1 QUÍMICA GERAL E BIOQUÍMICA (1º ano/1º ciclo) Módulos I e II – QUÍMICA GERAL (Química...

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QUÍMICA GERAL E BIOQUÍMICA (1º ano/1º ciclo)

Módulos I e II – QUÍMICA GERAL

(Química Inorgânica e Química-Física)

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BIBLIOGRAFIA RECOMENDADABIBLIOGRAFIA RECOMENDADA

• LivroLivro: Química. 8ª ed. Mac-Graw Hill de Portugal, Lda. : Química. 8ª ed. Mac-Graw Hill de Portugal, Lda. Raymond Chang (2005)Raymond Chang (2005)

• Texto de apoio às aulas práticasTexto de apoio às aulas práticasNoções básicas de segurança no laboratório. Materiais e utensílios de Noções básicas de segurança no laboratório. Materiais e utensílios de laboratório. (à venda na AEISA).laboratório. (à venda na AEISA).

TABELA PERIÓDICA E MÁQUINA DE CALCULAR – trazer sempre para as aulas, testes e exames

É obrigatório o uso de bata em todas as aulas

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Avaliação de Conhecimentos Módulo I

3 testes parciais ou

Exame parcelar do Módulo I

ou

Exame final

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Relações Mássicas em Reacções Químicas

• Massa Atómica

• N.º de Avogadro e Massa Molar

• Massa Molecular

• Reacções Químicas e Equações Químicas

• Quantidades de Reagentes e Produtos

Química (8ª edição), R. Chang (2005) – CAPÍTULO 3, sub-capítulos: 3.1; 3.2; 3.3; 3.7; 3.8.

EQUILÍBRIO QUÍMICO E PROCESSOS DE SÍNTESE INDUSTRIAL

Para as aulas 1 e 2, rever capítulo 2 (CHANG) – estrutura dos átomos, nº atómico, nº de massa eisótopos, moléculas e iões, compostos iónicos e moleculares, fórmulas químicas e nomenclatura de compostos inorgânicos.

Módulo I – Aula nº 1

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Por definição: 1 átomo 12C «pesa» 12 u

Nesta escala:1H = 1,008 u

16O = 16,00 u

Massa atómica é a massa de um átomo em unidades de massa atómica (u).

Mundo Micro(átomos e moléculas)

Mundo Macro(gramas)

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Azoto (N):

99,63% 14N (14,003 u)

0,37% 15N (15,000 u)

14,003 × 99,63 + 15,000 × 0,37100

= 14,007 u

Massa atómica média do azoto:

Nº de massa = nº protões + número de neutrões = 7+7=14 no 14N ou = 7+8=15 no 15N

14,01 u (4 algarismos significativos).

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Massa atómica média (14,01 u)

Número atómico = nº protõesMassa atómica

Metais

Metalóides

Não-metais

8

Lítio é:

7,5% 6Li (6,015 u)

92,5 % 7Li (7,016 u)

Massa atómica média do lítio:

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Massa atómica média (6,941)

Número atómicoMassa atómica

Metais

Metalóides

Não-metais

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Uma mole (mol) é a quantidade de substância que contém 6,0221367 × 1023 entidades elementares

(átomos, moléculas ou outras partículas) (tantas quantas existem em, exactamente, 12 g de 12C)

1 mol = 6,0221367 × 1023 = NA

Número de Avogadro (NA)

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Massa molar é a massa de 1 mole de em gramasovos

sapatosberlindesátomos

1 mole átomos 12C = 6,022 × 1023 átomos = 12,00 g

1 átomo 12C = 12,00 u

1 mole átomos 12C = 12,00 g 12C

1 mole átomos de azoto = 14,01 g de N

Para qualquer elemento massa atómica (u) = massa molar (gramas)

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Massa atómica média (14,01 u)

Número atómicoMassa atómica

Metais

Metalóides

Não-metais

Massa molar do N = 14,01 g mol-1

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Uma mole de…

C S

Cu Fe

Hg

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Compreende a Massa Molar?

Quantos átomos existem em 0,551 g de potássio (K)?

Massa molar1 mol K = 39,10 g K

Nº Avogadro1 mol K =

= 6,022 × 1023 átomos K

Massa depotássio (0,551g)

Nº moles depotássio

Nº átomos depotássio

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Massa depotássio (0,551g)

Nº moles depotássio

1 mol K = 39,10 g K

sendo:n - nº moles de K (mol)m - massa de K (g)M - massa molar (g mol–1)

n = mM 39,10 g mol-1 K

0,551 g K =

= 1,409 ×10-2 mol K

Duas possibilidades de resolução

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Nº Avogadro: 1 mol K = 6,022 × 1023 átomos K

Nº moles depotássio (1,409 ×10-2 mol K)

Nº átomos depotássio

1 mol K 6,022 × 1023 átomos K1,409 ×10-2 mol K x átomos K

1 mol K1,409 ×10-2 mol K6,022 ×1023 átomos K × x =

x = 8,49 ×1021 átomos K

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Massa molecular (ou peso molecular) é a soma das massas atómicas (em u) dos átomos da molécula.

NH3

1N 14,01 u

3H + 3 × 1,008 u NH3 17,03 u

Para qualquer molécula massa molecular (u) = massa molar (gramas)

1 molécula NH3 = 17,03 u

1 mole NH3 = 17,03 g NH3

Massa molar (NH3) = 17,03 g mol-1

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Compreende a Massa Molecular?

Quantos átomos de H existem em 12,5 g de NH3 ?

Massa molecular

Nº Avogadro

Massa de NH3

Nº moles de NH3

Nº átomos de H

Nº molesde H

Nº átomos H em cada molécula

Massa molar Resultado: 1,33 × 10 24 átomos de H

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Um processo no qual uma substância (ou substâncias) se transforma numa ou mais novas substância é uma reacção química.

Uma equação química usa símbolos químicos para mostrar o que acontece durante uma reacção.

reagentes produtos

3 maneiras de representar a reacção de H2 com N2 para formar NH3

Três moléculas de hidrogénio + Uma molécula de azoto 2 moléculas de amoníaco

3H2 + N2 2 NH3

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Como «Ler» Equações Químicas

N2 + 3H2 2NH3

1 molécula N2 reage com 3 moléculas H2 para dar 2 moléculas NH3

1 mol N2 reage com 3 mol H2 para dar 2 mol NH3

28,02 gramas N2 reagem com 6,048 gramas H2 para dar 34,06 g NH3

e não é

1 g N2 reage com 3 g H2 para dar 2 g NH3

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Acertar Equações Químicas

1. Escreva a(s) fórmula(s) correcta (s) do(s) reagente(s) no lado esquerdo e a(s) fórmula(s) correcta(s) do(s) produto(s) no lado direito da equação.

O etano reage com oxigénio para formar dióxido de carbono e água

C2H6 + O2 CO2 + H2O

2. Altere os coeficientes estequiométricos (números que antecedem as fórmulas) para que o número de átomos de cada elemento seja igual em ambos os lados da equação.

2CO2 e não C2O4

Não altere os índices (números no seio das fórmulas)

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3. Comece por acertar os elementos que aparecem apenas num reagente e num produto.

C2H6 + O2 CO2 + H2O • Comece por C ou H, mas não O

2 carbonosà esquerda

1 carbonoà direita

• Multiplique CO2 por 2

C2H6 + O2 2CO2 + H2O

6 hidrogéniosà esquerda

2 hidrogéniosà direita

• Multiplique H2O por 3

C2H6 + O2 2CO2 + 3H2O

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4. Acerte os elementos que aparecem em dois ou mais reagentes ou produtos.

C2H6 + O2 2CO2 + 3H2O • Multiplique O2 por 72

2 oxigéniosà esquerda

4 oxigénios(2×2)

+ 3 oxigénios(3×1)

= 7 oxigénio à direita

C2H6 + O2 2CO2 + 3H2O72

• Remova a fracção multiplicando ambosos lados por 2

2C2H6 + 7O2 4CO2 + 6H2O

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5. Assegure-se de que tem o mesmo número de cada tipo de átomo em ambos os lados da equação.

2C2H6 + 7O2 4CO2 + 6H2O

Reagentes Produtos

4 C

12 H

14 O

4 C

12 H

14 O

4 C (2 × 2)

12 H (2 × 6)

14 O (7 × 2)

4 C

12 H (6 × 2)

14 O (4 × 2 + 6)

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Como informação adicional indicam-se, na equação química, os estados físicos dos reagentes e dos produtos :

g – gasosol – líquidos – sólidoaq – em meio aquoso

N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g)

2HgO (s) 2Hg(l) + O2 (g)

KBr (aq) + AgNO3 (aq) KNO3 (aq) + AgBr (s)

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Convém ainda referir que muitas reacções químicas são “reversíveis”, o que, nas equações químicas que traduzem as referidas reacções, é indicado por uma dupla seta:

N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g)

KBr (aq) + AgNO3 (aq) KNO3 (aq) + AgBr (s)

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1. Escreva a equação química acertada.

2. Converta as quantidades de substâncias conhecidas em moles.

3. Utilize os coeficientes das equações acertadas para calcular o número de moles da quantidade procurada.

4. Converta as moles de quantidade procurada nas unidades desejadas.

Alterações de Massa em Reacções Químicas

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O metanol arde no ar de acordo com a equação não acertada

CH3OH + O2 CO2 + H2O

Se 209 g de metanol são utilizadas na combustão, que massa de água é produzida?

massa molarCH3OH

Coeficientes esteq.equação química

massa molarH2O

Resultado: 235 g H2O

1 - Acertar a equação química

Massa (g)CH3OH

moles CH3OH

moles H2O

Massa (g) H2O

2 -

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• Comece por acertar os elementos que aparecem apenas num reagente e num produto.

CH3OH + O2 CO2 + H2O • Comece por C ou H, mas não O

1 carbonoà esquerda

1 carbonoà direita

• nº de carbonos está certo

CH3OH + O2 CO2 + H2O

4 hidrogéniosà esquerda

2 hidrogéniosà direita

• Multiplique H2O por

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• Acerte os elementos que aparecem em dois ou mais reagentes ou produtos.

= 3 oxigénios à esquerda

2

CH3OH + O2 CO2 + 2H2O

+ 2 (2×1)

• Multiplique O2 por

= 4 oxigénio à direita

CH3OH + O2 CO2 + 2H2O • Remova a fracção multiplicando ambosos lados por 22CH3OH + 3O2 2CO2 + 4H2O

Falta 1 O

1 + 2

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2. Converta a quantidade de metanol em moles.

3. Utilize os coeficientes da equação acertada para calcular o número de moles de água.

4. Converta as moles de água em massa.

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Química em Acção

Necessidades das plantas:

• C, H, O

• N, P, K (macronutientes principais)• Ca, S e Mg (macronutrientes secundários)• Fe, Cu, Zn, Mn, Ni,Cl, B, Mo (micronutrientes)

Fontes de elementos para as plantas:

• C - CO2 (g) existente na atmosfera• H - H2O• O - H2O e CO2 (g) e O2 (g) atmosférico• N - o azoto molecular (N2 (g)) existente na atmosfera não é directamente utilizável pelas plantas

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Química em Acção

Principais formas de N utilizáveis pelas plantas:

• NH4+/NH3

• NO3-

Origem:

• Bactérias existentes no solo e em simbiose com algumas espécies de plantas como as leguminosas

• Descargas eléctricas na atmosfera

• Decomposição de detritos vegetais e animais

Na maior parte das situações estas fontes de N são insuficientes para suprir as necessidades das culturas

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Química em Acção

Qual a matéria-prima para o fabrico de fertilizantes azotados?

O NH3 é obtido industrialmente pelo processo Haber-Bosh

NH3

Aplicação de fertilizantes (adubos) “químicos” azotados:

•(NH4)2SO4

• NH4NO3

• Ca(NO3)2

• (NH2)2CO

• NH3

N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g)

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Química em Acção

Utilizações do amoníaco (NH3):

• Indústria química – produção de fertilizantes, produção de ácido nítrico, síntese de ureia, produção de detergentes, etc;

• Indústria do frio, do papel e alimentar – fluído refrigerante;

• Indústria têxtil – dissolvente;

• Indústria petroquímica;

• etc...

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