Estequiometria

Estequiometria é área dentro da química que se preocupará com a quantificação das transformações químicas e suas substâncias. É o cálculo que envolve a quantidade de reagentes e produtos em uma reação química.

Do grego, stoicheion que significa elemento e metria, medida. A medida dos elementos químicos.

Podemos expressar essas quantidades em:

– massa;

– volume;

– quantidade de matéria;

– número de moléculas;

As representações das fórmulas moleculares nos informam a quantidade de átomos que compõem a molécula e cada coeficiente nos informa a proporção dos participantes de uma reação. Saber das fórmulas moleculares, identificar a quantidade de átomos e os coeficientes da reação é essencial para desenvolvimento do cálculo estequiométrico.

Por exemplo: A molécula de etanol, podemos representar desse modo:

CH₂CH₃OH ou C₂H₆O

Independente da representação, cada molécula de etanol traz as seguintes informações:

– É formada por 2 átomos de carbono; 6 de hidrogênio e 1 de oxigênio.

Se quisermos informar a quantidade de moléculas usamos os coeficientes estequiométricos, exemplos:

C₂H₆O – uma molécula de etanol;

2C₂H₆O – duas moléculas de etanol;

3C₂H₆O – três moléculas de etanol;

Os coeficientes estequiométricos, em uma equação balanceada, informam a proporção da quantidade de reagentes e produtos que são representados na equação química.

Seria importante revisar o conteúdo de dois conceitos que ajudarão no desenvolvimento do cálculo estequiométrico, a Lei de Lavoisier e a Lei de Proust. Acesse esses conteúdos aqui no site.

Dada a seguinte equação balanceada:

A equação nos indica que 2 mols de monóxido de carbono reagem com 1 mol de oxigênio para formar 2 mols de gás carbônico. A quantidade de reagentes em uma equação química é proporcional a quantidades de produtos formados.

– Vamos analisar a quantidade de carbono: temos 2 carbonos no lado dos reagentes, portando, do lado dos produtos teremos 2 carbonos.

– Vamos analisar a quantidade de oxigênio: temos a formação de 2CO₂, são quatro oxigênios na composição dessa molécula. Portanto:

Temos 4 oxigênios do lado dos reagentes e 4 oxigênios do lado dos produtos, em ambos os lados temos um total de 4 oxigênios.

Geralmente, em uma equação química o coeficiente 1 é omitido, a equação é descrita da seguinte forma:

Observe o quadro:

Um mol corresponde ao número de Avogadro que são 6,02.10²³ moléculas, a massa molar é expressa em gramas desse número e corresponde igualmente a massa molecular da substância. Pelas condições normais de temperatura e pressão, um mol de qualquer gás a 0ºC e 1 atm, ocupa um volume de 22,4 litros. Pelo quadro notamos que a proporção é mantida em qualquer unidade que possamos representar no cálculo estequiométrico, assim como os coeficientes estequiométricos, ou seja, notamos que a proporção é mantida.

Balanceamento de Equação Química

Balancear de forma adequada os participantes de uma reação é garantir que as proporções sejam mantidas em todo o processo. Isso significa que a quantidade de átomos presentes nos reagentes e nos produtos sejam proporcionalmente iguais. Vejamos alguns exemplos:

Fe­_(s) + O_2(g) → Fe₂O_3(s)

Ferro na presença de oxigênio sofre oxidação e produz óxido de ferro (III).

Percebemos que a equação não está balanceada, pois temos 1 mol de ferro no lado dos reagentes e o produto Fe₂O₃ nos informa que são necessários 2 mols de Fe.

Consideramos, de forma aleatória mesmo, que a substância formada pelo maior número de átomos tenha o coeficiente 1. Desse modo:

Fe­_(s) + O_2(g) → 1 Fe₂O_3(s)

Partindo disso, quantificamos a quantidade de Fe e O nos produtos:

Fe­_(s) + O_2(g) → 1 Fe₂O_3(s)

2Fe
3O

Ao determinamos dessa maneira, devemos manter a proporção estequiométrica no lado dos reagentes. Então, para esse exemplo, temos 2 mols de ferro reagindo com 1,5 mols de oxigênio para formar 1 mol de óxido de ferro (III). A equação balanceada corretamente é:

2 Fe­_(s) + 3/2 O_2(g) → 1 Fe₂O_3(s)

2 Fe                                  2 Fe

3 O                                    3 O

A equação se encontra balanceada pois mantemos a proporção entre os reagentes e os produtos. Podemos escrever a equação com números inteiros, porém, de tal forma que possamos manter a proporção, multiplicando por 2 os coeficientes, nesse exemplo. Logo, temos:

4 Fe­_(s) + 3 O_2(g) → 2 Fe₂O_3(s)

Na reação de produção da amônia (NH₃):

N_2(g) + H_2(g) → NH_3(g)

Preste atenção que a amônia é formada por 1 N e 3 H. Vamos estabelecer o coeficiente 1 para o N₂ nos reagentes, assim temos:

1N_2(g) + H_2(g) → NH_3(g)­

1 x 2 N = 2         ? x 1N = 2

Qual o valor do coeficiente estequiométrico devemos prever para manter a proporção nos produtos? Dois.

1 N_2(g) + H_2(g) → 2 NH_3(g)­

1 x 2N = 2             2 x 1N = 2

Agora é só corrigirmos a quantidade de H. Desse modo:

1N_2(g) + H_2(g)  → 2NH_3(g)­

1 x 2N = 2             2 x 1N = 2

? x 2H= 6             2x 3H = 6

Portanto: 1N_2(g) + H_2(g)  → 2NH_3(g)­

1 x 2N = 2             2 x 1N = 2

3 x 2H = 6             2x 3H = 6

A equação balanceada é: N_2(g) +3H_2(g) à2NH_3(g)­

Podemos estabelecer as relações em mols, massa e volume.

Relação em Mol

Considere a seguinte equação química:

CH₃CH₂OH_(l) + O­_2(g) →  CO_2(g) + H₂O_(g)

Temos a reação de combustão do etanol, mas essa equação não está balanceada, primeiro, vamos ajustar os coeficientes.

Escolhemos o coeficiente 1 para molécula de etanol e conferimos a proporção de H e O.

CH₃CH₂OH_(l) + O­_2(g) →  CO_2(g) + H₂O_(g)

2C
6H
3O

Primeiro, podemos verificar que CO₂ apresenta 1C, então corrigindo, o coeficiente teremos 2CO₂. Assim:

CH₃CH₂OH_(l) + O­_2(g) →  2 CO_2(g) + H₂O_(g)

Agora percebemos que temos 4O mais o da molécula de água cinco, porém, antes de corrigirmos os coeficientes para o oxigênio, ajustaremos os coeficientes para o H. Temos 6H no lado dos reagentes, o número que multiplicado por 2 dos hidrogênios que compõem a molécula de água da 6, é o 3. Portanto:

CH₃CH₂OH_(l) + O­_2(g) → 2 CO_2(g) + 3H₂O_(g)

Agora podemos estabelecer os coeficientes dos oxigênios: Nos produtos temos um total de 7O, então, nos reagentes, mantendo a proporção, precisamos de 7O também. Nos reagentes temos um total de 3O, se multiplicarmos por 3 o O_2, manteremos a proporção, a equação balanceada corretamente é:

CH₃CH₂OH_(l) +3O­_2(g) → 2 CO_2(g) + 3H₂O_(g)

A relação em mol é expressa pelos coeficientes estequiométricos na equação, dizemos que na reação de combustão do etanol, 1 mol de etanol líquido reage com 3 mols de gás oxigênio formando como produtos 2 mols de gás carbônico e 3 mols de água no estado gasoso. Essa relação é sempre proporcional, por exemplo:

Imaginemos um tanque com 55 litros de etanol, de aproximadamente 1000 mols de etanol. Quantos mols de oxigênio serão consumidos? Qual a quantidade em mols de produtos que serão formados?

Temos a equação balanceada para 1 mol de etanol, então, basta multiplicarmos todos os coeficientes por 1000. Dizemos que: 1000 mols de CH₃CH₂OH reagem com 3000 mols de O₂ formando 2000 mols de CO₂ e 3000 mols de H₂O.

Relação em Massa

Considere a seguinte equação química balanceada:

N_2(g) +3H_2(g)  → 2NH_3(g)­

Qual a massa de NH₃ resultante, quando se reagem totalmente 3g de H₂?

Dados: N(14g/mol); H(1g/mol).

Resolução:

A proporção em mol pela equação é:

3 mols de H₂ ———– 2mols de NH₃

A massa molar da amônia é 17g/mol. Desse modo:

3 . 2g de H₂ ———– 2 . 17g de NH₃

3g de H₂ ———– x g de NH₃

logo: x = 6 g . 17 g   , portanto x = 17 g de NH_{3
6 g}

Relação em Volume

Considere a equação química balanceada:

CH₃CH₂OH_(l) + 3O­_2(g) →  2CO_2(g) + 3H₂O_(g)

Qual seria o volume, em litros, de gás carbônico que é lançado na atmosfera quando ocorrer a combustão de 10 litros de etanol? Dados: densidade do etanol considere 0,8g/ml. C (12g/mol); H(1g/mol), O(16g/mol).

Resolução:

Primeiro vamos converter 10L em massa:

d = m
v

10 L → 10000 ml

d = 0,8 g . 10000 ml    logo: d = 8000 g ou 8 kg
ml

A proporção em mol pela equação é:

1 mol de CH₃CH₂OH ————- 2 mols de CO­₂

1mol de CH₃CH₂OH corresponde a 46 g.

1 mol de gás na CNTP ocupa 22,4 L.

Desse modo:

1 . 46g CH₂CH₃OH ———- 2 . 22,4 L CO­₂

8000 g CH₂CH₃OH ——— x litros de CO­₂

Logo:

x = 8000 g . 2 . 22,4 L   →  x = 7791,30 L de CO₂.
46 g

Exercício Resolvido

A gasolina é um hidrocarboneto cujo o isoctano é um dos componentes. Hidrocarbonetos são moléculas constituídas unicamente por carbono e hidrogênios em sua estrutura. Considere a seguinte equação balanceada:

C₈H₁₈ + 25/2 O₂ → 8CO_2­ + 9H₂O

Determine:

I. Número de mols de CO₂ lançados na atmosfera na combustão de 5 mols de isoctano.

II. A massa de CO₂ lançada no ambiente pela combustão de 20 L desse combustível.

Dados: considere a densidade do isoctano 0,8g/ml. MM do C(12g/mol); H(1g/mol), O(16g/mol).

III. o volume de O consumido na combustão de 25 L de isoctano. Considere CNTP.

Resolução

I. Proporcionalmente: 5mol de C₈H₁₈ vão produzir 40 mols de CO₂.

II. Primeiro vamos converter 20 L em massa:

d = m
       V

20 L  → 20000 ml

d = 0,8 g . 20000 ml  Logo: d = 16000 g de C₈H₁₈
                   ml

A proporção em mol pela equação é:

1 mol de C₈H₁₈ ————-  8 mols de CO­₂

1mol de C₈H₁₈ corresponde a 114 g.

Desse modo:

1 . 114g de C₈H₁₈ ———- 8 . 44 g de CO­₂

16000 g C₈H₁₈ ——— x gramas de CO­₂

Logo:

x = 16000 g . 8 . 44 g → x = 49403,5g de CO_2.
                  114 g

III. Sabemos pelo item II que 20 L de isoctano pesam 16000g

A proporção em mol pela equação é:

1 mol de C₈H₁₈ ————-  8 mols de CO­₂

1mol de C₈H₁₈ corresponde a 114 g.

1 mol de gás na CNTP ocupa 22,4 L.

Desse modo:

1 . 114g de C₈H₁₈ ———- 8 . 22,4 L de CO­₂

16000 g C₈H₁₈ ——— x litros de CO­₂

Logo:

x = 16000 g . 8 . 22,4 L   x = 25150,87 L de CO₂.
114 g

Bons estudos!

David Pancieri Peripato