aula de ESTEQUIOMETRIA IQG - UFRJ

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(Parte 1 de 6)

A área de estudo que examinaremos agora é conhecida como estequiometria, nome derivado das palavras gregas stoicheion (elemento) e metron (medida).

Estequiometria é uma ferramenta essencial a química.

Problemas tão diversos como medir a concentração de ozônio na atmosferaProblemas tão diversos como medir a concentração de ozônio na atmosfera, determinar o rendimento potencial de ouro a partir do mineral e avaliar diferentes processos para converter carvão em combustíveis gasosos são solucionados com princípios de estequiometria.

1) LEIS PONDERAIS E TEORIA ATÔMICADE DALTON

As Leis Ponderais das reações químicas são um conjunto de postulados que regem a lógica das reações químicas, relacionando a massa dos produtos e reagentes e também fazendo menção à quantidade de matéria dos mesmos.

a) Lei de Lavoisier ou lei da conservação da massa (matéria)

A estequiometria é baseada em entendimento de massas atômicas e em um princípio fundamental, a lei da conservação da massa: A massa total de uma substância presente ao final de uma reação química é a mesma massa total do início da reação.

O nobre francês e cientista Antonie Lavoisier (1734-1794) (FIGURA 1) descobriu essa importante lei química no final do século XVI.

Ou seja, a massa é sempre conservada em qualquer reação química. A partir disso, lembra-se da célebre frase dita por Lavoisier: "Nada se cria, nada se perde; tudo se transforma".

Deve-se ressaltar, a título de observação, que numa reação atômica (que não é reação química), a massa dos produtos é diferente da massa dos reagentes apenas se não se considerar prótons e nêutrons como produtos ou reagentes.

Com o avanço da teoria atômica, os químicos passaram a entender a base da lei da conservação da massa: Os átomos não são nem criados nem destruídos durante qualquer reação química.

Assim, o mesmo conjunto de átomos está presente tanto antes quanto depois da ã A d dt l ã é il treação. Asm udanças que ocorrem durante qualquer reação é simplesmenteu m rearranjo dos átomos.

b) Lei de PROUST ou lei da composição constante

A observação de que a composição elementar de um composto puro é sempre a mesma é conhecida como lei da composição constante (ou lei das proporções definitivas).

Figura 1 – Antoine Lavoisier (1734-1794) conduziu muitos estudos importantes sobre reações de combustão. Infelizmente, sua carreira foi interrompida cedo pela Revolução Francesa. Ele era membro da nobreza francesa e trabalhava como cobrador de impostos. Foi guilhotinado em 1794 durante os meses finais do Reino do Terror. Atualmente, ele é considerado o pai da química moderna por ter conduzido experimentos cuidadosamente controlados e por ter utilizado formas de medidas quantitativas.

Ela foi divulgada primeiro pelo químico francês Joseph Louis Proust (1754-1826) por volta de 1800.

Melhor dizendo, a razão entre o número de átomos de cada elemento que forma a molécula de um certo composto é sempre constante.

Por exemplo, na água sempre haverá 2 vezes mais átomos de hidrogênio do que átomos de oxigênio.

c) Lei de GAY-LUSSAC da combinação dos volumes

Dentro do âmbito da química e da física a lei da combinação dos volumes de Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1823, físico e químico francês) diz: Quando medidos sob as mesmas condições de temperatura e pressão, os volumes dos reagentes e produtos gasosos de uma reação estão na razão de números inteiros e pequenos.

Por exemplo: Quando os gases hidrogênio e oxigênio reagem para formar água gasosa, existe uma relação simples entre os volumes dos reagentes e dos produtos, se estes forem todos medidos na mesma pressão e temperatura.

2 volumes de hidrogênio + 1 volume de oxigênio → 2 volumes de água

2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(g) d) Lei de AVOGADRO (Relação quantidade-volume)

Amadeo Avogadro (1776-1856) interpretou a observação de Gay-Lussac propondo o que atualmente é conhecido como hipótese de Avogadro: volumes iguais de gases à mesma temperatura e pressão contêm números iguais de moléculas.

Por exemplo, experimentos mostram que 2,4 L de um gás a 00C e 1 atm contém 6,02 x 1023 moléculas de gás (isto é, 1 mol).

A lei de Avogadro resulta da hipótese de Avogadro: ov olumed eu mg ás mantido a temperatura e pressão constantes é diretamente proporcional à quantidade de matéria do gás. Isto é,

V = constante xn

Portanto, dobrando-se a quantidade de matéria do gás, o volume também dobra T P ttse T e P permanecerem constantes.

e)Teoria atômica de DALTON

Demócrito (460-370 a.C.)e outros filósofos gregos antigos pensavam que o mundo material deveria ser constituído de partículas indivisíveis muito pequenas que eram chamadas de átomos, o que significava ‘indivisíveis’.

Mais tarde, Platão (428/27-347 a.C.) e Aristóteles (384–322 a.C.) formularam a hipótese de que não poderia haver partículas indivisíveis; enfraquecendo a visão ‘atômica’ da matéria por vários séculos, durante os quais a filosofia aristotélica dominou a cultura ocidental.

A noção sobre átomos ressurgiu na Europa durante o século XVII, quando os cientistas tentaram explicar as propriedades dos gases.

Isaac Newton, o mais famoso cientista de seu tempo, defendeu a idéia da existência de átomos.

Quando os químicos aprenderam a medir a quantidade de matéria que reagia com outra para formar uma nova substância, a base par a teoria atômica estava proposta.

A teoria atômica surgiu durante o período 1803-1807 no trabalho de um professor inglês, John Dalton (1766-1844) (FIGURA 2).

Figura 2 – John Dalton (1766-1844) era filho de um tapeceiro inglês pobre. Dalton começou a dar aulas quanto tinha 12 anos. Passou a maior parte de sua vida em Manchester, onde lecionou tanto na escola secundária quanto na faculdade. Durante toda sua vida seu interesse em meteorologia o conduziu a estudar gases e, conseqüentemente, química. Estudava a teoria atômica eventualmente.

Argumentando a partir de um grande número de observações, Dalton estabeleceu os seguintes postulados:

1. Toda matéria é composta de partículas fundamentais, os átomos.

2. Os átomos são permanentes e indivisíveis, eles não podem ser criados nem destruídos.

3. Os elementos são caracterizados por seus átomos. Todos os átomos de um dado elemento são idênticos em todos os aspectos. Átomos de diferentes elementos têm diferentes propriedades.

4. As transformações químicas consistem em um combinação, separação ou rearranjo de átomos.

5. Compostos químicos são formados de átomos de dois ou mais elementos em ã fiuma razão fixa.

Sua teoria, por exemplo, explicou com sucesso por que a massa é conservada nas reações químicas.

De acordo com a teoria atômica de Dalton, átomos são os componentes básicos da matéria. Eles são as menores parte de um elemento que mantêm a identidade química desse elemento.

Como observado nos postulados da teoria de Dalton, um elemento é composto de apenas uma espécie de átomo, enquanto um composto contém átomos de dois ou mais elementos.

A teoria de Dalton explica várias leia simples de combinação química que eram conhecidas naquela época.

Uma delas era a lei da composição constante: em determinado composto o número relativo de átomos e seus tipos são constantes.

Outra lei química fundamental era a lei da conservação da massa (matéria): a massa total dos materiais presentes depois da reação química é igual à massa total antes da reação.

Dalton usou sua teoria para deduzir a lei das proporções múltiplas: se dois elementos, A e B, se combinam para formar mais de um composto, as massas de B d bi d A tã ã d úB, que podem se combinar com a massa de A,e stão na proporção den úmeros inteiros e pequenos.

Por exemplo: Na formação de água, 8,0 g de oxigênio combinam-se com 1,0 g de hidrogênio. Na água oxigenada existem 16,0 de oxigênio para 1,0 de hidrogênio. A proporção da massa de oxigênio por grama de hidrogênio nos dois compostos é 2:1. Usando a teoria atômica, podemos concluir que a água oxigenada contêm duas vezes mais átomos de oxigênio por átomos de hidrogênio do que a água.

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