QUI109 – QUÍMICA GERAL (Ciências Biológicas)

4ª aula / 2016-2

(disponível em: http://professor.ufop.br/mcoutrim)

Prof. Mauricio X. Coutrim

REAÇÃO EM SOLUÇÃO AQUOSA São reações envolvendo compostos iônicos

Exemplo: dissolução de calcário (formação de estalactites)

CaCO3(s) + H2O(L) + CO2(aq) Ca(HCO3)2(aq)

A água (composto não iônico) é um bom solvente para compostos

iônicos (os íons ficam solvatados e conduzem corrente elétrica).

REAÇÃO EM SOLUÇÃO AQUOSA

Formação de eletrólito (compostos iônicos) em água

Soluções com eletrólitos conduzem eletricidade

Reações de precipitação (formam produtos insolúveis)

Pb(NO3)2(aq) + 2 KI(aq) PbI2(s) + 2 KNO3(aq)

AgNO3(aq) + KCl(aq) AgCl(s) + KNO3(aq)

= precipitado

Reações de dupla troca (produtos = troca de íons dos reagente)

CaCl2(aq) + Na2CO3(aq) CaCO3(s) + 2 NaCl(aq)

Equação iônica:

Ca2+(aq) + 2Cl-

(aq) + 2Na+(aq) + CO3

2-(aq) CaCO3(s) + 2Na+

(aq) + 2Cl-(aq)

Ca2+(aq) + CO3

2-(aq) CaCO3(s)

REAÇÃO EM SOLUÇÃO AQUOSA

FORMAÇÃO DE

PRECIPITADO:

Compostos iônicos

que formam

precipitado em

água

REAÇÃO EM SOLUÇÃO AQUOSA

A tendência para o solvente aceitar ou doar prótons determina a

força do soluto (ácido ou base) dissolvido

Ácido forte (totalmente dissociado) e fraco (parcialmente dissociado)

Conceito ácido/base de BrØnsted e Lowry (compostos iônicos)

Ácido: doa próton / Base aceita próton

Base conjugada: espécie formada após a doação do próton

Ácido conjugado: espécie formada com o próton doado pelo ácido

REAÇÃO EM SOLUÇÃO AQUOSA Reações de neutralização (ácido / base)

Um ácido e uma base formam um sal e água

HCl(aq) + NaOH(aq) NaCl(aq) + H2O(L)

Mg(OH)2(s) + 2 HCl(aq) MgCl2(aq) + 2 H2O(L)

Mg(OH)2(s) + 2 H+(aq) Mg2+

(aq) + 2 H2O(L) (equação iônica simplificada)

Com formação de precipitado

H2SO4 + Ba(OH)2 BaSO4(s) + 2 H2O(L)

Com formação de gás

HCl(aq) + NaHCO3(aq) NaCl(aq) + H2CO3 H2O(L) + CO2(g)

antiácido

REAÇÃO EM SOLUÇÃO AQUOSA

Reações de oxidação e redução

São reações que ocorrem com transferência de elétrons

(muitas dessas reações envolvem compostos iônicos)

Oxidação: perda de elétrons por uma substância

Redução: ganho de elétrons por uma substância

Fe(s) + 2 H+(aq) Fe2+(aq) + H2(g)

Fe é oxidado (perde elétrons, aumenta a carga: 0 +2)

H+ é reduzido (ganha elétrons, diminui a carga: +1 0)

REAÇÃO EM SOLUÇÃO AQUOSA Reações de oxidação e redução

Número de oxidação (nox) é carga do átomo (monoatômico, no

composto ou no íon) Regras

1) Átomo elementar: nox = 0 (Ex. H2, Fe, O2, P, etc)

2) Íon monoatômico: nox = carga (Ex. Cl- nox = -1, Al3+ nox = +3)

3) Íons oxigênio: geralmente nox = -2 (nos peróxidos nox = -1: H2O2)

4) Íon hidrogênio: geralmente nox = +1 (nos hidretos nox = -1: NaH)

5) Íons halogênios: F- (sempre nox = -1) e demais (nox -1 ou positivo)

6) A soma do nox de todos os átomos em

1) Composto neutro = nox = 0

2) Íon poliatômico = carga do íon (NO3- nox = -1, CO32- nox = -2, etc)

REAÇÃO EM SOLUÇÃO AQUOSA

Reações de oxidação de

metais em solução aquosa

(reação de deslocamento)

Fe(s) Fe2+(aq) + 2é

Na tabela são mostradas as semi reações dos

metais

2 H+(aq) + 2é H2(g)

Fe(s) + 2 H+(aq) Fe2+(aq) + H2(g)

REAÇÃO EM SOLUÇÃO AQUOSA A série de atividade dos metais ajuda a prever as reações

(somente metais com atividade maior que o H reagem com ácidos)

Fe(s) + 2 H+(aq) Fe2+(aq) + H2(g)

Metais mais reativos: alcalinos e alcalinos terrosos

Metais menos reativos: de transição família 10 e 11 (8B e 1B)

Observe que:

Cu(s) + 2 Ag+(aq) Cu2+

(aq) + 2 Ag(s)

Cu 2+(aq) + 2 Ag(s) (não ocorre / Cu não oxida Ag)

Questão: Cloreto de ferro (II) em solução oxidará magnésio metálico? Escreva as equações molecular e iônica.

FeCl2(aq) + Mg(s) MgCl2(aq) + Fe(s) // Fe2+(aq) + Mg(s) Mg2+

(aq) + Fe(s)

Tabela periódica

REAÇÕES / Estequiometria Reação de combinação ou composição

Muitas reações de combinação são de oxidação / redução

2 Mg(s) + O2(g) 2MgO(s)

REAÇÕES / Estequiometria Reação de combustão (são reações rápidas que produzem chama)

C8H18(L) + O2(g) 8CO2(g) + 9H2O(L)

As reações de Combustão são de oxidação / redução

REAÇÕES / Estequiometria

Reação de decomposição

Muitas reações de decomposição são de oxidação / redução

REAÇÕES / Estequiometria

Reação de decomposição da azida de sódio

(usada para inflar airbag)

Muitas reações de decomposição são de oxidação / redução

2 NaN3(s) 2 Na(s) + 3 N2(g)

CONCENTRAÇÃO DE SOLUÇÕES Concentração Molar

CONCENTRAÇÃO DE SOLUÇÕES (meio tomado em volume)

Concentração Molar (molaridade): no mols de soluto /

volume de solução (L). Unidade = mol.L-1.

Questão: Qual a concentração molar de 3,50 L de solução aquosa de

etanol (C2H5OH, MM = 46,07 g.mol-1) contendo 2,30 g de

soluto?

Resposta: 0,0143 mol.L-1 = 1,43.10-2 mol.L-1 (em notação científica).

ATENÇÃO! DAQUI ATÉ O FINAL SÃO

EXERCÍCIOS COMO

ATIVIDADE EXTRA SALA

CONCENTRAÇÃO DE SOLUÇÕES Concentração Molar de Eletrólito

Questão: Quais as concentrações dos íons em uma solução aquosa

de 0,025 mol.L-1 de nitrato de cálcio?

Tem-se que: Ca(NO3)2(aq) 2 NO3-(aq) + Ca2+

(aq) Então: [Ca(NO3)2] = [Ca2+] = 0,025 mol.L-1; [NO3

-] = 2 x 0,025 mol.L-1 = 0,50 mol.L-1.

Questão: Qual a concentração de íon K+ em uma solução aquosa de

0,015 mol.L-1 de carbonato de potássio?

Tem-se que: K2CO3(aq) 2 K+(aq) + CO3

2-(aq)

Então: [K2CO3] = [CO32-] = 0,015 mol.L-1; [K+] = 2 x 0,015 mol.L-1 =

0,030 mol.L-1.

CONCENTRAÇÃO DE SOLUÇÕES Concentração Molar em Diluições

Questão: Qual o volume, em mL, de H2SO4 3,00 mol.L-1 necessário para

preparar 450 mL de uma solução de H2SO4 0,10 mol.L-1 ?

Primeiramente encontra-se quantas vezes que a solução a ser preparada é mais diluída que a inicial (fator de diluição - Fd)

Fd = 3,00 / 0,10 = 30 vezes. Assim, tem-se que o volume da solução mais concentrada será 30

vezes menor que o volume da solução a ser preparada. Então, Vconc = 450 / 30 = 15 mL (H2SO4 3,00 mol.L-1) para preparar

450 ml (Vdil) de H2SO4 0,10 mol.L-1 .

CONCENTRAÇÃO DE SOLUÇÕES Concentração Percentual (Teor)

Partes por milhão (ppm) e Partes por bilhão (ppb)

Cppm = [(massa soluto / massa solução) x 106] ppm

Aproximação quando r ~ 1,00 g.cm-3, então:

Questão: Qual é a molaridade do K em uma solução que contém 63,3 ppm de K3Fe(CN)6 (MM = 329,3 g.mol-1)?

Resposta: 5,77.10-4 mol.L-1

CONCENTRAÇÃO DE SOLUÇÕES Um problema desafiador

1. Sulfato de alumínio é frequentemente utilizado como um agente floculante

na purificação da água potável e nos resíduos de tratamento de água,

esgoto e na manufatura de papéis

(https://pt.wikipedia.org/wiki/Sulfato_de_alumínio, em 12out16). Uma

solução padrão foi preparada dissolvendo 2,3454 g desse sal para 1500,00

mL de água destilada. Determine a concentração, em mol.L-1, do sal e dos

íons presentes nessa solução expressando o resultado em notação científica

com todos os algarismos significativos. Considere a massa molar desse sal

igual a 342,15 g.mol-1.

MM (g/mol): Al2(SO4)3 = 342,15; Ba(NO3)2 = 261,34

CONCENTRAÇÃO DE SOLUÇÕES Outro problema desafiador

2. O sulfato de bário é um sólido cristalino branco, pouco solúvel em água e

utilizado para contraste artificial em exames radiográficos do sistema

digestivo. Considerando que haja precipitação de 100% do sulfato de bário

produzido na mistura de soluções de sulfato de alumínio com nitrato de

bário, calcule a massa do precipitado formado após a adição de 3,4505 g de

nitrato de bário em 800,00 mL da solução preparada anteriormente e

expresse o resultado em notação científica com todos os algarismos

significativos. Considere a massa molar do sal precipitado e do nitrato de

bário iguais a 233,39 e 261,34 g.mol-1, respectivamente.