Casos Particulares de Cálculos Estequiométricos


1° Caso – Reagente em Excesso

Este caso acontece quando dois reagentes são misturados não-estequiometricamente, de forma a haver excesso de um deles. É preciso descobrir o reagente em excesso e determinar a quantidade que efetivamente reage.

Exemplo: O trioxido de enxofre pode ser produzido pela reação do dióxido de enxofre com oxigênio molecular, na presença de catalisador. Se 128 g de dióxido de enxofre foram colocados em presença de 160g de oxigênio molecular, que quantidade de trioxido de enxofre será, teoricamente, possível obter?

Cálculos Estequiométricos

2° Caso: Grau de Pureza (Reagente Impuro)

Acontece quando a amostra da substância utilizada é afetada por uma certa porcentagem de impureza. Se a amostra de um determinado material tem 80% de pureza, por exemplo, só 80% da amostra reagem, ficando 20% restantes alheios a reação. Portanto, é com 80% do valor da amostra que vamos trabalhar. É comum acontecer em reações, por exemplo, quando o reagente é um mineral ou minério extraído da crosta terrestre.

Exemplo:
Seja a reação: CaC03(s) + H2S04(aq) –> CaS04(s) + CO2(g) + H2O(I). Partindo-se 8,0 g CaC03 com 80% de pureza, qual a massa de CaS04 formada?

Calculando o número de móis:

Resolução:
flmolO2 -> 32g i      n       -> 160g
Jl mol S02 -> 64g n      -> 128g
n = 2 móis SÓ,
n = 5 móis 02

Aleatoriamente com uma das quantidades de partida, monta-se uma regra de três, tentando resolver a substância em excesso:

Como o CaC03 tem 80% de pureza das 8,0 g de partida vão reagir. É essa quantidade que devemos utilizar:
í8,OgCaCO3   -> 100%
m            -> 80%
m = 6,4 CaC03 extraindo da reação, teremos:
1 mol SO2 -> -mol 02 x       -> 5molO2
x = 10 móis de S02

Como só temos 2 móis de S02, que esta substância está em falta e o excesso é de 02. Monta-se outra regra-de-três, a partir do S02.
—mol O2
1 mol SÓ 2
2  móis SO2
x = l mol de 02

Como a parte inicial era de 5 móis de 02, conclui-se que com a necessidade de apenas l mol de 02 para a reação, sobram 4 móis de 02 em excesso. As quantidades que realmente reagem são 2 móis de S02 e l mol de O2. Observação: Os cálculos poderiam ser transformados em massa também. A porcentagem de pureza indica a quantidade de substância pura em cada 100 g da substância bruta.

3° Caso: Rendimento de urna reação

Quando acontece isto, dizemos que o RENDIMENTO ou APROVEITAMENTO da reação não foi total. E por que acontece isto? Às vezes, porque a própria reação química é incompleta, ou seja, a reação “pára” pelo caminho e não chega a produzir o que ela poderia ter produzido; é o que acontece, por exemplo, com as chamadas “reações reversíveis” que estão continuamente se processando nos dois sentidos.

Outras vezes, porque ocorrem “perdas” durante a reação; essas perdas podem ser:
• perdas “causais” – devidas a falhas de aparelhagem ou do operador, etc.
•      perdas físicas – causadas por fenómenos físicos, como, por exemplo, a evaporação.
• perdas químicas – causadas por reações diferentes da reação desejada; neste caso, a reação desejada é chamada de reação principal e as demais “reações secundárias”.

Nestes casos, é importante a definição: RENDIMENTO (r) uma reação é o quociente entre a quantidade de produto realmente obtida e a quantidade de produto que seria teoricamente obtida, segundo a equação química correspondente (isto é, segundo as Leis das Reações Químicas).

Costuma-se também definir: Quando se refere a determinação de uma fórmula da substância, é comum, imaginarmos a fórmula molecular por ser a mais utilizada em nosso meio. Desta forma, quando nos referirmos a fórmula do ácido sulfúrico, podemos ter uma análise qualitativa e quantitativa através da representação H2S04, porém, existem outros tipos de fórmulas que merecem estudo significativo: Centesimal, mínima e estrutural.

Centesimal: Indica o número de átomos existente na espécie, determinando uma análise qualitativa e quantitativa. Exemplo: Gás ozônio 03. peróxido de hidrogênio H202

Mínima: Indica a proporção mínima de átomos na espécie em números inteiros, determinando apenas uma análise qualitativa. Exemplo: Molécula butano C4H10 – (C2H5)n mínima Molécula etino C2H2 – (CH)n mínima Molécula ácido HN03 – (HN03)n mínima

Estrutural: Indica a porcentagem em massa dos componentes existentes na espécie determinando apenas a análise qualitativa da substância. Exemplo: Molécula etano C2H6 – C80%H2Q% percentual Molécula metano CH4 – C75%H25% percentual

Observação: Alguns autores recomendam que na representação da fórmula mínima, seja expressa entre parênteses para que não se confunda com a fórmula molecular. Fórmula molecular glicose C6H1206 – (CH20)n mínima Fórmula molecular metanal CH20 – (CH20)n mínima.

Nas moléculas orgânicas de hidrocarbonetos, álcool, aromático, dentre outros, recomenda-se a utilização de formas representativas de estruturas, onde cada vértice indica um átomo de carbono e um traço (simples ligações) dois traços (dupla ligação) e três traços (tripla ligação) e quando a cadeia for cíclica representa-se pela figura geométrica que a determina. Vamos estudar alguns métodos de determinar estas fórmulas químicas:

Obtenção da mínima a partir da molecular

A fórmula molecular do ácido nítrico não permite simplificações que resultam em índices inteiros menores do que l, l e 3. Neste caso, a fórmula mínima coincide com a molecular.

Obtenção da centesimal a partir da molecular ou mínima

Vamos determinar a fórmula centesimal da glicose, a partir da fórmula molecular (C6H1206), sendo dadas as massas atómicas (C = 12, H = l, O = 16)
a)    Determinar o mol da glicose
b)    Tirar a porcentagem de cada elemento em relação ao mol.

Dadas as massas atômicas: C = 12; H = l
a)     Dividir a porcentagem de cada elemento pela perspectiva massa atômica.
C -> 85,7/12 = 7,14 H -> 14,3/1   = 14,3

b)    Dividir os resultados obtidos pelo menor deles. proporção em átomos
C -> 7,14/7,14=©, H-» 14,3/7,14 s i