Electricidade e magnetismo

26-03-2011
Reacções químicas
Aspectos qualitativos e quantitativos de uma
reacção química
Prof. Luís Perna 2010/11
O que é uma reacção química
• Uma reacção química é uma
transformação da matéria na qual
ocorrem mudanças qualitativas na
composição química de uma ou
mais substâncias reagentes,
resultando em um ou mais
produtos.
1
26-03-2011
O que é uma reacção química
Transformações físicas
• Uma transformação física consiste numa transformação em
que não há formação de novas substâncias pois não ocorre
qualquer alteração das propriedades características das
substâncias iniciais (reagentes).
Exemplos:
- Cromatografia.
- A água ferve numa chaleira ou condensa num copo frio.
- O ouro funde ou solidifica.
- A areia mistura-se com sais do mar.
- O vidro parte-se.
- Um pedaço de ferro magnetiza-se.
2
26-03-2011
Transformações químicas
• As transformações
químicas ocorrem,
quando existe a formação
de novas substâncias, isto
é, substâncias com
propriedades diferentes
das substâncias iniciais.
Exemplos:
- A fruta que amadurece na
fruteira.
- Um fósforo que arde.
- A fotossíntese realizada pelas
plantas.
- O enferrujamento do ferro.
A equação duma reacção química
• Podemos traduzir o que ocorre numa determinada reacção
química, simbolicamente, por uma equação química e nesta
temos:
Equação química:
Reagentes:
Produtos da reacção:
3
26-03-2011
Regras de escrita duma equação química
Representação das substâncias
• Todas as substâncias são representadas simbolicamente por
fórmulas químicas.
• Nas fórmulas químicas, além dos símbolos dos elementos,
figuram índices numéricos que traduzem o número de
átomos de cada elemento que constitui a unidade estrutural
da substância representada.
Molécula de amoníaco - NH3(g)
4
26-03-2011
Informações dadas pelas fórmulas químicas
• Qualitativas - quais os elementos que entram na sua
constituição.
• Quantitativas - quantos átomos de cada elemento entram na
constituição da unidade estrutural da substância.
Molécula de amoníaco - NH3(g)
• Os elementos que entram na sua constituição são o azoto (N)
e o hidrogénio (H) - informação qualitativa.
• A proporção de combinação é de 1 átomo de azoto (N) para 3
átomos de hidrogénio (H) - informação quantitativa.
Informações dadas pelas fórmulas químicas de
diferentes substâncias
• Fórmulas químicas de compostos moleculares
São fórmulas que traduzem a relação que existe entre os
átomos de cada elemento químico que compõe a unidade
estrutural – a molécula. Exemplo: CH4 Metano
Os compostos moleculares são constituídos por conjuntos de
átomos não metálicos e a molécula é electricamente neutra.
CH4
5
26-03-2011
Informações dadas pelas fórmulas químicas de
diferentes substâncias
• Fórmulas químicas de compostos iónicos
Traduzem a relação de proporção que existe entre os iões
positivos e negativos que constituem a substância.
O conjunto dos iões é electricamente neutro (átomos
metálicos e átomos não metálicos); a sua escrita tem de
respeitar algumas regras:
- o ião positivo figura sempre em
primeiro lugar;
- a carga eléctrica total tem de ser
neutra;
- em linguagem escrita (não simbólica),
o ião negativo lê-se antes do ião
positivo.
NaCl
Informações dadas pelas fórmulas químicas de
diferentes substâncias
• Fórmulas químicas dos metais
São iguais ao respectivo símbolo químico devido a não existir
um número definido de unidades estruturais mas sim uma
"rede metálica".
6
26-03-2011
Nomenclatura IUPAC de compostos inorgânicos
Nomenclatura IUPAC de compostos inorgânicos
7
26-03-2011
Nomenclatura IUPAC de compostos inorgânicos
Nomenclatura IUPAC de compostos inorgânicos
8
26-03-2011
Nomenclatura IUPAC de compostos inorgânicos
Nomenclatura IUPAC de compostos inorgânicos
9
26-03-2011
Nomenclatura IUPAC de compostos inorgânicos
Exercícios
10
26-03-2011
Leitura de uma equação química
• Considere-se a combustão do etano, que se pode traduzir
pela seguinte equação química:
2 C2H6(g) + 7 02(g)  4C02(g) + 6 H20(g)
Os dois lados da equação estão separados por uma seta []
quando se trata de uma reacção completa.
ou por duas semi-setas [  ]quando se trata de uma reacção
incompleta reversível.
O lado esquerdo da equação representa o conjunto dos
reagentes e o lado direito o conjunto dos produtos da
reacção.
Leitura de uma equação química
2 C2H6(g) + 7 02(g)  4C02(g) + 6 H20(g)
Cada fórmula é precedida por um número [se não houver
nenhum número significa que é 1].
Por exemplo, 2 C2H6(g)
Estes números representam a proporção de combinação em
que os reagentes reagem e em que os produtos se formam.
11
26-03-2011
Leitura de uma equação química
2 C2H6(g) + 7 02(g)  4C02(g) + 6 H20(g)
Cada fórmula é precedida por um número [se não houver
nenhum número significa que é 1].
Por exemplo, 2 C2H6(g)
Estes números representam a proporção de combinação em
que os reagentes reagem e em que os produtos se formam.
Nota: A escrita de uma equação química não implica que
todos os reagentes são consumidos no processo químico. A
existência de um reagente limitante determina até que ponto
a reacção pode continuar.
Leitura de uma equação química
2 C2H6(g) + 7 02(g)  4C02(g) + 6 H20(g)
A informação do estado físico das substâncias que intervêm
numa reacção química é de grande importância uma vez que
permite identificar as fases envolvidas ou seja, se o sistema é
homogéneo (uma só fase) ou heterogéneo! (mais que uma
fase).
As siglas atribuídas aos diferentes estados físicos ficam entre
parêntesis e sem espaço à frente da espécie química em
questão e são: (s), (c) – sólido, cristal, (l) - líquido, (g) - gasoso
e (aq) - aquoso (para substâncias que se encontrem
dissolvidas em água).
12
26-03-2011
Leitura de uma equação química
2 C2H6(g) + 7 02(g)  4C02(g) + 6 H20(g)
•
Leitura em termos de moléculas e átomos
Duas moléculas de etano no estado gasoso reagem com (+)
sete moléculas de oxigénio no estado gasoso dando origem
() a quatro moléculas de dióxido de carbono no estado
gasoso e (+) seis moléculas de água no estado gasoso.
Leitura de uma equação química
2 C2H6(g) + 7 02(g)  4C02(g) + 6 H20(g)
•
Leitura em termos do número de moles de moléculas, do
número de moles de átomos, do número de moles de iões
Duas moles de moléculas de etano no estado gasoso reagem
com (+) sete moles de moléculas de oxigénio no estado
gasoso dando origem () a quatro moles de moléculas de
dióxido de carbono no estado gasoso e (+) seis moles de
moléculas de água no estado gasoso.
13
26-03-2011
Na escrita de uma equação química é necessário não
esquecer:
 Cada substância que entra na reacção tem uma fórmula que não
pode ser alterada (Lei das proporções definidas).
 As substâncias que entram na reacção (reagentes e produtos) são
identificadas por fórmulas químicas intercaladas pelo sinal (+) e uma
seta () ou duas () que separa(m) o(s) reagente(s) (à esquerda)
do(s) produto(s) (à direita).
 Se um reagente ou um produto for sólido, deve colocar-se o símbolo
(s) ou (c) a seguir à respectiva fórmula química, (g) se for gás, (l) se
for líquido e (aq) se estiver em solução aquosa.
Na escrita de uma equação química é necessário não
esquecer:
 Uma equação química deve estar acertada em relação a cada
espécie de átomo presente: colocam-se coeficientes (designados
coeficientes estequiométricos) antes das fórmulas químicas, de
forma a assegurar o mesmo número de átomos de cada espécie,
tanto nos reagentes como nos produtos (Lei da Conservação da
Massa ou Lei de Lavoisier).
14
26-03-2011
Alguns tipos de reacções químicas
• Reacção de síntese - (também designada por combinação)
é uma reacção onde duas ou mais substâncias se combinam
directamente para formar um novo composto químico.
Exemplos:
1- Síntese do amoníaco
3 H2(g) + N2(g)  2 NH3(g)
2- Síntese da água
2 H2(g) + O2(g)  2 H2O(g)
Alguns tipos de reacções químicas
• Reacção de decomposição - é uma reacção em que um
composto químico se decompõe em duas ou mais
substâncias.
Exemplos:
1- Decomposição da água-oxigenada
2 H2O2(l)  2 H2O(l) + O2(g)
2- Decomposição térmica do carbonato de zinco

ZnCO3(s)  ZnO(s) + CO2(g)
15
26-03-2011
Alguns tipos de reacções químicas
• Reacção de simples troca - é uma reacção em que um
elemento substitui um outro num composto químico de
forma a produzir um novo composto e o elemento
deslocado.
Exemplos:
1- Reacção entre o ferro sólido e uma solução aquosa de
sulfato de cobre(II)
Fe(s) + CuSO4(aq)  FeSO4(aq) + Cu(s)
2- Reacção entre o cobre sólido e uma solução aquosa de
nitrato de prata
Cu(s) + 2 AgNO3(aq)  2 Ag(s) + Cu(NO3)2(aq)
Alguns tipos de reacções químicas
• Reacção de dupla troca - é uma reacção em que dois
compostos trocam os seus radicais para formar dois novos
compostos.
Exemplos:
1. Reacção entre as soluções aquosas de cloreto de potássio e
de nitrato de prata
KCl(aq) + AgNO3(aq)  KNO3(aq) + AgCl(s)
2. Reacção entre as soluções aquosas de ácido sulfúrico e de
cloreto de bário
H2SO4(aq) + BaCl2(aq)  BaSO4(s) + 2 HCl(aq)
16
26-03-2011
Exercício
(A) - Síntese
(B) - Dupla troca
(C) - Síntese
(D) - Simples troca
(E) - Dupla troca
Lei das proporções definidas ou lei de Proust
Joseph Louis Proust (1754 - 1826)
17
26-03-2011
Lei de Lavoisier
Antoine Lavoisier (1743-1794)
Acerto de uma equação química
18
26-03-2011
Exercícios
Exercícios
19
26-03-2011
Exercícios
(A)- II
(B)- IV
(C)- III
(D)- I
Exercícios
2 Al(l) + 3 BaO(s)  3 Ba(l) + Al2O3(s)
20
26-03-2011
Exercícios
2 Na(s) + 2 H2O(l)  2 NaHO(aq) + H2(g)
Mg(s) + 2 H2O(l)  Mg(HO]2(s) + H2(g)
Exercícios
(A) C3H8(g) + 5 O2(g)  4 H2O(g) + 3 CO2(g)
(B) CH3OH(l) + 3/2 O2(g)  2 H2O(g) + CO2(g)
(C) CaCO3(s)  CaO(s) + CO2(g)
21
26-03-2011
Factores que intervêm na velocidade das reacções
• Natureza dos reagentes - certas reacções são naturalmente
mais lentas do que outras. Os reagentes gasosos reagem,
normalmente, mais rapidamente que os líquidos e estes
mais rapidamente que os sólidos.
• Concentração dos reagentes - o aumento da concentração
dos reagentes aumenta o número de colisões efectivas,
aumentando, consequentemente, a velocidade da reacção.
Factores que intervêm na velocidade das reacções
• Temperatura – ao aumentar a temperatura ocorre um
aumento de energia cinética (agitação das moléculas e,
consequentemente, o número de colisões efectivas,
resultando um aumento na velocidade da reacção.
• Pressão - influencia consideravelmente a velocidade de
reacções em que pelo menos um dos reagentes está no
estado gasoso. O aumento da pressão diminui o volume,
aumentando o número de choques efectivos e,
consequentemente, a velocidade da reacção.
22
26-03-2011
Factores que intervêm na velocidade das reacções
• Superfície de contacto - ao aumentar a superfície de
contacto (triturar, por exemplo, um sólido (um reagente
sólido)), aumenta o número de colisões efectivas, que tem
como consequência um aumento na velocidade de reacção.
• Catalisadores - são substâncias químicas que aumentam ou
retardam a velocidade de uma determinada reacção e não
se consomem durante a mesma (catalisadores positivos ou
promotores e catalisadores negativos ou inibidores).
Quantidade de substância
• As substâncias químicas
apresentam diferentes unidades
estruturais nas quais se incluem
átomos, moléculas, iões e radicais.
• Um conjunto de milhares ou de
milhões destas unidades constitui
uma amostra dessas substâncias.
Para contabilizar, de modo mais
cómodo, estas unidades
estruturais os químicos
introduziram o conceito de mole.
Wilhelm Ostwald (1853-1932)
23
26-03-2011
Definição do conceito de mole
Pode, então, afirmar-se que:
Número de Avogadro
NA = 6,022 x 1023 mol-1 Constante de Avogadro
24
26-03-2011
Massa molar
• Numa mole de diferentes
substâncias há
exactamente o mesmo
número de partículas, no
entanto, as suas massas
são diferentes. Assim,
também podemos utilizar
uma outra forma de
quantificar uma
substância – pela massa
de uma mole, ou massa
molar.
Massa molar
• A massa molar (M) exprime-se em gramas por mol (g mol-1)
e relaciona a massa (m) de uma amostra de uma dada
substância com a quantidade de matéria (n), presente
nessa amostra, do seguinte modo:
25
26-03-2011
Volume molar
Tal como falamos em massa molar também podemos falar em
volume molar. Nos seus estudos nesta área, Avogadro, chegou
à Lei de Avogadro, que nos diz:
Volume molar
Pode definir-se o volume molar de um gás como:
Em determinadas condições
de pressão e temperatura,
o volume molar de um gás
relaciona-se com a
respectiva quantidade de
matéria (n) e com o volume
(V) que ele ocupa, do
seguinte modo:
26
26-03-2011
Relações entre n, N, m e V nas condições PTN
Exercícios
27
26-03-2011
Exercícios
Determine o nº total de átomos existentes nas 20,0 g de amoníaco.
R: 6,82 x 1024 átomos
Exercícios
28
26-03-2011
Exercícios
Reagente limitante e reagente em excesso
Há inúmeros factores que condicionam as mais variadas situações
do dia-a-dia.
Do mesmo modo, também há factores que condicionam as
reacções químicas que ocorrem em laboratório.
Por exemplo, poderá haver reagentes que não se encontrem em
proporções estequiométricas e que condicionem as quantidades
de produtos que se poderão formar.
29
26-03-2011
Reagente limitante e reagente em excesso
Reagente limitante e reagente em excesso
EM RESUMO
• Numa reacção química, em sistema aberto, o(s) reagente(s)
dá(ão) origem ao(s) produto(s) da reacção. O consumo total
de um reagente determina o finalizar da reacção.
• Se um dos reagentes é o reagente limitante, o(s) outro(s)
ficará(ão) em excesso.
• Como determinar qual dos reagentes é o limitante?
30
26-03-2011
Exemplo:
Reagente limitante e reagente em excesso
Considere-se a reacção entre 80 g de cobre e 50 g de
dioxigénio, traduzida pela equação química:
2 Cu(s) + O2(g)  2 CuO(s)
Dados: Ar(Cu) = 63,5; Ar(O) = 16,0
Qual será o reagente limitante nesta reacção?
Exemplo:
Reagente limitante e reagente em excesso
31
26-03-2011
Exercícios
a) Reagente limitante NO
b) O2 por reagir = 0,90 mol
Rendimento de uma reacção química
O rendimento de uma reacção, (η), é muito importante na
indústria química, pois é uma medida da extensão dessa
reacção.
O rendimento é uma grandeza adimensional, exprime-se em
percentagem e pode ser calculado usando a massa, a
quantidade de matéria (número de moles) ou o volume
ocupado (no caso dos gases) pela substância.
32
26-03-2011
Rendimento de uma reacção química
O rendimento poderá ser:
– igual a 100%, quando a reacção é completa;
– inferior a 100% quando a reacção é incompleta.
Um rendimento inferior a 100 % deve-se:
– à reversibilidade de alguns processos;
– ou à ocorrência de reacções secundárias em que um dos
reagentes é comum à reacção principal.
Rendimento de uma reacção química
O rendimento de uma reacção, (η), pode ser expresso em função
de diferentes grandezas.
Valor real – a quantidade química, o volume (gases) ou massa
real que se obtém, em determinadas condições, que têm de ser
explicitadas.
Valor Teórico – a quantidade química, o volume (gases) ou
massa teórica obtida de acordo com a estequiometria da
reacção, a partir do reagente limitante se o houver.
33
26-03-2011
Rendimento de uma reacção química
Exercícios
 (%) = 63,5 %
34
26-03-2011
Exercícios
A equação química que traduz a combustão do octano (C8H18)
[composto que entra na composição de todas as gasolinas] é a
seguinte:
2 C8H18(l) + 25 O2(g)  16 CO2(g) + 18 H2O(g)
1.
2.
Calcule a massa de CO2 formada num ambiente muito rico
em oxigénio quando se queimam 100 g de octano.
Numa outra situação, a combustão de 100 g de octano
originou 92 g de CO2. Calcule o rendimento da reacção
nesta situação.
1. m (CO2) = 308,8 g
2.  (%) = 29,8 %
Exercícios
Na combustão de 67,2 dm3 de propano (C3H8) com excesso de
oxigénio, em condições PTN, obtiveram-se 30,0 g de dióxido de
carbono.
1. Escreva a equação química que traduz a combustão do propano.
2. Determine o rendimento da reacção.
(7,6%)
-----------------------------------------------------------------------
Fizeram-se reagir 19,62 g de zinco metálico com ácido clorídrico em
excesso, tendo-se obtido 0,280 mol de cloreto de zinco e uma
determinada quantidade de hidrogénio gasoso.
1. Escreva a equação química da reacção em causa.
2. Qual o rendimento da reacção?
3. Determine o volume de hidrogénio formado, em condições PTN.
2.
93,3%
3.
6,3 dm3
35
26-03-2011
Exercícios
A combustão de uma determinada amostra de metano
numa reacção química com 90% de rendimento deu origem
a 13,44 dm3 de dióxido de carbono, em condições PTN.
1.
Escreva a reacção química da combustão do metano.
2.
Determine a massa de metano que reagiu.
m(CH4) = 10,7 g
36