Estequiometria

1. Conceito
2. Relação entre massas
3. Relação entre massas e moléculas
4. Relação entre volumes
5. Relação entre massa e volume
6. Relações envolvendo uma sequência de reações
7. Relações envolvendo quantidade em excesso de um dos reagentes
8. Relações envolvendo reagentes com impurezas
9. Relações envolvendo rendimento de reações

1 - Conceito

Estequiometria é o estudo que permite o cálculo das relações quantitativas nas reações químicas.

Considere uma reação química onde os compostos A e B reagem entre si produzindo os compostos C e D.
Equilibrada a equação teremos:

aA + bB ® cC + dD

O cálculo de quantidades desconhecidas de reagentes ou produtos é realizado estabelecendo-se a proporcionalidade com os coeficientes a, b, c e d.

2 - Relação entre massas

Exemplo:
Considere a reação:

Al2O3	+	3 H2SO4	®	Al2(SO4)3	+	3 H2O
1 mol		3 mols		1 mol		3 mols
102g		294g		342g		54g

Algumas perguntas:
1) Qual é a quantidade de ácido sulfúrico necessária para produzir 500g de sulfato de alumínio?

Al2O3	+	3 H2SO4	®	Al2(SO4)3	+	3 H2O
1 mol		3 mols		1 mol		3 mols
		294g		342g
		xg		500g

342.x = 500.294 ® x = 429,8 g

2) Quantos mols de óxido de alumínio são necessários para reagir com 200 g de ácido sulfúrico?

Al2O3	+	3 H2SO4	®	Al2(SO4)3	+	3 H2O
1 mol		3 mols		1 mol		3 mols
1 mol		294g
x mols		200g

294.x = 200.1 ® x = 0,68 mols

3 - Relação entre massas e moléculas

Exemplo:
Considere a reação:

Al2O3	+	3 H2SO4	®	Al2(SO4)3	+	3 H2O
1 mol		3 mols		1 mol		3 mols
102g		294g		342g		54g
1 A		3 A		1 A		3 A

Onde A é o Número de Avogadro  A = 6,02 x 10 ²³ moléculas

Algumas perguntas:
1) Quantas moléculas de ácido sulfúrico são necessárias para produzir 400g de sulfato de alumínio?

Al2O3	+	3 H2SO4	®	Al2(SO4)3	+	3 H2O
1 mol		3 mols		1 mol		3 mols
		3 A		342g
		x		400g

342.x = 3A.400 ® x = 3,5A ® x = 2,1.10²⁴ moléculas

2) Quantas moléculas de óxido de alumínio são necessárias para reagir com 100 g de ácido sulfúrico?

Al2O3	+	3 H2SO4	®	Al2(SO4)3	+	3 H2O
1 mol		3 mols		1 mol		3 mols
1 A		294g
x		100g

294.x = 1A.100 ® x = 0,34A ® x = 2.10²³ moléculas.

4 - Relação entre volumes

Exemplo:
Considere a reação:

3 H2	+	N2	®	2 NH3
3 mols		1 mol		2 mols
3 V		1 V		2 V

Onde V  é o volume molar, sendo V  = 22,4 litros nas CNPT

Uma pergunta:
Qual é o volume de nitrogênio necessário para produzir 100 litros de amônia, nas mesmas condições de pressão e temperatura?

3 H2	+	N2	®	2 NH3
3 mols		1 mol		2 mols
		1 V		2 V
		x		100 litros

2V .x = 100.1V  ® x = 50 litros.

5 - Relação entre massa e volume

Exemplo:
Considere a reação:

Cl2	+	2 NaOH	®	NaClO	+	NaCl	+	H2O
1 mol		2 mols		1 mol		1 mol		1 mol
71g		80g		74,5g		58,5g		18g
1 V

Uma pergunta:
Qual é o volume de cloro nas CNPT necessário para produzir 200g de hipoclorito de sódio.

Cl2	+	2 NaOH	®	NaClO	+	NaCl	+	H2O
1 mol		2 mols		1 mol		1 mol		1 mol
1 V				74,5g
x				200g

74,5.x = 200.1V  ® x = 2,68V  ® x = 2,68.22,4 ® x = 60,1 litros

6 - Relações envolvendo uma sequência de reações

Equilibramos as equações.
Atribuímos valores ao coeficiente do composto elo de ligação entre as reações de modo que somando as equações resulta uma única.
Então resolvemos o problema normalmente.

Exemplo:
Considere as reações:

2 NaN₃ ® 2 Na + 3 N₂

10 Na + 2 KNO₃ ® K₂O + 5 Na₂O + N₂

O elo de ligação entre as duas equações é o Na. Para que ele seja eliminado na soma das duas equações vamos multiplicar a primeira equação por 5.

10 NaN₃ ® 10 Na + 15 N₂

10 Na + 2 KNO₃ ® K₂O + 5 Na₂O + N₂
_____________________________________

10 NaN₃ + 10 Na + 2 KNO₃ >>> 10 Na + 15 N₂ + K₂O + 5 Na₂O + N₂ 

10 NaN₃ + 2 KNO₃ ®  K₂O + 5 Na₂O + 16 N₂ 

Os problemas serão resolvidos usando a equação obtida.

7 - Relações envolvendo quantidade em excesso de um dos reagentes

Para verificar se há excesso de reagente vamos sempre comparar pelo número de mols indicado na reação.

           

7.1 - Relações envolvendo apenas os volumes

Exemplo:
Considere a reação.

N2	+	3 H2	®	2 NH3
1 mol		3 mols		2 mols
1 V		3 V		2 V

Uma pergunta:
Fazendo-se reagir 4 litros de N₂ com 9 litros de H₂ qual é o volume de NH₃ obtido nas mesmas condições de pressão e temperatura?
A equação nos mostra que o volume de H₂ deve ser 3 vezes maior que o volume de N₂ nos permitindo afirmar que há um excesso de N₂.
Verificamos ainda que o volume de NH₃ é 2 vezes maior que o de N₂.

N2	+	3 H2	®	2 NH3
1 mol		3 mols		2 mols
1 V		3 V		2 V
3 litros 1 litro de excesso		9 litros		x

x = 2.3 ® x = 6 litros

           

7.2 - Relações envolvendo apenas massas

Exemplo:
Considere a reação.

CO2	+	2 NaOH	®	Na2CO3	+	H2O
1 mol		2 mols		1 mol		1 mol
44 g		2.40 = 80g		140 g		18 g

Uma pergunta.
Fazendo reagir 5 g de gás carbônico com 8 g de hidróxido de sódio, qual é a massa de carbonato de sódio obtida?
A equação nos mostra que a massa de hidróxido de sódio deve ser 80/44 = 1,81 vezes maior que a massa de gás carbônico não 8/5 = 1,6 nos permitindo afirmar que há um excesso de gás carbônico.
A quantidade y de gás carbônico que irá reagir com 8 g de hidróxido de sódio é: 8/y = 80/44 ® y = 4,4 g

CO2	+	2 NaOH	®	Na2CO3	+	H2O
1 mol		2 mols		1 mol		1 mol
44 g		2.40 = 80g		140 g		18 g
4,4 g 0,6 g em excesso		8 g		x

80.x = 8.140 ® x = 14 g

8 - Relações envolvendo reagentes com impurezas

Quando um reagente for impuro procuramos determinar a quantidade de reagente puro e procedemos  normalmente.

Exemplo:
Numa reação são utilizados 500 g de ácido sulfúrico com 90% de pureza.
A quantidade de ácido que irá reagir será 500.90/100 = 450 g

9 - Relações envolvendo rendimento de reações

Realizamos o cálculo do produtos de uma reação supondo sempre que o rendimento seja 100%.
O rendimento das reações químicas é sempre calculado em função dos produtos da reação.

Exemplo:
Numa reação são produzidos 200 g de carbonato de sódio com rendimento de 100%.
Se o rendimento da reação for 75% a quantidade de carbonato de sódio obtida será de 200.75/100 = 150 g