Introduo Este trabalho nos mostra as Leis das Combinaes Qumicas e como o estudo da qumica como cincia comeou com estas leis. Iremos ver seus autores, o que as leis dizem e suas conseqncias. Veremos como a Lei das Combinaes Qumicas mostrou a existncia de certas relaes matemticas entre as quantidades massas e volumes.

LEIS DAS COMBINAES QUMICAS O estudo das leis das combinaes qumicas mostrou a existncia de certas relaes matemticas entre as quantidades (massas e volumes) das substncias participantes da reao. Estas relaes comearam a ser observadas no fim do sculo XVIII e constituem as chamadas leis das combinaes qumicas. As relaes entre as massas das substncias participantes das reaes constituem as chamadas leis ponderais e as relaes entre os volumes constituem as chamadas leis volumtricas. Com os conhecimentos atuais as leis das combinaes qumicas so evidentes; as frmulas das substncias e as equaes das reaes evidenciam claramente os enunciados das leis. Contudo, na poca em que foram enunciadas no havia sido estabelecida a teoria atmicomolecular de Dalton-Avogadro, portanto, no haviam sido estabelecidos os conceitos qumicos de tomo, molcula, massa atmica massa molecular, como tambm no eram conhecidas as frmulas moleculares das substncias e conseqentemente as reaes ainda no eram equacionadas como hoje em dia. Tudo isto surgiu depois de estabelecida a teoria atmico-molecular de DaltonAvogadro, teoria estabelecida justamente para explicar as leis das combinaes qumicas. Podemos dizer que o estudo da qumica como cincia comeou com as leis das combinaes qumicas. LEI DE LAVOISIER Nome: Lei de Lavoisier ou Lei da Conservao da Massa ou da conservao da matria. Autor: Antoine Laurent de Lavoisier (1743 1794): Qumico francs, cognominado o Pai da Qumica. Ainda jovem trocou o estudo de Advocacia pelo das cincias fsicas, e aos 25 anos de idade era membro da Academia de Artes e Cincia de Paris. Inicialmente poucos cientistas apoiaram suas idias, porm no para que se tornasse um eminente sbio. Por ser membro da Ferme Genrale, que arrecadavam imposto sobre tabaco, sal e importaes, durante a revoluo francesa, foi acusado de traio e decapitado. Enunciado da Lei: Numa reao qumica que ocorre em ambiente fechado, a massa total antes da reao igual massa total aps a reao. Ou, ento: A massa total dos reagentes igual massa total dos produtos. Ou, na sua forma mais conhecida: Na natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma. Demonstrao: A maneira clssica de comprovar a Lei de Lavoisier usar um tubo de vidro bifurcado, como mostra a figura abaixo; no ramo A, colocado uma soluo aquosa (incolor) de NaCl; no ramo B, colocada uma soluo aquosa (tambm incolor) de AgNO3. O tubo de vidro fechado hermeticamente e pesado com a mxima preciso.

A seguir, viramos o tubo de vidro, como indica a figura abaixo; as solues A e B se juntam, produzindo a reao: NaCL+AgNO3 _______________________ AgCL+ NaNO3 Que constatada pelo aparecimento de um precipitado branco (AgCl). Pois bem, pensando novamente o tubo de vidro, vamos constatar que a massa final igual massa inicial, apesar da reao qumica ocorrida.

Desdobramento e/ou conseqncia: Outra maneira simples de comprovar a Lei de Lavoisier com auxlio de uma lmpada de flash do tipo descartvel usada em fotografias. Esta experincia voc mesmo poder fazer: pese a lmpada antes e depois de usada, e ver que a massa a mesma. O que acontece com uma lmpada de flash? Inicialmente, ela contm fios de metal magnsio (Mg) e gs oxignio (O2); ao dispararmos`` a mquina fotogrfica; a lmpada acende`` devido a reao de 2Mg + O2 2MgO; podemos, ento, ver a lmpada esbranquiada, devido ao MgO, que um p branco. O peso`` da lmpada, entretanto, no mudou. Como a teoria atmica explica este fato? De um modo muito simples. Durante a reao, ocorre apenas uma reunio entre os tomos de magnsio e oxignio: + Mg O MgO Considerando que os tomos existentes antes da reao, continuam existindo aps a reao, a massa total no poder mudar. fcil perceber como a idia de tomos ia obrigando o aparecimento de smbolos, frmulas e equaes qumicas. Exerccios Resolvidos: 1) A reao entre 23g de lcool etlico e 48g de oxignio, produziu 27g de gua, ao lado de gs carbnico. Qual a massa de gs carbnico obtido? Resoluo: lcool etlico + oxignio______gua + gs carbnico 23g + 48g 27g + m De acordo com a lei da conservao da massa, temos: 23g + 48g = 27g + m # m = 44g

Respostas: 44g de gs carbnico. 2) Com base na reao: metano + oxignio (2x 6)g (4x + 8)g Determinar o valor de x: Resoluo: De acordo com a lei da conservao da massa, temos: 2x 6 + 4x + 8 = 5x 6 + 3x + 6 x = 10 2 Resposta: 10 3) Sabendo-se que 3,40g de nitrato de prata reagem com 1,17g de cloreto de sdio, dando 2,87g de cloreto de prata e 1,70g de nitrato de sdio. Numa segunda experincia, 1,50g de nitrato de prata foi adicionado a 0,351g de cloreto de sdio, dando 0,861g de cloreto de prata, 0,51g de nitrato de sdio e 0,48g de nitrato de prata em excesso. Demonstrar que os resultados esto de acordo com a Lei de Lavoisier sem usar frmulas nem equaes qumicas. Usando apenas os dados do problema. Resoluo: 1 experincia: 3,40 + 1,17 = 2,87 + 1,70 = 4,57g. 2 experincia: 1,50 + 0,351 = 0,861 + 0,48 = 1,851g. gs carbnico + gua (5x 6)g 3x + 6 g 2

LEI DE PROUST Nome: Lei de Proust, tambm chamada lei das propores Constantes, ou das Propores Fixas, ou das Propores Invariveis, ou das Propores Definidas. Autor: Joseph Louis Proust, em 1799, atravs da anlise de substncias puras, determinou que sua composio em massa era constante independentemente de seu processo de obteno. Enunciado da Lei: Uma determinada substncia pura, qualquer que seja sua origem, sempre formada pelos mesmos elementos qumicos, combinados na mesma proporo em massa. Demonstrao: Fazendo a reao A + B C+D Usando as massas mA e mB, obtendo mC e mD e posteriormente usando as massas mA + mB, obtendo mC em mD a Lei de Proust diz que: mA mB mC mA = mB = mC = mD mD

Vamos imaginar vrias amostras de gua (gua de chuva, gua do rio, gua de um lago, gua produzida artificialmente num laboratrio, etc.) vamos purificar a gua; e vamos demonstrar a gua, com auxlio de calor, eletricidade, etc, de

modo a separar o hidrognio do oxignio. Pesando todas as substncias, iremos chegar, por exemplo, seguinte tabela: Massa inicial da gua (gramas) 1. experincia 2. experincia 3. experincia 4. experincia Apesar das massas mudarem, a proporo sempre 90 36 2,7 450 Massa do Massa do oxignio hidrognio obtida obtida (gramas) (gramas) 10 80 4 32 0,3 2,4 50 400

Ou, em linguagem matemtica: H = 10 = 4 = 0,3 = 50 O 80 32 2,4 400 Todas as fraes so iguais, pois as simplificando d sempre 1. 8 Desdobramento e/ou conseqncia: A gua, qualquer que seja sua origem, sempre formada por H e O, e estes, por sua vez, sempre combinados na proporo de 1:8 em massa. interessante notar que na prpria frmula da gua, que usamos hoje em dia (H2O) est implcita gua, que usamos a proporo 1:8. De fato, considerando as massas atmicas H = 1 e O = 16, temos: H2O correspondente a 2g H para 16g O, que simplificada nos d 1:8. No podemos nos esquecer, porm, que em ordem cronolgica, primeiro foi descoberta a proporo 1:8 em laboratrio e depois surgiu a frmula H2O, exatamente em decorrncia daquela proporo. Como a Teoria Atmica explica a Lei de Proust? De um modo muito simples: admitindo que os tomos se unem em proporo, bem definidos para formar as substncias qumicas. Hoje sabemos que na gua, os tomos esto sempre reunidos na proporo de dois tomos de hidrognio para cada um tomo de oxignio.

+ mH Duplicando-se a quantidade de gua, teremos: mO

+

2mH

2mO

Agora a proporo entre as massas de hidrognio e oxignio 2mH/2mO, mas aps a simplificao, recairemos na proporo anterior, mH/mO. 1 conseqncia: Composio centesimal de uma substncia Composio centesimal de uma substncia so as porcentagens em massa dos elementos formadores dessa substncia. O clculo da composio centesimal um simples clculo aritmtico de porcentagens, baseado na lei de Proust. No exemplo da gua:

Para o Hidrognio Para o Oxignio

9g gua 100g gua 9g gua 100g gua

8g oxignio x g oxignio 8g oxignio y g oxignio

x = 11,11% H y = 88,88% O

Em decorrncia de Lei de Proust, dizemos, ento, que a gua tem composio centesimal fixa ou constante, a saber: 11,11% de hidrognio e 88,88% de oxignio (porcentagem em massa). 2 conseqncia: Clculo estequiomtrico Clculo estequiomtrico o clculo pelo qual prevemos as quantidades das substncias que participaro de uma reao qumica. Com o exemplo da reao do cido clordrico com o hidrxido de sdio, poderemos calcular a massa de cloreto de sdio que se formar numa terceira experincia, digamos, por exemplo, a partir de 14,6g de cido clordrico. Com o auxlio de uma regra de trs, temos: Na 1 exp.: 2,92g de HCl 4,68g de NaCl x = 23, 4g de NaCl Na nova exp.: 14,6g de HCl x g de NaCl Note que essa regra de trs s possvel porque a proporo entre as massas de HCl e NaCl permanece constante, conforme nos diz a Lei de Proust. Exerccios Resolvidos: 1) 6g de carbono reagem totalmente com 2g de hidrognio, produzindo metano. Determinar a composio centesimal do metano. 6g = 8g x 100g 2g = 8g y 100g x = 75g

y = 25g

Ento, em 100g de metano existem 75g de carbono e 25g de hidrognio. Resposta: 75% de carbono e 25% de hidrognio. 2) Fez-se uma experincia adicionando 100g de cloro a 100g de sdio; foram obtidos 164,8 gramas de cloreto de sdio permanecendo 35,2 gramas de sdio em excesso. Por outro lado consultando-se uma tabela de composies centesimais em peso encontra-se para o cloreto de sdio 39,32% de Na e 60,68% de Cl. Demonstrar que o resultado experimental e o da tabela esto de acordo com a lei de Proust. Resoluo: Pela experincia conclui-se que 64,8 gramas de sdio se combinaram com 100 gramas de cloro dando 164,8 gramas de cloreto de sdio; a relao entre as massas das substncias foi de 64,8:100:164,8. Pelo resultado da tabela conclui-se que 39,32 gramas de sdio se combinaram com 60,68 gramas de cloro dando 100 gramas de cloreto de sdio; a relao entre as massas das substncias portanto 39,32:60,68:100. Matematicamente as duas relaes so iguais, de acordo, portanto com a lei de Proust: 64,8 = 100 = 164,8 39,32 60,68 100 3) Em uma experincia adicionou-se 6g de clcio a 25g de bromo, so obtidos 20g de brometo de clcio com um excesso de 1g de bromo. Numa segunda experincia so adicionados 20g de clcio a 64g de bromo, foram obtidos 80g de brometo de clcio com 4g de clcio em excesso. Demonstrar se os resultados esto de acordo com a lei de Proust. Resoluo: Massa do clcio que reagiu na 1 Exp. = 6g Massa do bromo que reagiu na 2 Exp. = 25 1 = 24g m do clcio 6 1 m do bromo = 24 = 4 massa do clcio que reagiu na 2 Exp. = 20 4 = 16g massa do bromo que reagiu na 2 Exp. = 64g m do clcio 16 1 m do bromo = 64 = 4 A razo 1 comprova a Lei de Proust. 4 Temos que descontar as massas em excesso, pois elas esto em excesso porque no reagiram. LEI DE DALTON Nome: Lei de Dalton tambm chamada Lei das Propores Mltiplas Autor: Jonh Dalton (1766 1844). Depois de Berzelius ter esclarecido que duas ou mais substncias podem combinar-se em propores diferentes, com a condio de darem compostos diferentes, Dalton estudando estas propores notou que se fosse fixada a massa de uma das substncias as massas da outras guardavam entre si uma relao expressa por nmeros inteiros e pequenos (1, 2, 3, ...). Relao expressa por nmeros inteiros e pequenos chama-se relao simples. Em 1803 Dalton enunciou uma lei chamada lei das propores mltiplas.

Em 1808, props uma teoria denominada Teoria Atmica, que possibilitou o entendimento desses resultados experimentais em nvel microscpico. Enunciado da Lei: Quando dois elementos qumicos formam vrios compostos, fixando-se a massa de um dos elementos, a massa do outro elemento varia numa proporo de nmeros inteiros e, em geral, pequenos. Demonstrao: Sejam m1, m2, m3,... as massas de B que se combinam com massa fixa m de A, dando os compostos X, Y, Z,... Representando por a, b, c, ... nmeros inteiros e pequenos: A+B m m1 m1 = m2 = m3 a A+B m m2 A+B m m3 Z Y a:b:c relao simples b c X

Por exemplo:enxofre + + Oxignio Podem formar dois compostos 1 composto (Anidrido Sulfuroso) 2 composto (Anidrido Sulfrico)

ou

10g

10g

10g ouMassa Fixa

+

15g

Massa varivel

Notem que, com a massa fixa (10g) de enxofre, ora reagem 10g de oxignio, ora 15g de oxignio. Pois bem, a proporo 10/15, simplificada, d 2/3 que uma proporo de nmeros inteiros e pequenos, como diz a lei de Dalton.

enxofre

oxignio Anidrido Sulfuroso

Anidrido Sulfrico

Com um tomo (massa fixa) de enxofre, ora reagem dois tomos, ora reagem trs tomos de oxignio, conseqentemente, as quantidades (massas) de oxignio iro formar a proporo 2/3. Generalizando, podemos afirmar que isto ir acontecer em qualquer outro exemplo. De fato, a Teoria Atmica ao confirmar que o tomo indivisvel est dizendo, em outras palavras que, em qualquer composto, o nmero de qualquer elemento deve ser nmero inteiro; portanto, se os nmeros de tomos de oxignio no fossem 2 e 3, poderiam ser, por exemplo, 2 e 5, ou 3 e 4, etc, mas sempre teramos uma proporo de nmeros inteiros. Desdobramento e/ou conseqncia: Observe, tambm, que as frmulas usadas, hoje em dia, obedecem a esta idia: Anidrido Sulfuroso Anidrido Sulfrico Quantidade fixa de enxofre S [1] O [2] S [1] O [3] (S [1])

Quantidade de oxignio na proporo 2/3 (O [3]) Exerccios Resolvidos: 1) Num dos xidos de carbono existe 0,30g de carbono para 0,40g de oxignio. No outro xido existe 0,24g de carbono para 0,64g de oxignio Dizer se esses resultados esto de acordo com a Lei de Dalton. Resposta: Sim, pois, fixando-se o carbono, massas de oxignio ficaro na proporo 1:2. 2) Se haver dois xidos de enxofre contendo respectivamente 50% e 40% em massa de enxofre. Pergunta-se, se os dados estaro de acordo com a Lei de Dalton. Resposta: Sim, pois, fixando-se o enxofre, as massas de oxignio ficaro na proporo 2:3. 3) Descobrir os nmeros de prtons, de nutrons e de eltrons do tomo de carbono que apresenta Z = 6 e A = 13. Resoluo: Como Z = P e A = P + h, podemos escrever que N = A Z:

A=P A=P+n

A = P + n} A = Z + n}

n=AZ

Observando os clculos acima, voc pode notar que o nmero de nutrons dado pela diferena entre o nmero de massa e o nmero atmico. Como o tomo eletricamente neutro, o nmero de prtons sempre igual o nmero de eltrons. Assim: P = nmero de prtons} = P = E E = nmero de eltrons} Desse modo, temos: Z=6 A = 13 Z = P P= 6 e=6 n = A Z # n = 13 6 # 7

Resposta: o tomo de carbono tem seis prtons, sete nutrons e seis eltrons. LEI DE RICHTER WENZEL BERZELIUS Nome: Lei de Richter Wenzel Berzelius. tambm chamada Lei das Propores Recprocas ou Lei dos Nmeros Proporcionais ou Lei dos Equivalentes. Autor: Richter Wenzel Berzelius Enunciado da Lei: A proporo das massas, segundo a qual dois elementos B e C reagem entre si, ou igual, ou corresponde a uma proporo de mltiplos e submltiplos das massas com os quais cada um desses elementos reage separadamente com uma massa fixa de um outro elemento A. Demonstrao: Esquematizando, a lei nos diz se acontecer: A 1 reao 2 reao 3 reao Iremos ter mB mC Ou = mB mC mA mA B mB mB C

mC mC

1 composto 2 composto 3 composto

mB mC

= p

mB x mC x q

Onde (p) e (q) so nmeros inteiros em geral, pequenos. Observe o seguinte basta p e q serem nmeros inteiros para indicarem que: a) mB e mC formam uma proporo de mltiplos de mB e mC; por mB mC exemplo: mB mC = mB x 1/5 = mB x 4 mC x 1/4 mC x 5 aqui: p = 4 e q=5 = mB x aqui: p = 2 e 2 q=3 mC x 3 exemplo:

b) mB e mC formam uma proporo de submltiplos de mB e mC; por

c) finalmente se tivermos p = 1 e q = 1 mB = mB x 1 mC mC x 1 Iremos concluir que a frmula mB p mC q = mB x mC x

Acabar coincidindo com a frmula mB mC = mB mC

Por isto, usaremos, de agora em diante, somente a primeira. Exemplo no laboratrio constatamos que: ferro 1 reao 2 reao 3 reao 7g 7g enxofre 4g 12g oxignio 2g 12g Composto formado Sulfeto ferroso xido ferroso Anidrido Sulfuroso

Dividindo as massas do enxofre pelo oxignio, vemos que:

12 # 4 12 2 Mas: 12 = 4 . p 12 2.q onde p = 1 q=2

Desdobramento e/ou conseqncia: Equivalente grama de um elemento qumico a massa desse elemento que se combina com 8 gramas de oxignio. Qual a importncia de conhecermos os equivalentes dos elementos qumicos? Considerando as 8 gramas de oxignio, como sendo a massa fixa mA que aparece no esquema da Lei de Richter, os equivalentes gramas sero representados pelas massas, mB e mC. Ento iremos concluir que, numa reao futura, os equivalentes gramas reagiro entre si ou, na pior das hipteses, reagiro na proporo de seus mltiplos ou submltiplos simples. Exerccios Resolvidos: 1) Descobrir os nmeros de prtons, nutrons e eltrons do tomo representado por 32S 16 Resoluo: 32S indica um tomo de enxofre que apresenta: 16 Z = 16 e A = 32 Assim, temos Z = P P = 16 E = 16 A=P+n 32 = 16 + n N = 16 Resposta: O tomo tem 16 prtons, 16 eltrons, 16 nutrons. 2) Se analisarmos os compostos aminocido, xido ntrico e gua, encontraremos os seguintes resultados:

nitrognio Amonaco xido ntrico gua 4,2g 4,2g -

hidrognio 0,9g 0,1g

oxignio 4,8g 0,8g

Pergunta-se se esses resultados esto de acordo com a Lei de Richter. Resposta: Sim, pois, estando fixo o nitrognio, a relao H/O nos d p =2 . q 3 3) Um dos sulfetos de ferro apresenta 63,63% de ferro, e um de seus xidos, 77,77% de ferro, em massa. Por outro lado, verifica-se a existncia de um xido de enxofre contendo 50,00%, em massa de enxofre. Mostrar que esses dados esto de acordo com a Lei das Propores Recprocas.

Resoluo: Fixando a massa de ferro e relacionando S/O, temos p = 1 q 2 LEI DE GAY LUSSAC Nome: Lei volumtrica de Gay Lussac ou Lei das Combinaes dos Volumes Gasosos. Autor: Gay Lussac. No incio do sculo XIX, o cientista francs Gay Lussac estudou as relaes entre os volumes das substncias reagentes no estado gasoso, medindo esses volumes nas mesmas condies de temperatura e presso, e enunciou as Leis Volumtricas que podem ser reunidas num s enunciado. Enunciado da lei: Quando medidas nas mesmas condies de presso e temperatura, os volumes dos reagentes e dos produtos gasosos, formam uma proporo constante de nmeros inteiros e pequenos. Demonstrao: Vejam as explicaes das Leis Volumtricas, atravs dos seguintes esquemas: Sntese do cloreto de hidrognio. cido Clordrico (P, T, constante) 201

Hidrognio + Cloro 101 + 101

Proporo 1:1:2, que uma proporo de nmeros inteiros e pequenos. Sntese do vapor de gua. Vapor de gua (P, T, constante) 201

Hidrognio + Oxignio 201 + 101

Proporo 2:1:2, que uma proporo de nmeros inteiros e pequenos. Podemos ver que no primeiro esquema h conservao de volume e no segundo no h conservao de volume durante a reao. Tudo isto muito comum nas reaes entre gases. Sendo assim, costuma-se definir contrao de volume pela frmula: C=S-V S Em que: C = contrao de volume S = soma dos volumes dos reagentes V = volume do produto formado (todos mesma P e T) Assim temos, por exemplo:

Nitrognio + Hidrognio = amonaco (P, T, constante) 100ml + 300ml = 200ml Proporo 1:3:2 C = (100 + 300)- 200 C = 1/2 (100 + 300) O que significa que o volume gasoso total contrai-se metade durante a reao. Exerccios Resolvidos: 1) Certa massa de um gs exerce presso de 2,5 atm quando submetida de 27C. Determinar a presso exercida quando sua temperatura passa a 127C, sem variar o volume. Resoluo: Estado 1 {P1 = 2,5 atm {T1 = 27C + 273 = 300K Estado 2 {P2 = ? {T2 = 127C + 273 = 400K P1 = P2 = 2,5 = P2 = P2 = 2,5.400 = 3,3 atm T1 T2 300 400 300 Resposta: 3,3 atm 2) Verificar se obedecem s Leis Volumtricas de Guy Lussac os seguintes volumes que participam de uma reao qumica e que foram medidos em condies idnticas de presso e de temperatura: 1,36l de N2 + 4,08l de H2 2,72l de NH3 Resoluo: Dada a proporo 1,36 : 4,08 : 2,72, vamos dividir todos os valores pelo menor deles (1,36) e teremos 1 : 3 :2. Como essa proporo de nmeros inteiros e pequenos, esto comprovadas as Leis Volumtricas de Guy-Lussac.

CONCLUSO Conclumos como as Leis das Combinaes Qumicas foram importantes para que a qumica adquirisse o carter de Cincia, e que a partir delas, as reaes puderam ser interpretadas, entendidas e at mesmo previstas.

BIBLIOGRAFIA Curso de Qumica V 1 Antnio Sardella Edegar Mateus Livro de Qumica V 1 Ricardo Feltre Livro Educar Programa de estudo e pesquisa