São comuns, na vida dos cientistas e de outros profissionais das mais diversas áreas, problemas sobre cálculos de quantidade de substâncias consumidas ou formadas durante um processo químico. Para compreenderemos esse ideia, façamos a seguinte analogia:

Um bolo precisa de 4 ovos, para fazer 2 bolos, precisamos de quantos ovos?

Ou então:

Se usarmos 2 copos de leite, de quantos copos de farinha iremos precisar?

Com isso, temos a definição:⇒ Cálculo Estequiometrico ou Estequiometria » do grego stoikheion, elemento e metron, medição é o cálculo das quantidades de reagentes e/o produtos das reações químicas feito com base nas leis das reações e executado, em geral, com o auxilio das equações químicas correspondentes.

O cálculo estequiométrico é usado para determinar a quantidade dos reagentes que devem ser usados e, consequentemente, de produtos que serão obtidos em uma reação química levando em consideração inclusive problemas como pureza dos reagentes, rendimento da reação, excesso de alguma substância etc.

Esse cálculo pode ser feito em quantidade de matéria (número de mol), em número de moléculas ou fórmulas unitárias (N = 6,02.1023 x n), em massa ou em volume das substâncias envolvidas e baseia-se nos coeficientes da equação química devidamente balanceada.

Considere, por exemplo, a reação balanceada da combustão do etanol:

Reação BalanceadaCombustão do etanol

1 C2 H 6O+3O2 →2CO2+3 H 2 O

Em massa 1 x 46 g 3 x 32 g 2 x 44 g 3 x 18g

Em mols de moléculas

1 mol 3 mol 2 mol 3 mol

Em número de

moléculas

1 x 6.1023 3 x 6.1023 2 x 6.1023 3 x 6.1023

Em volume (CNTP)

Nas CNTP o etanol é

líquido

3 x 22,4 L 2 x 22,4 L 3 x 22,4 L

Os coeficientes de qualquer equação química são encontrados com base na lei de conservação da massa, e na lei das proporções constantes.

Leis das Reações QuímicasLei de Lavoisier » Em qualquer reação química, em um sistema fechado, a massa total dos reagentes é igual a massa dos produtos.Lei de Proust » Seja qual for à quantidade de um composto puro, ele sempre conterá os mesmos elementos combinados de acordo com uma proporção constante entre suas massas.

Assim, se estabelecermos para qualquer reação química as proporções indicadas na reação química exemplo, é possível fazer vários cálculos por meio de regra de três simples (cálculo proporcional) para descobrir as quantidades dos reagentes que devem ser usadas e de produtos que são obtidos.

A partir das massas atômicas, pode-se calcular a massa molar de cada reagente ou produto de uma reação e se tomarmos os coeficientes (ou até mesmo os índices de uma fórmula) de uma reação devidamente balanceada, ou seja, cujo número de reagentes seja igual ao de produtos, poderemos prever a quantidade gasta de reagentes ou produzida de produtos. Veremos a seguir, a partir da resolução de alguns problemas propostos, como são feitos os cálculos estequiométricos.

Para resolvermos qualquer exercício sobre calculo estequiométrico, devemos seguir os seguintes passos:

1. Escrever a equação química, devidamente balanceada (se a equação já foi fornecida, verificar se ela está devidamente balanceada);

2. Escrever abaixo da equação em duas linhas:

Na 1ª linha coloca o dado das perguntas; Na 2ª linha interpretar o coeficiente

estequiométrico, na mesma unidade do dado da(s) pergunta(s);

3. Resolver a regra de três indicada.

VAMOS RESOLVER1. Um químico necessita produzir 62 g de fosfato de cálcio. Ele utilizou-se da reação entre o carbonato de

QUÍMICA

Prof. Elio Ferreira

Aula 12 – Cálculo Estequiométrico

cálcio e ácido fosfórico. Nesse processo, para alcançar a produção desejada, calcule:

a) A massa de carbonato de cálcio utilizada;b) A quantidade em matéria de ácido consumida;c) O volume, nas CNTP, de gás formado;Dados: H = 1; C = 12; O = 16; P = 31; Ca = 40.

1. Rendimento da reaçãoAo efetuarmos uma reação química, a quantidade de produtos obtidos é menor que o previsto teoricamente, isto é, na prática o rendimento nunca é 100%. Assim, quando dizemos que determinada reação tem rendimento igual a n%, significa que para cada 100 partes de substância que se esperava obter teoricamente, obtiveram-se na verdade n partes. Podemos definir formalmente rendimento como:

Rendimento (r) é o quociente entre a quantidade de produto realmente obtido em uma reação e a quantidade que teoricamente seria obtida, de acordo com a equação química correspondente. Que é expresso matematicamente como:

r=q pratico

q teórico

(1)

Se expressarmos a relação (1) em percentagem pode-se definir: Rendimento percentual (R) é o rendimento de uma reação expresso em termos percentuais.

R = r x 100% (2)

VAMOS RESOLVER1. (Cesgranrio-RJ) Num processo de obtenção do ferro a partir de hematita (Fe2O3), considere a equação não-balanceada:

Fe2 O3+C → Fe+CO

Dados: Fe = 56 g/mol; O = 16 g/mol; C = 12 g/mol

Utilizando-se 4,8 toneladas (t) de minério e admitindo-se um rendimento de 80% na reação, a quantidade de ferro produzida será de:a) 2.688 kg b) 3.360 kg c) 1.344 td) 2.688 t e) 3.360 t

2. Uma massa de 32,70 g de zinco metálico reage com uma solução concentração de hidróxido de sódio, produzindo 64,53 g de zincato de sódio (Na2ZnO2). Qual o rendimento dessa reação?

2. Pureza dos ReagentesUma amostra de substância contém normalmente, pequenas quantidades de outras substâncias que a

inpurificam. Assim, quando uma substância participa de uma reação, apenas a “parte pura” participará da reação, consequentimente, tal reação nunca terá rendimento de 100%, este fato esta ligado a pureza das substâncias. Podemos definir então:

Grau de pureza (p) é o quociente entre a massa da substância pura e a massa total da amostra. Cuja expressão matemática é:

p=q pura

qtotal

Se expressarmos o grau de pureza em porcentagem, teremos:

Porcentagem de pureza (P) é a porcentagem da massa da substância pura em relação à massa total da amostra, isto é:

P = p x 100%

VAMOS RESOLVER3. (UFRN) Uma amostra de calcita, contendo 80% de carbonato de cálcio, sofre decomposição quando submetida a aquecimento, segundo a equação abaixo:

CaCO3 ∆→

CaO+CO2

Qual a massa de óxido de cálcio obtido a partir da queima de 800 g de calcita?

4. (UFRGS-RS) O gás hilariante (N2O) pode ser obtido pela decomposição térmica de nitrato de amônio (NH4NO3). Se 4,0 g do sal que obtivemos 2,0 g de gás hilariante, podemos prever que a pureza do sal é da ordem de:a) 100% b) 90% c) 75% d) 50% e) 20%

3. Reagente em excesso e reagente limitanteA necessidade de verificar a existência de excesso na quantidade de um reagente ocorre quando numa reação são fornecido quantidade de dois reagentes. Se colocarmos quantidades de reagentes, haverá um que se consumira primeiro, terminando a reação química, isto é, limitando o processo. Então haverá outra quantidade do outro reagente que ira sobrar, isto é, estará em excesso.

VAMOS RESOLVER5. Misturam-se 147 g de ácido sulfúrico e 100 g d hidróxido de sódio para que reajam segundo a equação H 2 SO4+2NaOH → Na2 SO 4+2 H 2O (massas atômicas: H=1; O=16; Na=23; S = 32). Pede-se para calcular:a) A massa de sulfato de sódio formada;b) A massa do reagente em excesso após a reação.

Resolver com o reagente limitante

CASOS PARTICULARES