22-04-2011

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Reacções químicas

Aspectos qualitativos e quantitativos de uma reacção química

Prof. Luís Perna 2010/11

Grau de pureza de uma substância

• Muitos dos materiais que utilizamos

no dia-a-dia possuem impurezas e,

como tal, faz sentido falar-se em

grau de pureza.

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Grau de pureza de uma substância

• Os reagentes podem ser classificados de acordo com o seu

grau de pureza.

Exemplo

• Uma amostra de 200 kg de calcário (com teor de 80% de CaCO3) foi tratada com ácido fosfórico (H3PO4), de acordo com a seguinte equação química:

3 CaCO3(s) + 2 H3PO4(aq) Ca3(PO4)2(s) + 3 H2O(l) + 3 CO2(g)

Calcule a massa de Ca3(PO4)2 formado.

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Exercícios

• Uma central termoeléctrica consome, por dia, 14000 t de carvão com 20% de impurezas.

Calcule, para um dia:

a) a massa de dioxigénio necessária para a combustão do carvão;

b) a quantidade de dióxido de carbono produzida, supondo um rendimento de 70%.

a) m(O2) = 2,987 x 104 t

b) n(CO2) = 6,533 x 108 mol

Exercícios

• Para a produção industrial de soda cáustica (NaHO) faz-se reagir carbonato de sódio com hidróxido de cálcio segundo a seguinte equação química:

Na2CO3(s) + Ca(HO)2(aq) CaCO3(s) + 2 NaHO(aq)

Quando se faz reagir 265 kg de carbonato de sódio com 80% de pureza, qual a massa de soda cáustica que se obterá, supondo um rendimento de 100%?

a) m = 160 kg

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Exercícios

• Um constituinte do fermento utilizado para fazer crescer os bolos é o hidrogenocarbonato de amónio (NH4HCO3) que, quando aquecido, se decompõe segundo a equação:

NH4HCO3(s) NH3(g) + CO2(g) + H2O(g)

a) Explique como a reacção anterior justifica o crescimento do bolo.

b) Quando se usa 25,0 g de fermento com um teor de 80% em NH4HCO3:

i) determine o volume (CNPT) de CO2 libertado para o bolo durante "a cozedura", supondo um rendimento de 100%;

ii) calcule a quantidade de amoníaco libertada se o rendimento da reacção for de 80%.

i) V(CO2) = 5,67 dm3 ii) n(NH3) = 0,203 mol

Exercícios

• Fez-se reagir 290 g de uma amostra que continha 80% de tricloreto de fósforo com excesso de água de forma a produzir 124 g de HCl e solução aquosa de ácido fosforoso, segundo a seguinte equação química:

PCl3(s) + 3 H2O(l) H3PO3(aq) + 3 HCl(aq)

Determine o rendimento da reacção.

%= 67,1 %

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Como se classificam os sistemas?

Onde é que existe energia nos reagentes e produtos?

Na água, por exemplo, existe energia armazenada:

• nas ligações intramoleculares entre o átomo de oxigénio e os dois

átomos de hidrogénio na própria molécula;

• nas ligações intermoleculares entre o átomo de oxigénio da molécula

e um dos átomos de hidrogénio de uma outra molécula.

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Como se classificam as reacções quanto à variação da energia interna?

Nas reacções químicas, dado que há ruptura de algumas ligações e

formação de outras, existe, obviamente, variação da energia do sistema.

Quando os reagentes dão origem aos produtos, no decurso de uma

reacção, pode haver aumento ou diminuição da sua energia interna.

Reacções exoenergéticas e endoenergéticas

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Energia cinética e energia potencial

As moléculas podem ter vários tipos de energia:

• Energia cinética: vibracional (A), rotacional (B) e translacional (C).

• Energia potencial que está associada às ligações entre os átomos da

molécula (ligações intramoleculares) e associada às ligações entre as

próprias moléculas (ligações intermoleculares).

Uma reacção química, é um processo onde ocorrem, ruptura e/ou

formação de ligações químicas.

Associada a estas rupturas e ligações há sempre variação de energia.

Modelo de ligação covalente

Energia cinética e energia potencial

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Podemos perceber do exemplo anterior, que há libertação de energia na

formação de uma ligação (pois a energia do sistema diminuiu). Deste

modo facilmente se compreende que, se quisermos quebrar essa mesma

ligação, teremos de lhe fornecer a mesma quantidade de energia.

Energia cinética e energia potencial

A classificação duma reacção em termos energéticos depende

da energia de dissociação (ruptura de ligações) e da energia de

ligação (formação de novas ligações) que é posta em jogo.

Quando a reacção ocorre num sistema a pressão constante a

quantidade de energia (sob a forma de calor) envolvida é

equivalente à variação de entalpia, H.

Se a variação de entalpia de uma reacção for positiva a reacção

é endoenergética (endotémica), se for negativa a reacção é

exoenergética (exotérmica).

Balanço energético

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Reacções exoenergéticas (exotérmicas)

Suponhamos a seguinte reacção genérica:

A + B → C + D

Se a energia recebida por A e B para a ruptura de ligações for inferior à

energia libertada por C e D na formação de novas ligações, o excesso

de energia vai para o exterior.

A + B → C + D H < 0

Balanço energético

Reacções endoenergéticas (endotérmicas)

Suponhamos a seguinte reacção genérica:

A + B → C + D

Se a energia recebida por A e B para a ruptura de ligações for superior

à energia libertada por C e D na formação de novas ligações, a energia

em falta será fornecida pelo exterior.

A + B → C + D H > 0

Balanço energético

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Energias médias de ligação

Exemplo 1

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Exemplo 2

Exercícios

Resposta: H = -126 kJmol-1

Resposta: H = -546 kJmol-1

Resposta: H = 177 kJmol-1