Estequiometria: Leis Ponderais e Cálculos Estequiométricos


Leis Ponderais

As leis ponderais referem-se à quantidade de cada um dos elementos que participam de reações e estabele­cem relações que definem a estequiometria (relações de massa, de móis ou volumétricas).

Lei da Conservação da Massa ou Lei de Lavoisier

Na natureza nada se perde, nada se cria, tudo se transforma. Com este enunciado, Lavoisier (1743-1794) estabe­lece que, em um sistema fechado de reação, a massa to­tal dos reagentes é igual à massa total dos produtos. Como consequência, estabelece o balanceamento das reações químicas e cria a Lei da Conservação da Massa (ou ma­téria).

Leis Ponderais e Cálculos Estequiométricos

H2 + \ 02 = H20
l mol  +  0,5 mol = l mol
2g+ 16g= 18 g 18 g reagentes = 18 g produtos

Lei das Proporções Definidas ou Lei de Proust (1754-1826)

De acordo com esse conceito, pode-se dizer que a reação acontece em relações definidas pelo número de móis dos reagentes e produtos da equação balanceada e é mantida constante. É importante lembrar que a relação de proporciona­lidade pode ser evidenciada para todas as variáveis de Avogadro, conforme mostrado no exemplo a seguir.

Lei de Gay-Lussac (Lei Volumétrica)

Os volumes de todas as substâncias gasosas en­volvidas em um processo químico estão entre si em uma relação de números inteiros e simples, desde que medidos a mesma temperatura e pressão.
2NH,, 3(g)
2 litros 4 litros
3 litros 6 litros
1   litro 2   litros
la experiência 2a experiência
A relação volumétrica é constante -1:3:2.

Atenção!
A relação estabelecida por Avogadro diz que l mol = 6,02 • J O23 partículas = massa molar = 22,4 / (gases nas CNTP – condições nor­mais de temperatura e pressão), l mol de qualquer gás, quando submetido às mesmas condições de temperatura e pres­são, ocupa o volume constante de 22,41 (vo­lume molar).
Caso a massa gasosa envolvida em um cál­culo estequiométrico esteja em condições de pressão e temperatura diferentes das CNTP, deve-se utilizar a Equação de Clapeyron (P • V = n • R • T) para aferir corretamente o volume gasoso.

Cálculos estequiométricos

Para não haver erro durante a aplicação de cálculos estequiométricos, é importante seguir uma metodologia específica e analisar os casos particulares com atenção. Para se executar um cálculo estequiométrico de for­ma precisa, deve-se adotar os procedimentos a seguir.

•     Observar se a equação está balanceada. Se não estiver, deve-se acertar seus coeficientes.
N2 + O2 = NO (equação não balanceada – não res­peita a Lei de Lavoisier)
N2 + O2 — » 2NO (equação balanceada – em con­formidade com a Lei de Lavoisier)

•     Observar a relação molar entre reagentes e pro­dutos. Para isso, verificar os coeficientes da reação balanceada.
N
O2 = 2NO
l mol + l mol = 2 móis

• Identificar as substâncias envolvidas no cálculo por meio de seu enunciado e estabelecer uma regra de três entre os dados fornecidos.

Exercício resolvido
Qual o volume de gás amónia formado quando se faz reagir 7 g de N2 com quantidade suficiente de H2? (Dado massa molar do N2 = 28 g)
Equação: HN2 -> NH3
N2 —> NH3 (balancear a reação)
3H2+ 1N2     -> 2NH3 3 móis + l mol —•> 2 móis
Aplica-se a regra de três:
28 g –      – 2 • 22,4 t
7 g –            x
x = 11,2 t de NH3

ESTEQUIOMETRIA -CASOS ESPECIAIS

Cálculo estequiométrico com percentual de rendimento

As reações químicas envolvem de forma direta ou indireta percentuais de rendimento. Por vezes, pela teo­ria, espera-se obter uma determinada quantidade de pro­dutos; porém, no processo experimental, essa quantida­de não é obtida. Esse fenômeno é bastante comum, já que na teoria não são previstas as perdas ocorridas em processos in­dustriais. Desse modo, quando são obtidos valores práti­cos ou experimentais iguais aos teóricos, a reação teve um rendimento igual a 100%. Em caso contrário, uma regra de três determina o rendimento da reação.

Cálculo estequiométrico com percentual de pureza

Em qualquer processo químico a impureza deve ser desprezada, pois pode contaminá-lo ou formar produtos secundários que não interessam para o procedimento. Dessa maneira, quando surgirem impurezas em qual­quer reagente, essas devem ser retiradas dos cálculos e a estequiometria deve ser efetuada somente com reagentes puros.

Exercício resolvido

Para transformar mármore em gesso, é necessário atacá-lo com ácido sulfúrico, de acordo com a reação: H2SO4 + H2O + CaCO  -» CaSO  + CO. Dessa forma, 2,5 kg de mármore com 20% de impurezas podem produzir quantos kg de gesso? (Dados: Ca = 40; C = 12; S = 32; O = 16)
Antes de efetuar o cálculo, é importante determinar a massa de mármore pura:
100% da massa 80% puro
2 500 g de mármore x
x = 2 000 g de mármore puro
H2O
CaSO + CO
H2SO4 + CaCO3
l mol    l mol
1   mol      l mol   —> l mol
100 g                -136 g
2   000 g———-     x
x = 2 720 g ou 2,72 kg de gesso

Cálculo estequiométrico com reagente em excesso

De acordo com as Leis Ponderais, há uma relação fixa na qual os reagentes interagem (Lei de Proust). Caso um dos participantes apresente um valor de massa ou de volume maior que a proporção estabelecida, a quantida­de em excesso não reagirá.

Exercício resolvido

8 gramas de hidrogênio são colocados para reagir com 100 gramas de oxigênio. Determine a massa de água obtida na reação. (Dados: H = l u, O = 16 u.)
H20
l mol
18 g 36 g
72 g
l mol 2g 4g 8g
0,5 mol 16 g 32 g 64 g

Relação de massa definida

As 8 gramas de H2 reagem completamente com 64 gra­mas de oxigênio, formando 72 gramas de água. O exces­so é de 36 gramas de oxigênio e o hidrogênio é o rea­gente limitante do sistema.