calculoestequiometrico_capitulo1

Per Christian Braathen Calculo Estequiomtrico

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CAPTULO 1

ENTENDENDO EQUAES QUMICAS E SEUS BALANCEAMENTOS.

Reaes qumicas so os fenmenos onde substncias se transformam em outras

substncias.

Por exemplo:

Grafite (uma forma alotrpica do elemento carbono) reage com o gs oxignio

formando gs carbnico.

Uma reao qumica descrita, ou representada, por uma equao qumica.

No lado esquerdo temos o reagente, ou os reagentes, se tiver mais de uma substncia

envolvida. No lado direito o produto, ou os produtos, se tiver mais de uma substncia

resultante da reao qumica.

No exemplo em pauta, esta equao :

C + O2 CO2

Que pode ser interpretada como um tomo de carbono reagindo com uma molcula de

gs oxignio formando uma molcula de dixido de carbono, ou gs carbnico.

Ou seja:

Ou, muito mais realisticamente, que carbono e gs oxignio reagem na proporo de 1

tomo de carbono (C) para uma molcula de gs oxignio (O2) para formar uma

molcula de gs carbnico (CO2) .

O que tambm pode ser perfeitamente interpretado como 1 milho de tomos de

carbono reagindo com um milho de molculas de gs oxignio, formando um milho

de molculas de gs carbnico.

Para explicitar esta correlao, podemos reescrever a equao qumica como:

1 C + 1 O2 1 CO2


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Os nmeros na frente das frmulas so chamados de coeficientes de balanceamento e

indicam a proporo com que as espcies reagem e se formam.

O coeficiente 1, por simplicidade, normalmente omitido, por ser subentendido.

Observe uma coisa fundamental:

O nmero de tomos de cada elemento o mesmo no lado esquerdo e no lado direito da

nossa equao e de nossa representao grfica.

Ou seja, numa reao qumica tomos no so criados nem destrudos Lei de

Lavoisier.

Numa reao qumica o que ocorre rearranjo de tomos, frequentemente com um

desmonte de molculas e formao de novas molculas.

O exemplo mostrado acima um exemplo muito simples. Vamos complicar um pouco.

Molculas de gs hidrognio (H2) e de gs oxignio (O2) reagem entre si formando

molculas de gua (H2O).

Ou seja:

H2 + O2 H2O

Mas observe cuidadosamente.

Esta equao nos diz que uma molcula de gs hidrognio reage com uma molcula de

gs oxignio, formando uma molcula de gua. Contando os tomos de hidrognio e de

oxignio nos dois lados da equao, percebemos que algo est errado.

H dois tomos de oxignio no lado dos reagentes (em uma molcula de O2) e apenas

um tomo de oxignio no lado do produto (em uma molcula de gua).

Vamos visualizar esta situao com uma representao grfica:


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Uma simples inspeo visual nos mostra claramente que esta situao no est de

acordo com a conservao de tomos e com a proporo ESTEQUIOMTRICA

correta entre molculas no lado dos reagentes e molculas do lado do produto.

Vamos ver se podemos melhorar.

Que tal esta nova representao grfica?

Conte os tomos de cada elemento do lado esquerdo da seta (reagentes) e do lado direito

da seta (produto).

Do lado esquerdo temos 4 tomos de hidrognio. Do direito, tambm 4.

Do lado esquerdo temos 2 tomos de oxignio. Do direito, tambm dois tomos de

oxignio.

Ou seja, na reao entre os gases hidrognio e oxignio os mesmos reagem na

proporo de duas molculas de hidrognio para uma molcula de oxignio, formando

duas molculas de gua.

Assim, precisamos reescrever a nossa equao introduzindo os coeficientes ou

multiplicadores - que corrigem a proporo estequiomtrica para esta reao.

Ou seja:

2 H2 + 1 O2 2 H2O

Ou, como costumeiro, omitindo o coeficiente 1 (um).

2 H2 + O2 2 H2O

Esta equao significa que, para cada duas molculas de gs hidrognio, ser

necessria uma molcula de gs oxignio, formando duas molculas de gua.


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Podemos tambm dizer que para cada 2 (dois) bilhes de molculas de gs hidrognio,

sero necessrias 1 (um) bilho de molculas de gs oxignio e sero formados 2 (dois)

bilhes de molculas de gs oxignio.

Vamos complicar um pouco mais.

Seja a reao de combusto do lcool etlico (etanol), usado como combustvel em

automveis flex, quando esta substncia reage com oxignio formando gs carbnico e

gua.

Ou seja:

CH3CH2OH + O2 CO2 + H2O

Esta equao representa a proporo estequiomtrica correta para esta reao qumica?

Basta contar, por exemplo, os tomos de hidrognio do lado dos reagentes (lado

esquerdo) para ver que esta equao no est devidamente BALANCEADA.

Veja a representao grfica a seguir para confirmar e melhor visualizar que a

proporo entre as molculas no est correta.

Obviamente, esta figura no mostra uma proporo estequiomtrica correta.

Vamos corrigir. Que tal a mostrada abaixo?

Vamos conferir:


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2 tomos de carbono (representados em preto) no lado dos reagente 2 tomos de

carbono no lado dos produtos.

6 tomos de hidrognio (representados em azul claro) no lado dos reagentes 6

tomos de hidrognio no lado dos produtos.

7 tomos de oxignio (representados em vermelho) no lado dos reagente 7

tomos de oxignio no lado dos produtos.

NMERO DE TOMOS DE CADA ELEMENTO CONFERE E A

PROPORO ESTEQUIOMTRICA EST CORRETA.

Assim, a equao CORRETAMENTE BALANCEADA para a reao de combusto

completa do etanol ser:

1 CH3CH2OH + 3 O2 2 CO2 + 3 H2O

Ou omitindo o coeficiente 1 para o etanol (como se costuma fazer com o coeficiente 1)

CH3CH2OH + 3 O2 2 CO2 + 3 H2O

O que estamos fazendo chama-se balancear equaes.

Balancear equaes o primeiro passo que se faz para realizarmos clculos em qumica,

envolvendo reaes qumicas.

Se a equao da reao no estiver corretamente balanceada, os clculos produziro

resultados errados.

Um detalhe muito importante:

Os coeficientes no fazem parte das frmulas das substncias. So apenas

multiplicadores para corrigir a proporo de tomos no lado dos reagentes e no lado dos

produtos.

Com as frmulas no se pode mexer.

Os coeficientes apenas indicam a proporo entre as espcies qumicas envolvidas nas

reaes qumicas.

Balancear equaes uma simples questo de contabilidade. Contabilidade atmica.


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O nmero de tomos de cada elemento em um lado da equao tem que ser igual ao

nmero de tomos de cada elemento do outro lado da equao.

O mtodo de balanceamento que estamos usando at agora se denomina, com muita

propriedade, MTODO DAS TENTATIVAS.

Contar tomos de cada lado e ir AJUSTANDO.

Existe uma regra que diz que devemos conferir tomos usando a seguinte seqncia:

Em primeiro lugar os tomos dos elementos METLICOS

Em segundo lugar os tomos dos elementos AMETLICOS (deixando para

depois o ajuste dos tomos de Hidrognio e Oxignio)

Em terceiro lugar os tomos de HIDROGNIO

Em quarto lugar os tomos de OXIGNIO.

A lgica desta regra muito simples.

Normalmente, numa equao qumica, os tomos de elementos metlicos esto

presentes em menor nmero do que os outros e, normalmente, os tomos de oxignio

esto presentes em maior nmero.

Assim mais fcil corrigir o nmero de tomos metlicos primeiro e mais difcil acertar

o nmero de tomos de oxignio.

Por outro lado, muito frequentemente, quando chegamos aos tomos de oxignio, a

equao j est devidamente balanceada.

O mtodo das tentativas resolve o balanceamento da maioria das equaes qumicas.

Existem algumas reaes, principalmente do tipo oxi reduo, em que a situao se

complica um pouco, pois em muitos casos necessrio balancear no apenas os tomos

mas tambm balancear o nmero de eltrons perdidos e ganhos (este nmero tem que

ser igual tambm).

Trataremos deste assunto, separadamente, mais adiante.

Para balancear equaes pode ser muito til montar uma planilha de contabilidade

atmica.

Veja o exemplo a seguir:


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Vamos balancear a equao da reao de neutralizao completa do cido fosfrico

H3PO4 pelo hidrxido de sdio - NaOH, formando fosfato de sdio - Na3PO4 e gua.

A equao no balanceada :

H3PO4 + NaOH Na3PO4 + H2O

Montemos a planilha:

REAGENTES (Antes de Balancear) PRODUTOS (antes de Balancear) TOMOS QUANTIDADE TOMOS QUANTIDADE

Na 1 Na 3 P 1 P 1 H 4 H 2 O 5 O 5

Vamos comear a balancear.

Vemos logo que tem apenas 1 tomo de sdio (Na) no lado dos reagentes (no NaOH) e

3 no lado dos produtos (no Na3PO4).

Vamos, ento, primeiro, balancear os tomos de Sdio (Na) colocando o coeficiente 3

na frente do NaOH na equao qumica. Ou seja:

H3PO4 + 3 NaOH Na3PO4 + H2O

A planilha agora estar assim:

REAGENTES (balanceamento parcial) PRODUTOS (balanceamento parcial) TOMOS QUANTIDADE TOMOS QUANTIDADE

Na 3 (OK) Na 3 (OK) P 1 P 1 H 4 H 2 O 5 O 5

Com esta operao, alm de alterar o nmero de tomos de sdio nos reagentes,

alteramos tambm o nmero de hidrognios e tambm o nmero de oxignios, fazendo

com que a situao agora seja a seguinte:

REAGENTES (balanceamento parcial)

PRODUTOS (balanceamento parcial)

TOMOS QUANTIDADE TOMOS QUANTIDADE Na 3 (OK) Na 3 (OK) P 1 P 1


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H 6 H 2 O 7 O 5

Vamos agora balancear os hidrognio colocando o coeficiente 3 na frente da frmula da

gua no produto. Ou seja:

H3PO4 + 3 NaOH Na3PO4 + 3 H2O

E agora a planilha fica assim:

REAGENTES (balanceamento parcial) PRODUTOS (balanceamento parcial) TOMOS QUANTIDADE TOMOS QUANTIDADE

Na 3 (OK) Na 3 (OK) P 1 P 1 H 6 (OK) H 6 (OK) O 7 (OK) O 7 (OK)

Podemos verificar que, com esta ltima operao, o oxignio tambm fica acertado.

Alm disto, o nmero de tomos de fsforo (P) no foi alterado. Assim, a equao j

est devidamente balanceada. Ou seja, a planilha agora fica assim:

REAGENTES (balanceamento COMPLETADO)

PRODUTOS (balanceamento COMPLETADO)

TOMOS QUANTIDADE TOMOS QUANTIDADE Na 3 (OK) Na 3 (OK) P 1 (OK) P 1 (OK) H 6 (OK) H 6 (OK) O 7 (OK) O 7 (OK)

Exerccios resolvidos:

1. Um mtodo muito utilizado para se obter gs oxignio em escala de laboratrio

fazer a decomposio trmica (aquecimento) do clorato de potssio (KClO3), usando o

dixido de mangans (MnO2) como catalisador (que diminui a temperatura necessria

para fazer a decomposio).

A equao no balanceada desta reao :

KClO3 KCl + O2

Verificamos que o nmero de tomos do metal potssio e do ametal cloro est

igualado.

Verificamos tambm que no lado dos reagentes h 3 tomos de oxignio, ao passo que

do lado dos produtos h 2.


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Uma boa estratgia preliminar tornar par o nmero de tomos, para evitar o uso de

coeficientes fracionrios (mas podemos usar, sem problemas).

Assim, preliminarmente podemos colocar o coeficiente 2 na frente da frmula de KClO3

e tambm na frente da frmula do KCl, para no desajustar o nmero de tomos de

potssio. Fica ento assim:

2 KClO3 2 KCl + O2

Verificamos agora que temos 2 x 3 = 6 tomos de oxignio no lado do reagente e

apenas 2 tomos de oxignio no lado dos produtos.

Este problema facilmente resolvido colocando o coeficiente 3 na frente da frmula de

O2.

Teremos ento:

2 KClO3 2 KCl + 3 O2

E a equao est devidamente balanceada.

2. Outro mtodo, bem mais simples, para a obteno de gs oxignio em escala de

laboratrio, consiste na reao de decomposio do perxido de hidrognio (H2O2)

contido, por exemplo, na gua oxigenada comercial.

Esta reao acelerada usando-se catalisadores, tais como o dixido de mangans

(MnO2).

A equao no balanceada para esta reao :

H2O2 H2O + O2

Vamos balancear a equao

Vemos que o nmero de tomos de hidrognio est igual em ambos os lados da

equao.

Mas, no lado dos reagentes h 2 tomos de oxignio (no H2O2) e do lado dos produtos

h 3 (1 no H2O e 2 no O2).

Novamente convm tornar par o nmero de tomos, para simplificar o processo de

balanceamento.


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Fazemos isto colocando um coeficiente 2 na frente da molcula de H2O no produto. Ao

fazermos isto devemos fazer a mesma coisa na frente da molcula de H2O2 no reagente

para no desequilibrar os tomos de hidrognio. Ento fica:

2 H2O2 2 H2O + O2

E a equao j est devidamente balanceada.

3. Faremos agora o balanceamento de uma equao mais difcil.

Seja a equao da reao de neutralizao total do cido fosfrico - H3PO4 - com

hidrxido de clcio -Ca(OH)2.

A equao no balanceada :

H3PO4 + Ca(OH)2 Ca3(PO4)2 + H2O

Para balancear esta equao usaremos novamente a nossa a planilha de balanceamento.

Mas antes analisaremos as frmulas que contm agrupamento de tomos entre

parntesis, pois estas podem causar alguma confuso.

Seja a frmula do fosfato de clcio Ca3(PO4)2.

Esta frmula escrita assim, ao invs de Ca3P2O8 (que seria perfeitamente correto) para

ressaltar que o agrupamento (radical) PO4 no se alterou durante a reao.

Ou seja, presente no cido fosfrico H3PO4 - e tambm no fosfato de clcio

Ca3(PO4)3.

Este detalhe muito importante para qumicos: Preservar agrupamentos (radicais) que

no se alteram durante as reaes.

Voltemos ento para a equao:

H3PO4 + Ca(OH)2 Ca3(PO4)2 + H2O E vamos montar a nossa planilha, com os indicadores iniciais (equao no balanceada):

REAGENTES (Antes de Balancear) PRODUTOS (antes de Balancear) TOMOS QUANTIDADE TOMOS QUANTIDADE

Ca 1 Ca 3 P 1 P 2 H 5 H 2 O 6 O 9


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Comeando pelo nmero de tomos de metal clcio (Ca), podemos ajustar o nmero

destes tomos colocando o coeficiente 3 na frente da frmula do Ca(OH)2 no lado dos

reagentes.

Ento teremos, o balanceamento parcial, lembrando que com esta ao mexemos

tambm no nmero de tomos de hidrognio e oxignio:

H3PO4 + 3 Ca(OH)2 Ca3(PO4)2 + H2O

A nossa planilha ficar, ento:

REAGENTES (Balanceamento Parcial) PRODUTOS (Balanceamento Parcial)

TOMOS QUANTIDADE TOMOS QUANTIDADE Ca 3 OK Ca 3 OK P 1 P 2 H 6 H 2 O 10 O 9

Vamos agora balancear os tomos de fsforo. Para isso basta colocarmos o coeficiente

2 na frente da frmula do cido fosfrico no lado dos reagentes. Ou seja:

2 H3PO4 + 3 Ca(OH)2 Ca3(PO4)2 + H2O

Agora a nossa planilha fica, lembrando que mexemos novamente no nmero de tomos

tanto de hidrognio quanto de oxignio, assim:

REAGENTES (Balanceamento Parcial)

PRODUTOS (Balanceamento Parcial)

TOMOS QUANTIDADE TOMOS QUANTIDADE Ca 3 OK Ca 3 OK P 2 OK P 2 OK H 12 H 2 O 14 O 9

Agora acertaremos o nmero de tomos de hidrognio, colocando o coeficiente 6 na

frente da formula da gua, lembrando que mexemos novamente no nmero de tomos

de oxignio, que demanda a nossa ateno.

2 H3PO4 + 3 Ca(OH)2 Ca3(PO4)2 + 6 H2O

A nossa planilha fica assim:


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REAGENTES (Balanceamento Parcial)

PRODUTOS (Balanceamento Parcial)

TOMOS QUANTIDADE TOMOS QUANTIDADE Ca 3 OK Ca 3 OK P 2 OK P 2 OK H 12 OK H 12 OK O 14 OK O 14 OK

E a equao est corretamente balanceada.

Reforamos que balancear equaes simplesmente uma questo de contabilidade.

Conferir e acertar o nmero de tomos de cada elemento no lado dos reagentes e no lado

dos produtos.

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