QUI109 – QUÍMICA GERAL (Ciências Biológicas) 3ª aula / 2016-2 Prof. Mauricio X. Coutrim (disponível em: http://professor.ufop.br/mcoutrim) Massa / Mol Massa é uma medida invariável da quantidade de matéria contida em um objeto. Peso é a força da atração entre um objeto e sua vizinhança (Terra). Mol é uma quantidade definida (de matéria) = 6,022.1023 (Número de Avogadro). Massa Molar é a massa, em g, de uma quantidade igual a 1 mol (6,022.1023) de matéria (molécula, íons, etc). Massa / Mol Questão: Qual a massa, em g, de 6,022.1023 (1 mol) átomos do isótopo 12 do carbono (12C)? Resposta: Exatamente 12,000 g! Questão: Qual a massa, em g, de 1 átomo do isótopo 12 do carbono (12C)? Resposta: Exatamente 12,000 g / 6,022.1023 = 1,9927.10-23 g = 12u (unidade de massa atômica). Questão: Qual a massa, em g, de 1 u? Resposta: Exatamente 12,000 g / 12 = 1,6606.10-24 g ESTEQUIOMETRIA A estequiometria é a relação quantitativa existente entre as espécies químicas que reagem entre si. Estratégia para resolver cálculos estequiométricos Muitas reações de combinação são de oxidação / redução A solução de problemas envolvendo estequiometria dependem dos coeficientes estequiométricos da equação química corretamente balanceada 03/10/2016 Química Analítica I Prof. Mauricio Xavier Coutrim 4 ESTEQUIOMETRIA Exemplos de problemas envolvendo estequiometria 1) Qual a massa de AgNO3 (169,9 g/mol) necessária para converter 2,33 g de Na2CO3 (106,0 g/mol) para Ag2CO3 (275,7 g/mol)? Qual a massa de Ag2CO3 (275,7 g/mol) que se formará? (R. 6,06 g de Ag2CO3) Eq. da reação: 2 AgNO3 (aq) + Na2CO3 (aq) Ag2CO3 (s) + 2 NaNO3 (aq) 2) Qual a massa de Ag2CO3 (275,7 g/mol) formada quando 25,0 mL de AgNO3 (169,9 g/mol) 0,200 mol.L-1 são misturados com 50,0 mL de Na2CO3 (106,0 g/mol) 0,0800 mol.L-1? (R. 0,689 g de Ag2CO3) Eq. da reação: 2 AgNO3 (aq) + Na2CO3 (aq) 03/10/2016 Química Analítica I Prof. Mauricio Xavier Coutrim Ag2CO3 (s) + 2 NaNO3 (aq) 5 REAGENTE LIMITANTE Reagente limitante da reação é aquele reagente que é totalmente consumido na reação (que determina o final da reação) Os demais reagentes da reação são ditos em excesso! Questão: Qual a massa de amônia (NH3) formada na reação de 84,0 g de N2 com 12,0 g de H2? E qual é o reagente limitante? Reação: N2(g) + H2(g) NH3(g) Dica: utilize a estratégia apresentada anteriormente Resposta: 68,0 g de NH3 e reagente limitante = H2 RENDIMENTO DE REAÇÃO O rendimento de uma reação é calculado em termos percentuais Rendimento (%) = [ quantidade real (obtida) / quantidade teórica ] x 100% Questão: Qual o rendimento de reação quando 3,50 g de Na3PO4 reage com 6,40 g de Ba(NO3)2 formando 4,70 g de Ba3(PO4)2? 2 Na3PO4 + 3 Ba(NO3)2 Ba3(PO4)2 + .... [ 6 NaNO3] Resposta: 95,5% REAÇÃO EM SOLUÇÃO AQUOSA São reações envolvendo compostos iônicos Exemplo: dissolução de calcário (formação de estalactites) CaCO3(s) + H2O(L) + CO2(aq) Ca(HCO3)2(aq) A água (composto não iônico) é um bom solvente para compostos iônicos (os íons ficam solvatados e conduzem corrente elétrica). REAÇÃO EM SOLUÇÃO AQUOSA Formação de eletrólito (compostos iônicos) em água Soluções com eletrólitos conduzem eletricidade Reações de precipitação (formam produtos insolúveis) = precipitado Pb(NO3)2(aq) + 2 KI(aq) PbI2(s) + 2 KNO3(aq) AgNO3(aq) + KCl(aq) AgCl(s) + KNO3(aq) Reações de dupla troca (produtos = troca de íons dos reagente) CaCl2(aq) + Na2CO3(aq) CaCO3(s) + 2 NaCl(aq) Equação iônica: Ca2+(aq) + 2Cl-(aq) + 2Na+(aq) + CO32-(aq) CaCO3(s) + 2Na+(aq) + 2Cl-(aq) Ca2+(aq) + CO32-(aq) CaCO3(s) REAÇÃO EM SOLUÇÃO AQUOSA FORMAÇÃO DE PRECIPITADO: Compostos iônicos que formam precipitado em água REAÇÃO EM SOLUÇÃO AQUOSA Conceito ácido/base de BrØnsted e Lowry (compostos iônicos) Ácido: doa próton / Base aceita próton Base conjugada: espécie formada após a doação do próton Ácido conjugado: espécie formada com o próton doado pelo ácido A tendência para o solvente aceitar ou doar prótons determina a força do soluto (ácido ou base) dissolvido Ácido forte (totalmente dissociado) e fraco (parcialmente dissociado) REAÇÃO EM SOLUÇÃO AQUOSA Reações de neutralização (ácido / base) Um ácido e uma base formam um sal e água HCl(aq) + NaOH(aq) NaCl(aq) + H2O(L) Mg(OH)2(s) + 2 HCl(aq) MgCl2(aq) + 2 H2O(L) Mg(OH)2(s) + 2 H+(aq) Mg2+(aq) + 2 H2O(L) (equação iônica simplificada) Com formação de precipitado H2SO4 + Ba(OH)2 BaSO4(s) + 2 H2O(L) antiácido Com formação de gás HCl(aq) + NaHCO3(aq) NaCl(aq) + H2CO3 H2O(L) + CO2(g) REAÇÃO EM SOLUÇÃO AQUOSA Reações de oxidação e redução São reações que ocorrem com transferência de elétrons (muitas dessas reações envolvem compostos iônicos) Oxidação: perda de elétrons por uma substância Redução: ganho de elétrons por uma substância Fe(s) + 2 H+(aq) Fe2+(aq) + H2(g) Fe é oxidado (perde elétrons, aumenta a carga: 0 +2) H+ é reduzido (ganha elétrons, diminui a carga: +1 0) REAÇÃO EM SOLUÇÃO AQUOSA Reações de oxidação e redução Número de oxidação (nox) é carga do átomo (monoatômico, no composto ou no íon) Regras 1) Átomo elementar: nox = 0 (Ex. H2, Fe, O2, P, etc) 2) Íon monoatômico: nox = carga (Ex. Cl- nox = -1, Al3+ nox = +3) 3) Íons oxigênio: geralmente nox = -2 (nos peróxidos nox = -1: H2O2) 4) Íon hidrogênio: geralmente nox = +1 (nos hidretos nox = -1: NaH) 5) Íons halogênios: F- (sempre nox = -1) e demais (nox -1 ou positivo) 6) A soma do nox de todos os átomos em 1) Composto neutro = nox = 0 2) Íon poliatômico = carga do íon (NO3- nox = -1, CO32- nox = -2, etc) REAÇÃO EM SOLUÇÃO AQUOSA Reações de oxidação de metais em solução aquosa (reação de deslocamento) Na tabela são mostradas as semi reações dos metais Fe(s) Fe2+(aq) + 2é 2 H+(aq) + 2é H2(g) Fe(s) + 2 H+(aq) Fe2+(aq) + H2(g) REAÇÃO EM SOLUÇÃO AQUOSA A série de atividade dos metais ajuda a prever as reações (somente metais com atividade maior que o H reagem com ácidos) Fe(s) + 2 H+(aq) Fe2+(aq) + H2(g) Metais mais reativos: alcalinos e alcalinos terrosos Metais menos reativos: de transição família 10 e 11 (8B e 1B) Tabela periódica Observe que: Cu(s) + 2 Ag+(aq) Cu2+(aq) + 2 Ag(s) Cu 2+(aq) + 2 Ag(s) (não ocorre / Cu não oxida Ag) Questão: Cloreto de ferro (II) em solução oxidará magnésio metálico? Escreva as equações molecular e iônica. FeCl2(aq) + Mg(s) MgCl2(aq) + Fe(s) // Fe2+(aq) + Mg(s) Mg2+(aq) + Fe(s)