Estequiometria: cálculos em reações químicas

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Estequiometria
 Conteúdos que serão abordados:
 ° Relações da quantidade de matéria usada na produção de compostos no setor industrial ou comercial.
Após o estudo desta matéria, você será capaz de:
1. entender a estequiometria( proporção );
2. entender a definição de mol (quantidade de matéria);
3. entender as definições de pureza e rendimento;
4. entender sobre os reagentes limitantes e os reagentes em excesso.
Estequiometria é um termo derivado das palavras gregas stoicheion (elemento) e metron (medida). Em química, podemos realizar medidas graças a aplicação de estequiometria. Nas reações químicas, podemos calcular a quantidade de produtos obtidos a partir de certa quantidade inicial de reagentes. 
Para realizarmos os cálculos, devemos ter como foco o balanceamento das reações, pois isso vai nos fornece uma proporção da quantidade de mols em cada participante da reação, uma quantidade que pode ser expressa de diversas maneiras, em massa, volume, quantidade de matéria ou número de moléculas.
Leis ponderais 
A lei de conservação de massa ou lei de Lavoisier, assevera que um sistema qualquer, a massa total dos reagentes é igual a massa total dos produtos. Veja a seguir um exemplo simples:
 Por outro lado, a lei de proporções definidas ou lei de Proust diz, que toda substancias apresentam uma proporção constante em massa, e a proporção na qual a substancias reagem e se formam também é constante.
De acordo com o exemplo acima, a relação entre as massas de hidrogênio e oxigênio será sempre a mesma no caso da composição da água, qualquer que seja a massa de água considerada.
Isso significa que, para formar uma molécula de água, o hidrogênio se combinará com o oxigênio na proporção de 1 para 8 em massa. Ou seja, reagindo 1 g de hidrogênio com 8 g de oxigênio, obtemos 9 g de água. Veja os exemplos abaixo:
 Com a lei de Proust, podemos prever as quantidades das substancias que participarão e uma reação química.
Cálculo estequiométrico 
Com uma equação química balanceada e com auxílio das leis de Lavoisier e de Proust podemos calcular as quantidades de reagentes que serão consumidas e a quantidade de produtos formados. Para realizarmos cálculos, devemos conhecer as entidades que compõem o mol.
 1 mol = 6,02. 10²³ moléculas = x. 6,02 . 10²³ átomos = Mg = 22,4 L. x = número de átomos do composto
No caso do CO₂, o valor x corresponde a 3 átomos totais; x é igual a 2 para o número de átomo de oxigênio; e x é igual a 1 para o número de átomos de carbono.
 Exemplo:
a. Nas CNTP, qual é o volume ocupado por 4 g de O₂?
Dado: O = 16 g/mol
Resolução:
1 mol O₂ = 32 g = 22,4 L
 4 g = x L
 x = 2,8 L
b. Quantas moléculas existem em 3 m³ de CH₄ nas CNTP?
Resolução:
1 mol CH₄ = 6,02 . 10²³ moléculas = 22,4 L
 x moléculas = 3 000 L
 x = 8.06 . 10²⁵moléculas 
c. Qual é o volume, nas CNTP, ocupado por 3,01 . 10²² átomos de gás metano?
Resolução:
1 mol CH₄ = 5 . 6,02 . 10²³ átomos = 22,4 L
 3,01 . 10²² átomos = x L
 x = 0,224 litro
 Para realizarmos as proporções estequiométricas entre os compostos usados na reação química, devemos efetuar os seguintes passos: 
I. Escrever a equação da reação química devidamente balanceada;
II. Com base nos coeficientes da equação química balanceada, obter informações que permitam estabelecer uma regra de três envolvendo os dados do problema.
Para facilitar os cálculos, podemos usar três linhas, da seguinte maneira:
 ▪ 1ª linha – número de mols (coeficiente).
▪ 2ª linha – valores individuais referentes ao número de mols da primeira linha.
▪ 3ª linha – dado do problema e resposta.
Com a equação devidamente equilibrada, podemos fazer a relação estequiométrica entre os componentes da reação.
Reagentes em excesso e limitante
 Podemos usar o valor de uma determinada substancia para a determinação da quantidade de outra. Neste caso, usaremos duas quantidades de reagentes, para garantir que a reação ocorra mais rápido. Apenas um dos reagentes estará em excesso, enquanto outro será o limitante.
 Depois de descobrir o reagente limitante e o reagente em excesso, utilizamos apenas o limitante como base para os cálculos estequiométricos.
Por exemplo:
 Na reação completa ente 49 g de ácido sulfúrico aquoso e 50 g de hidrogênio de sódio aquoso, qual a massa do sal que vamos obter? Dados: massa molar (H₂SO₄) = 98 g/mol; (M) N򢂂SO₄ = 142 g/mol 
 H₂SO₄ₐ(aq)+ NaOH(aq)-> N₂SO₄(aq) + H₂O(l)
 Resolução:
 H₂SO₄(aq)+ 2NaOH(aq) -> Na₂SO₄(aq) + 2H₂O(l)
 1 mol __________ 2 mols
 98 g ___________ 80 g
 49 g ___________ 50 g
 Essa proporção indica que 98 g de H₂SO₄ necessitam de NaOH. Ao colocarmos 49 g (metade da quantidade estequiométrica) de H₂SO₄, seria necessário colocarmos também a metade da quantidade estequiométrica de NaOH, ou seja, 40 g . Como colocamos 50 g, esta substância está em excesso (10 g), portanto, H₂SO₄ é o limitante.
 
Pureza 
 Praticamente todos materiais que chegam nas industrias para serem transformados são misturas. Esse é um problema na indústria, pois nem sempre as substancias colocadas para reagir são uras. Muitas vezes, os reagentes são impuros e, por isso, mais baratos. Quantos mencionamos que um determinado material apresenta um grau de 80% de pureza, significa que, apenas 80 g será o reagente puro; os outros 20 g serão de impurezas. 
Para realizarmos os cálculos estequiométricos, devemos sempre levar em conta as substancia puras, considerando a porcentagem de impurezas.
Rendimento 
 Durante uma reação química, a quantidade de matéria obtida pode ser inferior ao valor esperado. Neste caso, o rendimento não foi total. Essa diferença de quantidades pode ocorrer por vários motivos – por exemplo, pela má qualidade dos aparelhos ou dos reagentes, pela falta de preparo do operador etc.
 O cálculo de uma reação química é realizado com base na quantidade obtida de um produto e da quantidade teórica, ou seja, a que deveria ter sido obtida. Colocando em uma formula, temos:
 
Rendimento percentual = rendimento real __ . 100 . rendimento teórico