1.1. aspetos quantitativos das reações químicas · reagentes e produtos envolvidos em reações...
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1.1. Aspetos Quantitativos das reações químicasProfessora Paula Melo Silva
REAÇÃO QUÍMICATransformação através da qual uma ou mais substâncias são convertidasem uma ou mais substâncias diferentes.
Reações de síntese química historicamente relevantes
1828 – Síntese da ureia
1856 – Descoberta da mauveína por Perkin
1897 – Síntese da aspirina
1904 – Síntese do amoníaco
3 2 22 2Pb OCN s 2 NH aq H O 2 NH CO s PbO s
Selo alemão de homenagem a Fredrich Wöhler (A) pela síntese da ureia (B).
Quebram-se estas ligações químicas.
Formam-se novas ligações químicas.
Reagentes Produtos da reação
O que acontece numa reação química é um rearranjo dos átomos dosreagentes com formação de novas combinações químicas queindividualizam os produtos da reação.
LEI DE CONSERVAÇÃO DE MASSA OU LEI DE LAVOISIER
Em qualquer reação química, a soma das massas dos reagentes edos produtos da reação mantém-se sempre constante. Porconseguinte, o número de átomos de cada elemento químicoexistente no início da reação tem que ser igual ao número deátomos desse elemento no fim da reação.
Mesmo número de átomos de um elemento químico em cada
lado da seta.
EQUAÇÃO QUÍMICA
Representação abreviada de uma reação química onde os reagentese os produtos da reação são representados pelas respetivasfórmulas químicas ou símbolos químicos, precedidos peloscoeficientes que estabelecem a proporção em que os reagentes secombinam e se formam os produtos.
´ Produtos da reação
(Nota: As letras A, B, C e D não correspondem a símbolos químicos dos elementos nem afórmulas químicas das substâncias.)
a A s b B c C d D g
Reagentes
EQUAÇÃO QUÍMICA
´ Produtos da reação
(Nota: As letras A, B, C e D não correspondem a símbolos químicos dos elementos nem afórmulas químicas das substâncias.)
a A s b B c C d D g
Reagentes
As diferentes substâncias que constituem osreagentes ou os produtos estão separadas pelosímbolo “+”, que significa “reage com” ou “e”quando aplicado, respetivamente, a reagentes oua produtos da reação.
EQUAÇÃO QUÍMICA
´ Produtos da reação
(Nota: As letras A, B, C e D não correspondem a símbolos químicos dos elementos nem afórmulas químicas das substâncias.)
a A s b B c C d D g
Reagentes
Os estados físicos das substânciasenvolvidas são indicados, entreparênteses, a seguir a cada uma dasfórmulas ou símbolos químicos.
EQUAÇÃO QUÍMICA
´ Produtos da reação
(Nota: As letras A, B, C e D não correspondem a símbolos químicos dos elementos nem afórmulas químicas das substâncias.)
a A s b B c C d D g
Reagentes
É necessário acertar a equação químicacolocando-se os coeficientes adequados antesde cada substância, denominados coeficientesestequiométricos.
Exemplo: Acerto da equação química que traduz a reação de combustãodo hidrogénio
2 2 2H g + O g H O
Reagentes Produtos da reação
EquaçãoElemento
Nº átomos
Nº átomos
Nº átomos
H O H O
2 2 2 1
2 2 2 2 = 4 2 1 = 2
2 2 = 4 2 2 = 4 2 1 = 22
Não acertada
Não acertada
Acertada
Início
1ª Alteração
2ª Alteração
2 2
RELAÇÕES ESTEQUIOMÉTRICAS
ESTEQUIOMETRIA - Estudo das relações entre as quantidades dereagentes e produtos envolvidos em reações traduzidas por equaçõesquímicas devidamente acertadas.
Equação Química
TABELA – INFORMAÇÃO QUANTITATIVA DA EQUAÇÃO QUÍMICA ACERTADA DA COMBUSTÃO DOMETANO
Através da leitura de uma equação química é possível ficar a conhecer assubstâncias envolvidas na reação e as quantidades relativas em que osreagentes se combinam e se formam os produtos da reação.
CH4(g) + 2 O2(g) CO2(g) + 2 H2O(g)
1 molécula de CH4 + 2 moléculas de O2 1 molécula de CO2 + 2 moléculas de H2O
1 mol CH4 + 2 mol O2 1 mol CO2 + 2 mol H2O
16,0 g CH4 + 64,0 g O2 44,0 g CO2 + 36,0 g H2O
80,0 g Reagentes 80,0 g Produtos da Reação
Número de entidades (moléculas)
Quantidade de matéria (mol)
Massa (g)
Massa total (g)
RELAÇÕES ESTEQUIOMÉTRICAS
TABELA – INFORMAÇÃO QUANTITATIVA DA EQUAÇÃO QUÍMICA ACERTADA DA COMBUSTÃO DO METANO
Quantidade de matéria (n) / mol
Massa (m) / g
Número de entidades (N) / adimensional
Volume (V) / dm3
N = n NA
NA = 6,02 1023 mol-1
m = n M
V = n Vm
Vm gases (PTN) = 22,4 dm3 mol-1
ESTEQUIOMETRIA - Estudo das relações entre as quantidades dereagentes e produtos envolvidos em reações traduzidas por equaçõesquímicas devidamente acertadas.
Através da leitura de uma equação química é possível ficar a conhecer assubstâncias envolvidas na reação e as quantidades relativas em que osreagentes se combinam e se formam os produtos da reação.
Etapa 1 Etapa 2Etapa 3
Etapa 4Escrita da equação química acertada
Quantidade de matéria de A
Quantidade de matéria de B
Massa ou volume de A
Átomos ou moléculas de A
Massa ou volume de B
Átomos ou moléculas de B
LEI DE PROUST OU LEI DAS PROPORÇÕES DEFINIDAS - Numa reação químicaé constante a proporção em que os reagentes se combinam entre si, bemcomo a proporção em que se formam os produtos da reação.
• Estratégia para resolução de problemas de estequiometria
Razão molar
No acerto das equações químicas não se pode acrescentar reagentes ouprodutos que não façam parte da reação, nem alterar os índices das fórmulasquímicas porque isso alteraria a identidade das substâncias.
EQUAÇÃO IÓNICA
Equação química que evidencia a participação de iões na reação querepresenta.
3 3 2Cu(s) 2 AgNO (aq) Cu NO (aq) 2Ag(s)
Equação Química Global
2
3 3Cu(s) + 2 Ag (aq) 2 NO (aq) Cu (aq) + 2 NO (aq) + 2 Ag(s)
2+Cu(s) Ag (aq) Cu (aq)2 2 Ag(s) Equação Iónica
No acerto de uma equação iónica deve não só garantir-se que o númerototal de átomos de cada elemento químico é o mesmo nos reagentes enos produtos da reação, mas também verificar que a carga total semantém.
REAGENTE LIMITANTE E REAGENTE EM EXCESSO
REAGENTE LIMITANTE - Reagente que apresenta a menor quantidade dematéria em relação à proporção estequiométrica e que limita a quantidadede produto formado.
REAGENTE EM EXCESSO - Reagente cuja quantidade estequiométricanuma mistura reacional é superior à quantidade estequiométrica doreagente limitante.
O número de bicicletas a construir a partir das peças é limitado pela quantidade de rodas.
Uma vez identificado o reagente limitante, é possível determinar:
• a quantidade de matéria em excessodos outros reagentes, pela diferençaentre a quantidade de matéria inicial e aquantidade de matéria estequiométricanecessária para consumir todo oreagente limitante.
• a quantidade de matéria máxima deproduto que pode ser formado, a partirda razão molar.
GRAU DE PUREZA DE UMA AMOSTRA
GRAU DE PUREZA - Quociente entre a massa da substância (pura) e a massatotal da amostra.Trata-se de uma grandeza adimensional que também pode ser expressa empercentagem.
( )substância pura
amostra
mGrau de pureza
m
A atmosfera interior dos snacks é de nitrogénio(± 99%) para conservar os alimentos evitando autilização de conservantes.
Os reagentes podem apresentardiferentes graus de pureza,devendo ser escolhidos consoanteas finalidades de uso e custo.
Se uma amostra de nitrogénio é99% pura significa que, em cada100 g de amostra, 99 g são denitrogénio e 1 g será de outrassubstâncias, as impurezas.
RENDIMENTO DE UMA REAÇÃO QUÍMICA
REAÇÕES COMPLETAS - Reações em que pelo menos um dos reagentes (oreagente limitante) se esgota completamente.
Exemplo:CH4(g) + 2 O2(g) CO2(g) + 2 H2O(g)
As combustões em sistema aberto são exemplos dereações que se aproximam de reações completas, como é ocaso da combustão do metano. Se existir oxigénio emexcesso (isto é, se o metano for o reagente limitante), acombustão prossegue até todo o metano ter reagido.
RENDIMENTO DE UMA REAÇÃO QUÍMICA
REAÇÕES COMPLETAS - Reações em que pelo menos um dos reagentes (oreagente limitante) se esgota completamente.
Exemplo:CH4(g) + 2 O2(g) CO2(g) + 2 H2O(g)
REAÇÕES INCOMPLETAS - Reações em que nenhum dos reagentes seesgota mesmo quando estão presentes em proporção estequiométrica.No fim da reação, reagentes e produtos coexistem na presença uns dosoutros.
Exemplo:CH3COOH(aq) + CH3CH2OH(aq) CH3COOCH2CH3(aq) + H2O(ℓ)
RENDIMENTO DA REAÇÃO - Avalia a conversão de reagentes em produtosda reação e pode ser determinado pela razão entre a quantidade de umproduto realmente obtida e a quantidade do mesmo produto previstaestequiometricamente.
% 100obtido
previsto
n
n
% 100obtida
prevista
m
m % 100obtido
previsto
V
V
O valor do rendimento pode variar entre 0, (senão se forma produto nenhum) e 100, (se setratar de uma reação completa, com conversãototal do reagente limitante no produtopretendido).
QUÍMICA VERDE
Criação, desenvolvimento e aplicação de produtos e processos químicoscom a finalidade de reduzir ou eliminar o uso e a produção de substânciasnocivas à saúde humana e ao ambiente minimizando, assim, o impactoambiental.
Objetivos da Química Verde
• produto final, com um rendimento máximo;• maximização da incorporação dos átomos dos reagentes no produto final;• minimização da formação de resíduos.
ECONOMIA ATÓMICA PERCENTUAL
Avalia o impacto ambiental de um processo.Corresponde à razão entre a massa de átomos dereagentes que são incorporados no produto desejado ea massa total de átomos nos reagentes, expressa empercentagem.
% 100massa de átomos de reagentes incorporados no produto desejado
AEmassa total de átomos nos reagentes
Comparação da economia atómica em dois processos de síntese alternativos.
O processo mais eficaz é o que maximiza a incorporação de átomos dosreagentes no produto final.
A Química Verde compara processos alternativos tendo em conta váriosfatores, como: economia atómica, redução dos resíduos, produtosindesejados, escolha de reagentes e processos menos poluentes.
Sulfato de ferro (II)+
Ácido sulfúrico concentrado
VIA DE SÍNTESE 1
Ácido oxálico+
Oxalato de ferro(II) di-hidratado
VIA DE SÍNTESE 2
Sulfato de ferro (II)+
Ácido ascórbico
Ácido oxálico+
Oxalato de ferro(II) di-hidratado
Exemplo 1:Reação de síntese do oxalato de ferro(II) di-hidratado
Acrilonitrilo
VIA DE SÍNTESE 1
Água+
Sulfato de amónio
VIA DE SÍNTESE 2
Água+
Acrilamida
Exemplo 2:Reação de síntese de acrilamida
Acrilamida +
(produto indesejado)
Acrilonitrilo
Nitrilo hidrataseÁcido sulfúrico e amoníaco