência em
torno da Terra, na linha do Equador, me
,de aproximadamente 40 000 km, quantasvoltas seriam necessárias dar em torno da
Terra, no Equador, para dispor todas as
moléculas de água ao longo dessa linha?
Se você calculou corretamente, terá encontra
do um número ainda muito grande de voltas (algo
em torno de 1,5 milhão) em torno da Terra.
Apesar de representar um número de dimen
sões difícil de imaginar, a unidade de quantidadede matéria - o moI - é uma unidade extremamente
útil nos cálculos químicos. Como veremos nas ativi
dades seguintes, o uso de quantidades expressas
em mol e de concentrações expressas em moljL
permitirá a simplificação dos cálculos envolvendo
quantidades de produtos e reagentes nas reações
químicas.
Relacionando quantidade dematéria e massa dos materiais
Nesta atividade vamos usar a grandeza quanti
dade de matéria, expressa por meio de suaunidade, o mol, para estudar as relações entre
quantidade de matéria e massa. Como não podemos
contar átomqs, moléculas e íons, não precisamosnos preocupar com o número 6,02 x 1023, o nú
mero de partículas (átomos, moléculas, íons, etc.)
em 1 mol. Você teve oportunidade de conhecer e
imaginar o que significa um número dessa dimensão na atividade 2 e no texto 1. O fundamental,
porém, é que nos lembremos unicamente de que
um mol de qualquer substância tem sempre a mes
ma quantidade de átomos, moléculas ou íons dessa
substância, seja ela água, cloreto de sódio, ácidoclorídrico, etc.
É muito fácil saber qual é a massa, em gramas,
de um mol de qualquer átomo, pois basta consul-
QUÍMICA PARA o ENSINO MÉDIO >
"
'I
<I)
,<I;.~'::O;
',-'::;:l'o<I)~-oU"<I;::o;Ir:o~, <I)'z'<I;Ir:~, <I)<I;,z<I)~
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tar a tabela periódica moderna. Como, nas tabelas
periódicas modernas, as massas atômicas relativas
(números puros) são expressas em relação ao isó
topo de carbono-12, a massa de um mol de átomos
(massa molar) equivale ao mesmo número, em gra
mas por mol. Por exemplo, as massas atômicas re
lativas do hidrogênio e do oxigênio são aproxi
madamente 1,0 e 16,0, respectivamente; portanto,
as massas molares do hidrogênio atômico e do
oxigênio atômico são aproximadamente 1,0 g/mol
e 16,0 g/mol, respectivamente. A partir desses
valores, podemos calcular as massas molares de
diferentes moléculas, ou seja, a massa de um mol
de substâncias simples ou compostas, expressa em
gramas por mol. Basta multiplicar os índices que
aparecem na fórmula da substância pelas massasmolares dos átomos e somar todas essas massas
obtidas.
Tomemos um exemplo muito simples, a água, cuja
fórmula molecular é H20. Se você consultar a tabela
periódica, encontrará as massas atômicas relativas do
hidrogênio igual a 1,0 e do oxigênio igual a 16,0.
Como o índice do hidrogênio é 2 na fórmula da
água, para calcular a massa molar da água multi
plicamos 1,0 g/mol por 2 e somamos a massa molar
do oxigênio, 16,0 g/mol, que é multiplicada por 1,
índice (omitido) do oxigênio na fórmula da água.
Assim, a massa molar da água é:
Massa molar da água = (2 x 1,0 g/mol) +16,0 g/mol = 18,0 g/mol
Ou seja, 1 mol de moléculas de água tem a
massa de 18,0 gramas.
Volume Molar dos GasesPara definir o volume molar, vamos retomar as
palavras que Avogadro usou para se referir àquiloque mais tarde se tornaria conhecido como "Hipó
tese de Avogadro" ou ainda "Lei de Avogadro":
Tem que ser admitido que uma relação muito
simples também existe entre os volumes de subs-Itâncias gasosas e o número de moléculas simples
ou compostas que as constituem. A primeira
hipótese a se apresentar em relação a isso, e
aparentermente a única admissível, é a suposição
160 QUÍMICA PARA o ENSINO MÉDIO
de que o número de moléculas integrantes em
qualquer gás é sempre o mesmo para volumes
iguais ou é sempre proporcional ao volume.
(Citado em Partington, J.R. (1964) A histary af Chemistry.Volume 4. london: Macmillan, p. 214.)
Essa hipótese viria a ser comprovada mais tardE
e permitiu a definição da grandeza Volume molar
válida para gases:
Um mol de qualquer gás sempre ocupa, nas
·1 mesmas condições de temperatura e pressão, omesmo volume.
'---------Definindo as Condições Normais de Tempe
ratura e Pressão (CNTP) como a temperatura de O0,
e a pressão de 1 atm, o volume molar dos gases éigual a 22,4 dm3/mol. Corno 1 dm3 = 1 litro (L),
podemos dizer que, nas CNTP,um mol de gás OCUp2
um volume de 22,4 L. Essa quantidade correspo:-
de, aproximadamente, ao volume de 11 garrc.:i.
PET (de refrigerante) de 2 L ou a um cubo de 28,2 de aresta.
A grandeza Volume molar permite que sei~
realizados cálculos estequiométricos relaciona:-
quantidade de matéria (em mol) e volume' "
massa-volume. Nunca é demais lembrar que 0:"volume se aplica somente aos gases. Isso porquê :.
moléculas num gás ideal permanecem iso lai.:..:.
como moléculas individuais. É por isso também ':.muitos gases reais vão exibir uma pequena c::rença em relação a esse comportamento iu=:....
exibindo valores ligeiramente diferentes pc::.entre outros, o volume molar.
Usando volumes de recipientes conheci
(por exemplo, as garrafas de refrigerante PET -=.
volume de dois litros), estime o que significa, =termos reais, o volume molar de um gás nas QI_-
Considerando que você fosse contruir um cr.::r
de 22,4 L, calcule quanto mede urna aresta dõ.:'Õcubo.
rcicios
_-ando os valores de massa atômica dos ele
-entos que estão na tabela periódica, de
::rmine as massas molares das seguintesillbstâncias:
_ Nitrato de prata - AgN03
- Cloreto de bário - BaClz:: Cloreto de sódio - NaCl
:) Carbonato de sódio - NaZC03
e) Nitrato de chumbo II - Pb(N03)z
que significa dizer que a massa molar do
'odo atômico é aproximadamente 127 g/mol?
Qual é a massa de meio mol de nitrato de
potássio (KN03)?
Critique a afirmação: "Se a massa molar de
um elemento X é duas vezes maior que amas-sa molar do elemento Y, um mol de áto
mos de Y contém duas vezes a quantidade de
matéria presente em um mol de átomos de X".
Qual é a quantidade de matéria, em mol,
contida em 25,5 9 de amônia - NH3?
Qual é a quantidade de matéria, em mol, de
íons (cátions e ânions) que está contida em
2 mols de brometo de cálcio (CaBrz)?
Questões de exames vestibulares
1 (UFMG-97) Em um creme dental, encontra
se um teor de flúor de 1,9 mg desse elemen
to por grama de dentifrício. O flúor adiciona
do está contido no composto monofluor
fosfato de sódio NaZP03F (massa molar:
144 g/mol). A quantidade de NaZP03F uti
lizada na preparação de 100 9 de cremedental é:
a) 0,144 g.
b) 0,190 g.
c) 1,44 g.
d) 1,90 g.
E7. A massa de 40,0 mols de uma substância é
1200,0 g.a) Calcule sua massa molar.
b) Sabendo que 1 mol dessa substância con
tém 6,0 9 de átomos de hidrogênio e queô outro elemento presente é o carbono,
qual é sua fórmula molecular?
E8. O óxido nitroso (NzO), um dos primeiros
compostos gasosos a ser isolado e identifi
cado, foi o primeiro anestésico sintético a
ser descoberto, sendo conhecido como gás
hilariante em razão da euforia leve que
causa quando inalado em baixas concentra
ções. Em relação ao óxido nitroso, responda:
a) Qual é sua massa molar?
b) Se fosse possível realizar um experimen
to envolvendo a decomposição dessa subs
tância, poderíamos obter dois gases: o ni
trogênio (Nz) e o oxigênio (Oz). O que
você poderia dizer em relação ao volume
desses dois gases que seriam formados?
Justifique sua resposta.
015. (UFMG-97) Um bom método para a
preparação controlada de oxigênio
muito puro é a decomposição térmica
de permanganato de potássio sob
vácuo. Essa reação pode ser represen
tada pela equação
2 KMn04(s) ....•KZMn04 (s) + MnOz(s) + Oz(g).
Com relação à decomposição completa de
2 mols de permanganato de potássio, é
incorreto afirmar que:
a) a massa de KMn04 (s) decomposta é
316,0 g.
QUíMICA PARA o ENSINO MÉDIO 161
1,207
1,200
1,204
1,205
1,34
1,26
1,00
1,18
1,05
1,11
0,830
0,980
(UFSCAR-2000) Durante uma aula de la
boratório, um estudante queimou ao ar
diferentes massas iniciais (mi) de espon
ja de ferro. Ao final de cada experimento,determinou também a massa final resul
tante (mf)' Os resultados obtidos estão
reunidos na tabela a seguir.
(UFPB-98) Um comprimido de aspmna
contém 120 mg de ácido acetilsalicílico
C9HS04• O número de moléculas do ácido
contidas em um comprimido de aspirinaé:
a)4,0 x 102~
b)4,0 x 101~
~6,0 X 102~
d)7,2 x 1023.
e)4,0 x 102~
(UFPB-2000) A cafeína, um estimulantebastante comum encontrado no café, chá,
guaraná, etc., tem fórmula molecular
CSHlON402. Portanto, é correto afirmar
que 582 g de cafeína contêm:
a) 10 x 6, O x 1023 átomos de hidrogênio.
b) 32 g de oxigênio.
c) 1,44 X 1025 átomos de carbono.
d) 12 átomos de nitrogênio.
e) 3 moléculas de cafeína.
4
2
3
Questão Q20.
Admitindo que em todos os experimentos
a queima foi completa, o estudante fez as
três afirmações seguintes:
400
Temperatura ('C)
25
(UFMG-99) O gráfico descreve a variação
de massa observada quando 84 mg de bicar
bonato de sódio, NaHC03(s), são submeti
dos a aquecimento. A diminuição de massa
deve-se à perda dos produtos gasosos.
Considerando o gráfico, assinale a alter
nativa que apresenta uma reação compa
tível com a variação de massa observada.
54
53 .---------------------------,
Exercício Q16.
a) NaHC03 (s) - NaH (s) + CO2 (g) +1/2 O2 (g)
b) NaHC03(s) -1/2 Na2C03(s) + 1/2 C02(g) +1/2 H20 (g)
c) NaHC03 (s) - NaOH (s) + CO2(g)
d) NaHC03(s) -1/2 Na20 (s) + 1/2 H20 (g) +CO2 (g)
(UFV) O gás de cozinha é formado princi
palmente pelos gases butano e propano. A
reação que ocorre no queimador do fogão
é a combustão desses gases. A equação a
seguir representa a combustão do butano.
2 C4H10+ 13 O2- 8 CO2+ 10 H20
A massa de água que pode ser obtida a
partir da mistura de 10 g de butano com
10 g de oxigênio é:
a) 20 g. d) 15,5 g.
b) 3,1 g. e) 10 g.
c) 4,3 g.
b) a massa total dos produtos sóli~os é
300,0 g.
c) a quantidade de O2(g) produzida é 1 mol.
d) as quantidades, em mol, de cada um
dos produtos são iguais.
gj'0c'ctl1Ii.o Ol::l "'"<fi-
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162 QUÍMICA PARA o ENSINO MÉDIO
>- .~
Exercício Q16.
b) a massa total dos produtos sóliq.os é
300,0 g.
c) a quantidade de O2(g) produzida é 1 mol.
d) as quantidades, em mol, de cada um
dos produtos são iguais.
(UFPB-2000) A cafeína, um estimulante
bastante comum encontrado no café, chá,
guaraná, etc., tem fórmula molecular
CSH10N402' Portanto, é correto afirmar
que 582 9 de cafeína contêm:
a) 10 x 6, O x 1023 átomos de hidrogênio.
b) 32 9 de oxigênio.
c) 1,44 x 1025 átomos de carbono.
d) 12 átomos de nitrogênio.
e) 3 moléculas de cafeína.
(UFPB-98) Um comprimido de aspmna
contém 120 mg de ácido acetilsalicílico
C9HS04. O número de moléculas do ácido
contidas em um comprimido de aspirinaé:
(UFSCAR-2000) Durante uma aula de la
boratório, um estudante queimou ao ar
diferentes massas iniciais (rni) de espon
ja de ferro. Ao final de cada experimento,
determinou também a massa final resul
tante (rnf). Os resultados obtidos estão
reunidos na tabela a seguir.
a) 4, O x 1023•
b) 4, O x 101S•
c) 6, O X 1023•
d) 7,2 x 1023•
e) 4, O x 1020•
400
Temperatura ('C)
25
53 ---------------------------
(UFMG-99) O gráfico descreve a variação
de massa observada quando 84 mg de bicar
bonato de sódio, NaHC03(s), são submeti
dos a aquecimento. A diminuição de massa
deve-se à perda dos produtos gasosos.
Considerando o gráfico, assinale a alter
nativa que apresenta uma reação compa
tível com a variação de massa observada.
54
a) NaHC03 (s) - NaH (s) + CO2 (g) +
1/2 O2 (g)
b) NaHC03(s) -1/2 Na2C03(s) + 1/2 C02(g) +1/2 H20 (g)
c) NaHC03 (s) - NaOH (s) + CO2(g)
d) NaHC03(s) -1/2 Na20 (s) + 1/2 H20 (g) +CO2 (g)
Vl'"
'13<::
<'"üí-.o'":o2SVl VlVl '""'-o
"O :.='" -o(J) (J)(J)'"::e
:> ;>.
Admitindo que em todos os experimentos
a queima foi completa, o estudante fez as
três afirmações seguintes:
1,204
1,200
1,205
1,207
1,18
1,26
1,00
1,34
1.05
1,11
0,830
0,980
2
4
3
, ;
Questão Q20.
(UFV) O gás de cozinha é formado princi
palmente pelos gases butano e propano. A
reação que ocorre no queimado r do fogão
é a combustão desses gases. A equação a
seguir representa a combustão do butano.
2 C4H10+ 13 O2 - 8 CO2+ 10 H20
A massa de água que pode ser obtida a
partir da mistura de 10 9 de butano com
10 9 de oxigênio é:
a) 20 g. d) 15,5 g.
b) 3,1 g. e) 10 g.
c) 4,3 g.
/~
162\ QUÍMICA PARA o ENSINO MÉDIO
a) Considerando esses três experimentos,
que cor esse indicador apresentará em
contato com o suco de limão, que possui
(Unicamp-98) Indicadores são substân
cias que apresentam a propriedade de
mudar de cor em função da acidez ou basi
cidade do meio em que se encontram. Em
três experimentos diferentes, misturou-se
uma solução aquosa de HCl com uma
solução aquosa de NaOH. As soluções de
ambos os reagentes apresentavam a mesma
concentração em mol/L. Após a misturaacrescentou-se um determinado indicador,
obtendo-se os seguintes resultados:
:. A Lei da Conservação da Massa não foi
obedecida, pois a massa final encontrada
para o sistema em cada experimento é
sempre maior que sua massa inicial.
=. O aumento de massa ocorrido em cada
experimento se deve à transformação de
energia em massa, tendo se verificado a
conservação da soma (massa + energia)do sistema.
=. A relação constante obtida entre a massa
final e a massa inicial do sistema (rnf/rni)'em cada experimento realizado, permite
afirmar que, dentro do erro experimental,os dados obtidos estão de acordo com a Lei
das Proporções Definidas.
Dentre as afirmações apresentadas, o estudante acertou:
a) apenas I.
b) apenas 11.
c) apenas m.d) apenas 1 e lI.
e) 1, II e m.
uma apreciável concentração de subs
tâncias ácidas? Justifique.
b) Que cor apresentará o indicador se
misturarmos os reagentes do experi
mento 1 com os reagentes do experi
mento 3? Justifique.
Q2 (Unicamp-98) Nas salinas, o cloreto de
sódio é obtido pela evaporação da água
do mar a 30°C, aproximadamente.
a) Um volume de água do mar é evapora
do até o aparecimento de NaCl sólido.
Qual é a concentração de NaCl na solu
ção resultante? Justifique a resposta.
b) Que volume de água do mar deve ser
evaporado completamente para a pro
dução de 1,00 kg de NaCl sólido?
At.enção: Nem todos os dados fornecidos a
seguir serão utilizados para resolver os i
tens a e b. Dados: A massa molar da água
é igual a 18,0 g/mol; massa molar do NaCl
é igual a 58,4 g/mol; a solubilidade do NaCl
em água, a 30°C, é igual a 6,16 mol/L,
o que corresponde a 360 g/L; a concen
tração do NaCl na água do mar é igual a
0,43 mol/L, o que corresponde a 25 g/L; a
densidade da água do mar a 30°C é igual a
1,03 g/cm3; a densidade da água pura a
30°C é igual a 0,9956 g/cm3.
Q2 (UFMG-99) A queima do enxofre produz
um dos seus óxidos, S02 (g) ou S03 (g). A
identificação de qual dos dois é, real
mente, produzido pode ser realizada
reagindo esse gás com Ba(OH)2 (aq). As
reações de cada um dos gases, S02 (g) ou
S03 (g), com essa base levam à formação
de um sal, diferente em cada caso, que se
precipita.
a) Escreva a equação balanceada da rea
ção entre S02 e Ba(OHh.
b) Escreva a equação balanceada da rea
ção entre S03 e Ba(OH)2'
c) O gás formado na queima de 3,2 g de
enxofre, ao reagir com excesso de
~.~I,;f
'.ll'
2 mL de HCI
2 mL de HCI2 mL de HCI
+
++
1 mL de NaOH
2 mL de NaOH3 mL de NaOH
amarelo
verdeazul
="agentes
- -. do indicador
QUÍMICA PARA o ENSINO MÉDIO 163 ::o-
.-/
Questão Q27.
b) Quantos átomos de oxigênio estão presentes na amostra recolhida?
027. (UFRJ-98) ° gráfico a seguir apresenta a
variação do número de mols de átomos
(átomos-grama) dos três elementos qui
micos que compõem um certo sal, com onúmero de mols desse sal. Cada reta se
refere a um elemento quimico: alumínio,
ametal desconhecido e oxigênio.
•número demais do sal
ametal
número demais
de átomos27
026. (UFRJ-98) ° cálcio é um elemento que
está presente em organismos vivos sob a
forma de diversos compostos. Os ossos e
os dentes, por exemplo, contêm sais de
cáÍcio, tais como fosfato de cálcio e a hi
droxiapatita; as conchas de animais marinhos contêm carbonato de cálcio.
a) ° carbonato de cálcio pode ser obtido
através de uma reação de neutraliza
ção como a esquematizada a seguir:
ácido + base --'.> CaC03 + 2 H20Calcule a massa de carbonato de cálcio
formada quando 12,4 g do ácido são consumidos.
b) A hidroxiapatita (hidroxifosfato de cál
cio) tem a seguinte fórmula química:
Cax(P04hOHDetermine x.
II
I
IIl _
025. (UFRJ-96) Os motores a diesel lançam na
atmosfera diversos gases, entre eles o anidrido sulfuroso e o monóxido de carbo
no. Uma amostra dos gases emitidos porum motor a diesel foi recolhida; obser
vou-se que ela continha 0,1 mol de anidrido sulfuroso e 0,5 mol de monóxido de
carbono.
a) Determine a massa, em gramas, de monóxido de carbono contido nessa amos
tra.
Ba(OHh (aq), produziu 21,7 g de um
sal, que se precipitou. Calcule as mas
sas dos dois sais que seriam produzi
dos a partir dessa massa de enxofre,
caso fosse formado S02 (g) ou S03 (g).
d) Indique qual é o gás produzido. (Dei
xe seus cálculos registrados, de modo a
explicitar seu raciocínio.)
024. (UFMG-98) Um dos causadores da chuva
ácida é o dióxido de enxofre, S02 (g). Naatmosfera, o dióxido de enxofre é conver
tido em trióxido de enxofre, S03 (g), numa
reação lenta, mas catalisada por partícu
las sólidas em suspensão no ar. ° trióxido
de enxofre reage rapidamente com a água
presente na atmosfera, transformando-se
em ácido sulfúrico, H2S04 (aq). Uma alter
nativa econômica para a diminuição do
dióxido de enxofre lançado à atmosfera éo tratamento das emissões das chaminés
com uma pasta úmida de calcário, CaC03(s),
em presença de um oxidante.
a) Escreva a equação balanceada para a
reação entre dióxido de enxofre, gás
oxigênio e calcário, a qual produz sulfato de cálcio e dióxido de carbono.
b) Considerando a equação obtida em (a),
calcule quantas toneladas de CaC03(s)
seriam necessárias para reagir com 640
toneladas de S02 (g). Deixe seus cálcu
los registrados, de modo a explicitar oseu raciocínio.
164 QUÍMICA PARA o ENSINO MÉDIO
a) Escreva o nome do sal que está repre
sentado por esse gráfico, sabendo que
sua massa molar é de 294 g/mol.
b) Calcule a massa de alumínio, em gra
mas, presente em 5 mols desse sal.
(UFOP-2001) ° esmalte dos dentes con
tém o mineral hidroxiapatita, um hidroxifosfato de cálcio. As bactérias ali resi
dentes metabolizam o açúcar que, ao ser
transformado em ácido lático, cria um pH
abaixo de 5 na superfície dos dentes. Isso
facilita o ataque pelo ácido resultando na
cárie dentária. A reação de dissoluçãodesse mineral é:
CalO(P04)6(OHh + H+ -+ Ca2++ H2PO: + H20
a) Determine a soma dos coeficientes
estequiométricos da reação balanceada.
b) Admitindo-se que são produzidos 10 mg
de íons cálcio, determine a massa de hi
droxiapatita perdida pelo dente.
029. (UFOP-2001) Quando uma cebola é corta
da, ocorre desprendimento de S02 que,
exposto ao ar, se oxida a S03' Esse gás
reage com a umidade dos olhos formandoácido sulfúrico, causando-Ihes ardor e la
crimejamento.
a) Escreva as reações químicas envolvi
das nesse processo.
b) Admitindo-se que 100 g de cebola produ
zam 9,8 mg de ácido sulfúrico, determine
a porcentagem de enxofre na cebola.
030. (UFMG-2000) A chuva ácida, resultante da
combinação de óxidos - por exemplo, os de
enxofre - com a água presente na atmos
fera, é, na atualidade, um dos grandes
problemas de poluição ambiental. Um deseus efeitos danosos consiste na corrosão
de monumentos de mármore, material cons
tituído, essencialmente, de CaC03. Nessa
corrosão, ocorre a liberação de um gás.
a) Escreva a equação balanceada da reaçãodo ácido sulfúrico com o carbonato de
cálcio.
b) Considere que, numa parte côncava deuma estátua de mármore, acumularam
se 2 litros de água de chuva ácida de pH
igual a 5,0. Calcule a quantidade de
H+ (aq), em mo1, presente nesse volume
de água. (Deixe seus cálculos registra
dos, explicitando, assim, seu raciocínio.)
c) Suponha que o H+ (aq) presente na á
gua de chuva ácida seja fornecido pela
dissolução completa de H2S04 (aq).
Calcule a quantidade de H2S04, em mo1,
responsável pela formação de H+ (aq)
determinada em (b). (Deixe seus cálcu
los registrados, explicitando, assim, seu
raciocínio. )
d) Calcule a massa de carbonato de cálcio,
em gramas, que reagirá completamen
te com a quantidade de H2S04 calculada
em (c). (Deixe seus cálculos registrados,
explicitando, assim, seu raciocínio.)
031. (UFSCAR-2000) Um homem exala cerca de
25 mols de dióxido de carbono por dia em
sua respiração. ° acúmulo de dióxido de
carbono em recintos fechados pode tornar
impossível a sobrevivência de seres vivos,tornando-se necessário controlar seu nível
no ambiente. Durante a primeira viagem debalão sem escala ao redor da Terra, realiza
da em 1999, o nível de dióxido de carbono
na cabina do balão foi controlado pelo uso
de hidróxido de lítio sólido. No processo,
ocorre reação entre o hidróxido de lítio e odióxido de carbono, formando carbonato
de lítio sólido e água como produtos.
a) Escreva a equação balanceada da rea
ção entre hidróxido de lítio e dióxidode carbono.
b) Calcule a massa de hidróxido de lítio
(massa molar = 24 g/mol), necessária
para reagir com todo o dióxido de car
bono exalado na respiração de um ho
mem durante um dia. Suponha que a
reação de absorção do dióxido de carbono ocorra com 100% de rendimento.
QUÍMICA PARA o ENSINO MÉDIO 165
•
capítulo
Introdução àstransformações.~, .q Imlcas
os materiais podem sofrer várias
transforma ões que têm sido usadas pelohomem, ao longo de sua história, para produzirnovos materiais, conservar alimentos, obter ener
gia, combater doenças para melhorar a qualidade
e aumentar a expectativa de vida da espéciehumana.
Figura 6-1: Os materiais sofrem transformações, como oalumínio, que é resultado da transformação da bauxita.
Figura 6·2: O pintor Debret retratou como o fogo foi uminstrumento importante para os povos indígenas, pararealizar transformações nas substâncias.
Na história da humanidade, a construção
dos primeiros instrumentos e ferramentas envolveu a transformação de pedaços de rochas errobjetos para uso cotidiano. O uso do fogo teveprovavelmente, um grande impacto no modo o;õvida dos povos primitivos.--------------
Como reconhecer umatransformação química?
Nesta atividade, vamos discutir alguns fenô
menos, com o objetivo de analisar as caracteristi
cas dos materiais antes e depois da transformação
que sofreram, de modo a evidenciar a ocorrência ou
não de reações químicas.
Vamos trabalhar com algumas reações químicas, caracterizando o sistema inicial - antes da
transformação - e o sistema final - depois da
transformação. Esta atividade tem a finalidade de
reconhecer que evidências permitem dizer que
uma reação química ocorreu. Procuramos eviden
ciar a produção de novos materiais.
QUÍMICA PARA o ENSINO MÉDIO 133
Figura 6-4: A queima do papel é acompanhada de evidências de que o fenômeno da combustão está ocorrendo.
Neste capítulo, estudaremos alguns aspectosdas transformações químicas, começando por discutir como reconhecê-Ias por meio de evidências.
Figura 6-3: A extração de corantes vegetais envolve trans
formações.
Apesar de saber transformar todos essesmateriais, apenas recentemente o homem conse
guiu formular explicações gerais que permitiramsistematizar o conhecimento sobre essastransfor
mações, de modo a organizá-Ias em algumas classes de fenômenos. Assim, a queima de materiaiscombustíveis, a obtenção de metais e a produçãode bebidas, inicialmente consideradas como fenômenos diversos, constituem, atualmente, uma úni
ca classede transformações: as reações químicas.
Pode-se reconhecer uma transformação
por meio de suas evidências macroscópicas, que
normalmente são algum tipo de alteração queocorre no material e que, muitas vezes, nos indica que está havendo transformação. Assim,quando queimamos um pedaço de papel, temosuma série de evidências de que o fenômeno dacombustão está ocorrendo: a chama, a produçãode cinzas, a liberação de fumaça, etc.
Inicialmente usado para cozinhar os ali
mentos e proteger do frio, tornou-se, com o passar dos tempos, um importante instrumento de-ransformação da natureza. As tribos que soubessem obtê-Io e usá-Io certamente teriam vantagem
sobre outros grupos. Com o uso do fogo, o homem chegou à obtenção de metais, o que permi+iu a fabricação de objetos resistentes e duráveis,como ferramentas, armas e utensílios domésticos.
Além da obtenção de utensílios, outrasransformações são conhecidas há muitos sécu
os, como aquelas envolvidas na fabricação debebidas, na conservação de alimentos, na extra
ção de corantes vegetais no tratamento de pelesde animais, etc.
03. Há alguma evidência de que ocorreu uma
transformação?
04. Você seria capaz de identificar que novassubstâncias foram formadas?
05. Se você determinasse a massa (mi) do sis
tema inicial (solução de ácido clorídrico e
zinco separados) e a massa (mf) do sistema
final, depois que a transformação se com
pletou, você acha que mi seria maior, menor
ou igual a mf? Justifique.
Qó, Se a reação tivesse se passado em um sis
tema fechado, por exemplo, num tubo de
ensaio fechado com uma rolha, sua respos
ta ao item Q5 seria a mesma? Justifique.
A queima de uma fita de
magnésio ()""- (' __I \\11C-\ ~-) \\1\[10'o) (\ '- "Material
Lamparina, fita de magnésio e garra de madeira.
ZnHCI
[A1] Adicione a solução de ácido clorídrico, em
uma concentração de 1 mol/L, até a altura
de 1/3 de um tubo de ensaio.
[A2] Coloque, no tubo com ácido clorídrico, um
pedaço de zinco.
Figura 6-5: Solução de ácido clorídrico e pedaços de zinco. Cuidado ao manipular o ácido clorídrico, pois ele é cor
rosivo. Não respire seus vapores!
»> O que fazer
Material
Um tubo de ensaio, pedaços de zinco (peque
nos) e ácido clorídrico (Cuidado ao manipular oácido clorídrico, pois ele é corrosivo. Não respire os vapores. No caso de contato com a pele,lave com água em abundância).
__ A reação entre ácidoclorídrico e zinco
i~
\
,.-",
~~___iõ'
--..l.
Figura 6-6: Fita de magnésio.
» Questões
o1. Descreva as características macroscópicas do
sistema inicial (solução de ácido clorídrico e
pedaço de zinco separados) antes da imer
são do zinco na solução.
02. Descreva as características macroscópicas do
sistema quando você adicionou o zinco à
solução de ácido clorídrico.
»> O que fazer
[A3} Segure uma fita de magnésio com uma garra
e aproxime-a da chama de uma lamparina
seguindo as orientações de precaução. Nesse
procedimento, você deve tomar muito cui
dado: procure utilizar o material de prote
ção adequado para realizá-lo. Se possível,use luvas e óculos de proteção.
134 QUÍMICA PARA o ENSINO MÉDIO
...•> .>
I
HCI NaOH
___ A reação entre soluções deácido clorídrico e hidróxido de sódio
na presença de fenolftaleína
Material
Solução de hidróxido de sódio 5 mol/L, solução alcoólica de fenolftaleína, solução de ácidoclorídrico 5 mol/L e um tubo de ensaio.
Figura 6-9: Soluções de ácido' clorídrico e de hidróxido desódio e fenolftaleína.
Figura 6-8: Soluções de ácido clorídrico e hidróxido desó dia.
» Ouesto
o 1 Descrevaas características do sistema inicial
(solução de ácido clorídrico e solução dehidróxido de sódio) antes da transformação.
HCI NaOH fenolftale -
02 Descreva as características do sistema apósa adição da solução de ácido clorídrico àsolução de hidróxido de sódio.
02 Há alguma evidência de que está ocorrendouma transformação?
02 Você seria capaz de identificar que novassubstâncias foram formadas?
Se você determinasse a massa (mü do sistema inicial (solução de hidróxido de sódio esolução de ácido clorídrico separados) com amassa (mf) do sistema final, depois que atransformação se completou, você acha quemi seria maior, menor ou igual a mf? Justifique.
Q} Se a reação tivesse se passado em um sistema fechado, por exemplo, num tubo deensaio fechado com uma rolha, sua resposta ao item Q23 seria a mesma? Justifique .
••• :> 136 QUÍMICA PARA o ENSINO MÉDIO
»> Oque fazer
AS Coloque a solução de hidróxido de sódio ::mol/L até 1/4 do tubo de ensaio.
A9 Adicione, ao mesmo tubo, 2 gotas de solução alcoólica de fenolftaleína.
AIO Em seguida, adicione solução de ácido clorídrico 5 mol/L ao mesmo tubo, até dobrar volume da solução.
» Ouestões
025. Descreva as características do sistema inicial
(solução de hidróxido de sódio, solução de
feno lftaleína e solução de ácido clorídrico)antes da transformação.
026. Descreva as características do sistema quan
do você adicionou gotas da solução de ~nolf
taleína à solução de hidróxido de sódio.
027. Há alguma evidência de que está ocorrendo
uma transformação?
028. Você seria capaz de identificar que novassubstâncias foram formadas?
029. Descreva as características do sistema quando você adicionou a solução de ácido clorí
drico à solução de hidróxido de sódio con
tendo gotas da solução de fenolftaleína.
030. Há alguma evidência de que está ocorrendouma transformação?
031. Você seria capaz de identificar que novassubstâncias foram formadas?
As evidências garantem queocorreu uma transformaçãoquímica?
Na atividade 1, realizamos alguns experimentos
nos quais o estado final de alguns sistemas eradiferente do estado inicial. Tivemos a o ortunidade
de observar, nos diferentes sistemas com que tra
balhamos, a produção de gases, a produção de luz,
a formação de precipitado, a liberação de calor e a
mudança de cor.
Essas modificações são evidências de que ocor
reu a produção de novos materiais naqueles sis
temas. Por isso, podemos inferir que, provavel
mente, aconteceu uma transformação ou reação
química em cada um desses sistemas. Ao trabalhar
com evidências, no entanto, sempre pode haver dú
vidas se houve realmente um~ transformação química.
A existência de uma evidência garante que
houve produção de novos materiais numa transfor
mação qualquer?
Poderiam ocorrer reações sem uma modificaçãoobservável no sistema?
I
r
II
Figura 6-10: Evidências de transformação.
Evidências de transformação
Nesta atividade, vamos aprofundar um poucoessa discussão com a finalidade de delimitar melhor
o papel das evidências na identificação das reaçõesquímicas.
QUÍMICA PARA o ENSINO MÉDIO 137
/
Material
Água, refrigerante, sal de cozinha, açúcar, um
comprimido efervescente e três copos.
()
Figura 6-11: Materiais que você utilizará nessa atividade.
»> O que fazer
A11 Vamos trabalhar com os seguintes sistemas:
a) sal de cozinha e água; b) refrigerante e
açúcar; c) água e comprimido efervescente.
Construa uma tabela, para todos os siste
mas, com as caracteristicas dos componentes
no estado inicial, os registros das observa
ções durante as transformações que ocorrerão e as características no estado final de
cada sistema.
A12 Identifique os copos com os números 1, 2 e 3.Adicione 20 mL de água nos copos 1 e 3 e
20 mL de refrigerante no copo 2.
A13' Adicione uma colher (de chá) de sal ao copo
1, uma colher de açúcar ao copo 2 e meio
comprimido efervescente ao copo 3.
>
Ao observar as transformações ocorridas, que
diferenças podem ser reconhecidas entre ossistemas 1, 2 e 3?
O gás liberado nos sistemas 2 e 3 já existiaem cada um dos sistemas iniciais?
Nos sistemas observados, houve produção denovo material? Em caso afirmativo, como se
pode evidenr.iar esse fato?
138 QUÍMICA PARA o ENSINO MÉDIO
Comentários
No sistema 1, ao adicionarmos sal de cozinha
em água, há formação de uma solução aquosa, com
algumas características diferentes dos materiais
iniciais. Por exemplo: a solução de sal de cozinha
é boa condutora de eletricidade, o que não ocorre
com a água e o sal sólido separadamente.
Figura 6-12: A adição de sal à água forma uma soluçãocondutora.
No sistema 2, ao adicionarmos açúcar ao refri
gerante, observa-se um grande desprendimento de
gás. Esse gás, no entanto, já estava presente nosistema inicial, dissolvido no líquido do refrige
rante. Você já deve ter observado bolhas de gás que
se desprendem quando transferimos o refrigerante
de uma garrafa para um copo, ou quando abrimos
um refrigerante quente. A adição do açúcar apenas
acelera a liberação do gás. Uma outra forma de li
berar o gás, só que mais lentamente, é deixar o
refrigerante aberto por muito tempo. Sob aqueci
mento, o gás também é liberado mais rapidamente.
Figura 6-13: A adição do açúcar acelera a liberação do gásjá existente no refrigerante.
~!I
Figura 6-75: O aparecimento da caseína é uma evidência
de que ocorreu uma transformação.
Esses tipos de evidências são formas simples e
diretas de reconhecimento de reações químicas e
podem envolver um ou mais dos seguintes fenô
menos: a formação de gases, a mudança de cor,a formação de sólido, a liberação ou absorçãode energia na forma de calor, a liberação deeletricidade ou luz, etc. Não podemos ter certeza,
no entanto, de que ocorreu uma reação química
baseados apenas nessas evidências. Uma forma
mais segura de obter informações sobre a natureza
de uma transformação é o isolamento dos materi
ais obtidos, seguido da determinação de algumas
de suas propriedades, como as temperaturas de
fusão e de ebulição, a densidade, etc.
A constatação de que essas propriedades são
diferentes daquelas dos componentes do sistema
inicial é uma forma mais segura de comprovar a
ocorrência de reações químicas. Na prática, esse
último procedimento só é usado quando trabalha
mos com reações desconhecidas, para as quais não
se tem certeza sobre a natureza dos produtos. O
conhecimento das evidências de reações químicas é
uma ferramenta empírica poderosa que ajuda os
químicos a ganhar tempo na caracterização das
transformações.
A dissolução de açúcar em água e as mudanças
de fase da água são exemplos de fenômenos em
que ocorrem transformações do estado físico no
lação da caseína do leite, usando coalho, o apare
cimento de coágulos do leite também é evidência
de que ocorre reação.
o reconhecimento de reações qmmlcas está
relacionado à presença de evidências que permitem
diferenciar o estado final quando comparado ao
estado inicial do sistema. Dentre os exemplos estu
dados, uma das evidências foi a produção de gás.
Há várias outras evidências para o reconheci
mento de reações químicas. Por exemplo, na coagu-
As vid'"ncias e or conhecimento deeaç ~es químicas
Se você evaporar a água do sistema 3 no seu
estado final, é possível obter novamente omaterial do comprimido?
Esse material produziria efervescência ao
ser colocado na água?
_-o sistema 3, ao adicionarmos o comprimido
=... scente à água, libera-se gás. Esse gás, no
~-to, não estava presente nem no comprimido
=- na água, mas foi produzido pela interação do
- _rimido com a água. Esse tipo de transfor--=~-o, em que materiais não existentes inicial-
=....e no sistema são produzidos, é chamado de
-=;ão química ou transformação química. A evi
_==-ciapara essa reação é a produção de gás.
=gura 6-74: Nesse sistema, o gás não estava presente, mas
=:; formado pela interação da água com o comprimido.
QUÍMICA PARA o ENSINO MÉDIO 139
qual o material se encontra. Uma caracteristica
comum a esses dois fenômenos é que não há pro
dução de novos materiais. Além disso, é possívelobter novamente o material no seu estado inicial.
Ou seja, é possível obter a água no estado liquido
pelo resfriamento do vapor e obter o açúcar no es
tado sólido pela evaporação do solvente.
Figura 6-16: Numa translormação de estado lísico não háformação de novo material.
A outra classe de fenômenos que observamos
são as reações químicas. Nesse caso, há formação
de novos materiais. Quando as reações são irrever
síveis, a exemplo das que foram estudadas, não é
possível obter novamente os materiais iniciais. Em
reações reversíveis, isso é possível.
Concluindo, as reações químicas são geral
mente acompanhadas de transformações físi
cas, que permitem evidenciar sua ocorrência. O
que podemos reconhecer são as transformações
físicas, pois não há uma evidência direta de
que o fenômeno ocorrido caracteriza uma rea
ção química. É o nosso conhecimento empírico
acumulado que permite identificar, por meio
dessas transformações físicas, os casos em que
há produção de novos materiais e, portanto,
reações químicas.
140 QUÍMICA PARA o ENSINO MÉDIO
» O p~tões
Dos fenômenos relacionados a seguir, quais
podem ser classificados como re'ações quími
cas? Justifique, descrevendo os estados inicial e final para cada caso e citando as evidências.
a) Dissolução de KMn04 em água.
b) Mistura de tinta azul com tinta amarelapara produzir tinta verde.
c) Fusão da naftalina.d) Formação de ferrugem.
e) Mistura de soluções bastante diluídas deNaOB e BCl.
f) Queima de uma vela.
Q3 Com base nas respostas da questão anteriore nas características das transformações dis
cutidas, responda às perguntas que foram
feitas na introdução desta atividade:
a) A existência de uma evidência garante
que houve produção de novos materiaisnuma transformação qualquer? Justifique
sua resposta.
b) Poderiam ocorrer reações sem uma modificação observável no sistema? Justifique
sua resposta.
A massa é conservada nasreações químicas?
Vamos investigar algumas características -=
duas reações químicas diferentes. Nosso objetivo ;;
verificar se a massa do estado inicial é igual à mas
sa do estado final ou diferente dela. A noção c;;
conservação da massa é importante para a dis
cussão do tipo de transformação envolvida nur:;:.;;
reação química, já que só podemos analisá-la :_
meio da caracterização do que se conserva durar-=
essa transformação - sua identidade.
Sem essa identidade, seria impossível perceJ:=..
que o sistema, depois da transformação, tem at
ma relação com o sistema antes dela. Você, _
exemplo, nunca é a mesma pessoa todos os cI..E.:
:;:ois está se transformando constantemente, seja:isica ou mentalmente. Seus familiares e amigos,::0 entanto, são capazes de reconhecê-lo(a) como a:::lesmapessoa, mesmo que fiquem algum tempo.:emvê-lo(a). Isso é possível porque algo se conser~ u na sua aparência, apesar das mudanças. A:ientidade é uma característica fundamental de
:odos os sistemas que estão em transformação.
Nas reações químicas, como em qualquer outra::ransformação, também se observa essa caracterís":ca. Algumas características permanecem cons:antes durante o .processo, enquanto outras mu::amoAté agora enfatizamos as mudanças que ocor:em num sistema reagente. Agora, vamos começar~ nos preocupar com O que se conserva.
A reação do bicarbonato de# dio com o ácido clorídrico
Vamosestudar uma transformação química queenvolve a interação entre o bicarbonato de sódio• aHC03) e o ácido clorídrico (HC1)para compreen
::er o que ocorre com a massa total antes e após a:eação ocorrer. Observemos esse fenômeno em um. tema aberto e em um sistema fechado.
eação em sistema abertoateriais
Bicarbonato de sódio, garrafa PETde 600 mL,ª-cidoclorídrico 5 mol/L, balança, béquer de 50 mL,_ bo de ensaio e uma espátula ou colher de so:::remesa.
»> O que fazer
A14 Transfira aproximadamente 2,0 g (duas colheres de sobremesa) de bicarbonato de sódio para uma garrafa PET de 600 mL; emseguida, adicione 40 mL de água.
A1S Transfira, com cuidado, 5 mL de ácido clorídrico 5 mol/L para um béquer de 50 mL.
A16 Pese o béquer juntamente com a garrafa PET
e anote o valor da massa (mpET + mbéquer).
A17 Transfira o ácido para o garrafa PETe aguarde até a reação se completar.
Figura 6-17: Materiais de que você vai precisar nesseexperimento.
A1S Pese novamente todo o conjunto (mpET +mbéquer) e anote o valor da massa encontrada. (Obs.: Anote também os valores obtidospelos outros grupos.)
A19 Construa uma tabela com os dados obtidos
por todos os grupos da classe, com massa(em gramas) do sistema antes e depois dareação.
A reação em sistema fechado
»> O que fazer
A20 Repita o mesmo procedimento indicado noitem A14. Em seguida, proceda da seguinteforma:
A21 Transfira, com cuidado, 5 mL de ácido clorídrico 5 mol/L para um tubo de ensaio pequeno.
A22 Introduza o tubo na garrafa PET, de modoque o ácido não escoe entrando em contatocom a água com bicarbonato. Em seguida,tampe a garrafa firmemente.
A23 Pese o conjunto e anote o valor da massainicial do sistema (mj).
A24 Incline a garrafa PET,de modo que o ácidoescoe lentamente; após a reação ter se processado, pese novamente o conjunto e anote o valor da massa final do sistema (mf).
QUÍMICA PARA o ENSINO MÉDIO 14' .
:> :> :>.A25 Construa uma tabela com os dados obtidos
por todos os grupos da classe, com a massa
(em gramas) do sistema antes e depois da
reação.
Figura 6-18: Veja como o tubo de ensaio deve ficar dentroda garrafa PET para evitar o contato entre as duassoluções.
Que evidências permitem afirmar que ocor
reram reações químicas?
Compare os valores obtidos para as massas do
sistema, antes e depois da reação, nos dois
casos (sistemas aberto e fechado). O que vocêpode constatar?
A que você atribui a diferença observada?
Com os dados de sua tabela, é possível afir
mar que a massa se conserva numa reaçãoquímica?
142 QUÍMICA PARA o ENSINO MÉDIO
A reação entre hidróxidode sódio (soda cáustica) e sulfatode cobre
Materiais
Solução de NaOH, solução de CUS04, balança,
dois béqueres de 50 mL, dois bastões de vidro e colher de chá.
Figura 6-19: Materiais de que você vai precisar nesseexperimento.
»> O que fazer
[A26 Prepare uma solução de soda cáustica emum béquer de 50 mL (NaOH - Cuidado!), dissolvendo uma colher de chá de soda cáusti
ca em 25 mL de água. Agite o sistema utilizando um bastão de vidro ou a colher.
A27' Prepare uma solução de sulfato de cobre
(CUS04) no outro béquer de 50 mL, dissol
vendo uma colher (de chá) de sulfato de
cobre em 25 mL de água. Agite o sistema utilizando um bastão de vidro ou a colher.
A28 Pese os dois béqueres contendo as soluções,
juntos, e obtenha a massa inicial do sistema
(mü·
"A34 Construa uma tabela com os dados obtidos
por todos os grupos da classe, com a massa
(em gramas) do sistema antes e depois da
reação.
Figura 6-20: Materiais de que você vai precisar nesseexperimento.
04 Que evidências permitem afirmar que ocor
reu uma reação química?
Q4 Com os dados da sua tabela, é possível afir-mar que a massa conserva-se numa reação
química? Como você explica os dados obtidos?
o Comparando os valores obtidos para as mas
sas dos sistemas, antes e depois da queima,o que se pode constatar? Você esperavaobter esse resultado?
A queima de lã de aço
Que evidências permitem afirmar que ocor
reu uma reação química?
Comparando os valores obtidos para as mas
sas do sistema, antes e depois da reação, o
que se pode constatar? Você esperava obteresse resultado?
Com os dados da sua tabela, é possível afir
mar que a massa é conservada numa reação
química?
• Compare essa reação com a anterior (entre o
bicarbonato de sódio e o ácido clorídrico).Por que não foi necessário usar um frasco fe
chado para constatar a conservação de mas
sa na reação do sulfato de cobre com a sodacáustica?
Transfira, lentamente, a solução de sulfato
de cobre para o frasco contendo soda cáus
tica, agitando a solução resultante com umbastão de vidro.
Torne a pesar os dois frascos após a reação
se completar e obtenha a massa final do sistema.
Construa uma tabela com os dados obtidos
por todos os grupos da classe, com a massa
(em gramas) do sistema antes e depois dareação.
lestõ
Materiais
Pedaço de lã de aço, um béquer de 250 mL,
balança e fósforo.
»> Oque fazer
A32" Coloque um pedaço de lã de aço no béquerde 250 mL. Pese o sistema e anote a massa
inicial do sistema.
[A33J Utilizando fósforos ou um isqueiro, queimea lã de aço dentro do béquer. Procure quei
mar o material completamente. Pese novamente o sistema e anote a massa final do
sistema.
Q!) Complete a seguinte afirmação: nA massa se
conserva nas reações químicas ... ", de modo
que ela possa exprimir uma conclusão obtida com as três reações estudadas nestaatividade.
QUÍMICA PARA o ENSINO MÉDIO 143
A massa é conservada nasreações químicas?
É comum a idéia de que objetos, ao serem
queimados, ficam mais leves. Isso se deve ao fato
de lidarmos, em nosso cotidiano, com um grande
número de combustões que envolvem produtos
gasosos. Por exemplo, o etanol (C2H50H) tem
como produtos de sua queima gases como dióxido
de carbono (C02) e vapor de água, entre outros.
Figura 6-21: Como
algumas combustões produzem gases, é comum ter
mos a idéia de quecom a queima osobjetos ficam mais"leves".
Se a reação ocorre em sistemas abertos, esses
gases fIcam dispersos na atmosfera. Ao contrário
do que ocorre com uma vela ou um pedaço de
pa'1A (ujos produtos também incluem substâncias
;asosas, a lã de aço, ao ser queimada, tem sua mas"a aumei'tada.
A maioria das combustões envolve a partici
pação c'o oxigênio (02), chamado comburente. Os
P1'"Od •.t0~ formados terão, em sua composição, áto
mus de oxigênio; por exemplo: CO2,H20, CuO, FeO,
Fe203, 'te. Como o óxido de cobre e os óxidos de
ferro SdO sólidos, com elevadas temperaturas de
- são, a temperatura que se atinge durante a
queima da lã de aço ou de um fio de cobre não é
suficiente para volatilizá los. Já o dióxido de car
bono é uma substância gasosa e a água pode ser
facilmente vaporizada. Assim, ambos são desprendidos para a atmosfera.
144 QUÍMICA PARA o ENSINO MÉDIO
Figura 6-22: Em alguns casos, a massa do sistema aumerta com a combustão.
Deve-se observar que a queima do papel e c.:.
vela, assim como a queima da lã de aço, não cor,
traria a conservação da massa nas reações quírnl
caso A soma das massas dos reagentes é igual =.
soma das massas dos produtos, mas nesse caso s:podemos constatar a conservação de massa em sis
temas fechados, pois nessas reações estão envolv:.
das substâncias gasosas, sejam como reagentes 0_
como produtos.
° fato de que a massa é conservada nas reaçõe~
químicas é importante para podermos, mais ad:
ante, representar as reações por equações usand::
símbolos químicos. A conservação da massa é um=.
forte evidência a favor da idéia de que nas reaçõ~
químicas a matéria não é criada nem destruída
mas apenas se transforma por meio do rearran'
dos átomos que a constituem. Lavoisier (1743
1794), ao anunciar esse princípio, teria dito que "I1ê.
natureza nada se perde, nada se cria, tudo setransforma".
Para representarmos as reações químicas por
meio de equações, temos que usar fórmulas quími
cas e símbolos para indicar os reagentes e os pro
dutos da reação.
Os símbolos dos elementos nos permitem re
presentar as substâncias por fórmulas moleculares,
que indicam, normalmente, os elementos partici
pantes na composição da substância e a proporção
A representação das reaçõesquímicas
Essa conclusão é importante porque limita que
produtos podem ser esperados de uma reação. O
ideal dos alquimistas - obter ouro, submetendo
enxofre e mercúrio a várias transformações - é
impossível, pois as substâncias simples mercúrio e
enxofre são formadas por átomos de elementos
diferentes daqueles que formam a substância sim
ples ouro. Eles não são constituídos por átomos do
mesmo tipo. Por outro lado, essa interpretação de
que os átomos são conservados numa reação quími
ca não proíbe que se possa tentar obter, a partir do
açúcar comum (sacarose), diamante e água. Afinal,
açúcar é constituído por átomos de carbono, hi
drogênio e oxigênio; o diamante, por átomos de
carbono; e a água, por átomos de oxigênio e hi
drogênio. Se essa reação não acontece é porque há
outras limitações impostas às reações químicas,
que são relacionadas com as mudanças na energia do sistema quando esse é transformado e com
a velocidade com que a reação se processa. Nas
atividades seguintes, vamos estudar alguns desses
fatores para entender um pouco melhor as reações
químicas. Uma resposta mais completa a essas
questões será fornecida em capítulos posteriores.
=-;;ura 6-23: Lavoisier ao enunciar o princípio de conser
ação da massa teria dito que "na natureza nada se perde,-ada se cria, tudo se transforma".
É por isso que a conservação da massa talvez
:eja a principal via para passarmos do nível fenome
::-.ológico, em que podemos observar as transfor
~ações, para o atômico-molecular, em que nos
-ralemos de modelos para tentar explicar o que está
:correndo. As idéias que utilizamos para justificar
"",orque a massa se conserva nas transformações -nada saiu e nada entrou no frasco", "não se acres
:entou nem se tirou nada" - podem ser reinterpre:adas em termos atômico-moleculares. Assim, "não
entrou nem saiu nada" pode ser traduzido para "os
átomos presentes no sistema inicial são os mesmosresentes no sistema final". Ao fazer essa "tradu
;ão", estamos estabelecendo relações entre as cons
:atações sobre a conservação (ou não) da massa eo que isso significa, em nível atômico-molecular,
para a conservação dos átomos.
Uma importante conseqüência desta conclusão
- a massa se conserva porque os átomos dos elementos químicos envolvidos na transformaçãose conservam - é que ela nos dá uma indicação do
tipo de transformação que um determinado mate
rial pode sofrer. Assim, esperamos que os produtos
da reação de combustão da vela serão gás carbôni
co (C02) e água (H20), entre outros, porque a vela
é produzida a partir de uma substância, cons
tituída por átomos de carbono e hidrogênio, que
reage com o oxigênio do ar na combustão. Assim,
os elementos que constituem os reagentes e os
produtos são os mesmos (carbono, hidrogênio e
oxigênio).
QUÍMICA PARA o ENSINO MÉDIO 145