Apostila 7 - Química B
Prof Marcus Felipe
Colégio Energia Barreiros
Cálculos Químicos/Estequiometria
Leis Ponderais
Leis Volumétricas
Bombril fica mais pesado depois da ferrugem?
Papel depois da combustão fica mais leve?
O que a massa tem a ver com as Reações
Químicas?
Leis Ponderais
Lei de Lavoisier  Massa constante - Quantitativo.
Lei de Proust  Proporções Constantes
Lei de Dalton  Lei das Proporções Múltiplas
Leis Ponderais – ( Massa)
1° - Lei de Lavoisier:
Lei da conservação das massas - Fez uma reação
química e surpresa: a massa se manteve constante!!
Gás Hidrogênio e Gás Oxigênio  Água.
(Conservação da massa)
Exercício
C + O2  CO2
1° Experimento: 12g + 32g  44g
2° Experimento: 16g + 32g  44g
Sobra: excesso 4g! O Oxigênio impedirá que a
reação aconteça, portanto ele será o reagente
limitante - é o que fica em falta.
Provando a Lei de Lavoisier: Ma=Md, Mr=Mp.
Obrigatoriamente as reações devem estar em
um recipiente fechado.
Lavoisier x Einsten: E=M.C2
Energia converte-se em matéria e vice-versa.
Uma reação Química ocorre com a variação da
entalpia
2Mg + O2  2MgO H = + 148,3kcal
1 cal - 4,2J assim a H = 623x103 J
Fórmula: 623x103 J = M. (3x108)2
M = 6,9x10-12g
Reações Químicas :(Variação de massa desprezível)
Reações Nucleares: (Variação de massa não
desprezível)
2° - Lei de Proust : Lei das Proporções Constantes. A
proporção está ligada diretamente à massa molar de
cada substância.
Mercúrio + Gás Oxigênio  Óxido de Mercúrio
50g
4g
54g
100g
X
10g?
10g?
Quem está em excesso?
A lei permite descobrir o que reage de verdade e
descobrir a massa do produto.
Não pode ter excesso.
3° - Lei de Dalton: Lei das Proporções Múltiplas.
Compostos diferentes a partir de elementos
constantes.
•S+
32g
O2  SO2
32g
64g
• S + 3/2O2  SO3
32g
48g
80g
32/48 = 2/3
Exercício
Ácido + Base  Sal + Água + Excesso
1° 98g
X
142g 36g
2° 100g
80g
142g
3°
40g
w
30g
36g
y
z
t
Leis Volumétricas
• Lei de Gay Lussac.
Relação entre os volumes. Novo arranjo dos
átomos. Relação volumétrica dos gases.
1N2
+ 3H2

2NH3
1 volume + 3 volumes  2 volumes
N≡ ≡N + 3 (H- -H) 
Os Gases: Propriedades/Comportamento
. G.N.
São moleculares: menos os
Não há interações (atração) entre suas moléculas
(livres) – um vazio “ENORME” entre elas.
Movimentam-se desordenadamente e Volume
variável.
Choques Elásticos (não perde energia): Parede e
entre si – resulta num ↑ da pressão (diretamente
proporcional).
↑T ↑E=(mv2)/2 ↑movimento ↑colisões
Estado Gasoso: Todos terão propriedades
físicas constantes.
Observações:
•
•
•
•
•
Quantidade de gás: n = massa/massa molar
Temperatura: TK = T°C+ 273
Volume: 1m3=1000L
1dm3= 1L
1L = 1000cm3 =1000mL
Gases respondem QUASE da mesma forma a
mudanças na massa, temperatura e pressão.
1 Mol – ocupa 22,4L – 0°C – 1atm
• Mol dobra? Volume dobra!
(são diretamente proporcionais)
• T dobra? Volume dobra!
(são diretamente proporcionais)
• Pressão metade? Volume dobra!
(são inversamente proporcionais)
Transformação Isotérmica
Lei de Boyle
P1.V1 = P2.V2
• 15 litros de uma determinada massa gasosa
encontram-se a uma pressão de 8 atm e à
temperatura de 30°C. Ao sofrer uma expansão
isotérmica, seu volume passa a 20 litros. Qual
será a nova pressão?
P1 . V1 = P2 . V2
8atm . 15L = P2 . 20L
P2 = 8.15/20 = 6 atm
Transformação Isobárica
Lei Gay-Lussac
V1 / T1 = V2 / T2
(FAAP – SP) A 27º C, um gás ideal ocupa 500 cm3.
Que volume ocupará a -73°C, sendo a
transformação isobárica?
V1 / T1 = V2 / T2
500cm3 / (27+273) = V2 / (-73+ 273)
500 / 300 = V2 / 200
V2 = 33,33 cm3 ou 3,3 x10-4 m3
Transformação Isocórica
P1 / T1 = P2 / T2
(FUVEST – SP) Um recipiente indeformável,
hermeticamente fechado, contém 10 litros de um
gás perfeito a 30°C, suportando a pressão de 2 atm.
A temperatura do gás é aumentada até atingir 60°C.
a) Calcule a pressão final do gás.
b) Esboce o gráfico pressão versus temperatura da
transformação descrita
Gás Ideal / Gás Perfeito
Gás ideal/Perfeito: é um modelo idealizado no qual o gás se move ao
acaso, sendo que suas moléculas se chocam elasticamente, apresentam
volume próprio e não exercem ações mútuas.
Características:
• Partículas puntiformes (tamanho desprezível) - não podem realizar
rotação.
• A força de interação elétrica entre as partículas deve ser nulas - bem
(são fastadas).
• Ocorrência de interação apenas durante as colisões (perfeitamente
elásticas)
• Pressão baixa e Temperatura alta.
Há uma relação entre as variáveis: temperatura, pressão, volume e
número de mols do gás. Essa relação matemática é conhecida como a Lei
dos Gases Ideais. A maioria dos gases reais se comporta de acordo com esta
lei. Apenas em poucas situações, como próximo de uma transição de fase
ou temperaturas muito baixas, esta lei não é obedecida.
A Lei dos gases ideais nos permite determinar o valor de uma das
variáveis de estado de um gás se conhecermos as outras três. Assim,
quando o número de mols de um gás permanece constante, a Lei dos Gases
Ideais é expressa pela seguinte equação:
Equação de Clapeyron
P.V=n.R.T
P  Pressão - nas CNTP (0°C e 1 atm) ou CATP (25°C
e 1 atm)
V  Volume (L)
n  Número de mol do gás
R  é um constante e depende da pressão:
• 0,082 atm.L/mol.k
• 62,3 mmHg.L/mol.K
• 8,31 kPa.L/mol.k
T  Temperatura em K (TK = T°C + 273)
Através da equação de Clapeyron é possível obter uma lei
que relaciona dois estados diferentes de uma transformação gasosa,
desde que não haja variação na massa do gás. Uma equação que
relacione as variáveis de estado: pressão (p), volume (V) e
temperatura absoluta (T) de um gás.
Considerando um estado (1) e (2) onde
Lei geral dos gases perfeitos
Qual é o volume ocupado por 4g de gás CH4
submetido à pressão de 5000N/m², a uma
temperatura igual a 50°C?
Dado: 1atm = 10000N/m² e R = 0,082 atm.L/mol.k
P = 5000N/m2  atm = 5000.1 /10000 = 0.5atm
P.V=n.R.T
0,5. V = (4/16). (0,082). (50+273)
V = 13,24 L
Enem 2015 - É dia de sol e você está passeando a beira mar.
Nesse dia a temperatura está a 28°C (não muito quente), e
então se depara com um vendedor de balões. Sabe-se que o
gás contido nesses balões é o Hélio (He), ele faz com que o
objeto se mantenha suspenso no ar. Suponhamos que em
um balão contenha 44 gramas de gás He (gás perfeito) a
uma pressão de 2,5. 102 KPa, qual seria o volume desse
balão?
He = 4,0 g mol-1 R = 8,31 kPa.L/mol.K
T : 28°C + 273 = 301 k
V=?
P.V=n.R.T
2,5. 102 KPa. V = (44/4). (8,31 kPa.L/mol.K). (301 K)
V = 110L
Mistura de
Gases
Mistura de gases é homogêneo:
 um único aspecto em toda a sua região.
Ar atmosférico:
78% do volume em massa de N2,
21% O2 e
1% de outros gases.
Botijão:
C3H8
C4H10
Lei de Dalton: Pressão Parcial – A pressão total de
um sistema onde há mistura de gases é a soma das
pressões parciais.
P total= PA + PB + PC +...
A pressão total é diretamente proporcional ao
número total de mols.
P = ∑n RT/V
∑n = nA + nB +...
Lei de Amagat: o volume parcial de um gás em uma
mistura gasosa é o volume que ele ocupará estando
sozinho e sendo submetido à pressão total e à
temperatura da mistura.
Vtotal = V1 + V2 + V3 + ... ou Vtotal = Σv
Lei de Graham: a velocidade de difusão dos gases é
inversamente proporcional à raiz quadrada de suas
densidades.
Gases de ↓ densidade difundem-se + rápido
↑Densidade ↑massa molar ↓Velocidade de difusão.
Difusão e Efusão dos Gases
• Difusão dos gases é a sua passagem espontânea
para outro meio gasoso .
• Efusão é esta mesma passagem só que por meio
de pequenos orifícios.
Aspectos
• A pressão e o volume que estes gases exercem
ou ocupa nas misturas das quais participam são
de caráter individual, dentro da CNTP da
mistura, e não corresponderá à pressão e
volume que este gás possuía antes de entrar na
mistura.
• Depensderá somente da quantidade da matéria
(n° de mols) e não importa que gás é.
• Não há reação gasosa, apenas uma mistura.
Fração Molar
É a relação entre o número de mols de um
gás e o número de mols total de mols da mistura.
X Gás = nGás = Vgás = Pgás = % em volume de gás
Σn Vtotal Ptotal
100%
Pgás = X Gás . Ptotal
Vgás = X Gás . Vtotal
A fração molar é uma relação entre um valor
parcial e um total por isso a soma das fração
molares sempre será igual a: 1
Exercícios
1 - Um balão contém 48g de O2, 24g de He e 160g de SO2.
Calcule:
a) As frações molares de cada gás
b) As pressões parciais de cada gás quando a pressão total for igual a
1000 mm Hg.
Massas molares: O2= 32g/mol, He = 4g/mol, SO2= 64g/mol
Quantos mols para cada gás?
nGás
a)Frações molares ?
X Gás = nGás
Σn
b) Pgás = X Gás . Ptotal
2 – Após a abertura da torneira de comunicação dos frascos,
mantendo-se a temperatura constante determine:
A:
N2
P: 1 atm
V: 3 L
a) pressão parcial de cada gás.
b) pressão total da mistura.
B:
O2
5atm
2L
• T constante
•
PV
=
PV
• Torneira fechada  Torneira aberta
• N2 0,5 atm
• O2 2 atm
• Ptotal: PN2+PO2