sábado, 31 de março de 2012

Cálculos de fórmulas( parte 1)


Duas importantes tarefas que fazem parte do dia-a-dia dos químicos são:
  • determinar a composição de uma substância, isto é, a quantidade de átomos de cada elemento presente no agregado atômico da substância;
  • calcular as quantidades de reagentes, que serão consumidos, e produtos, que serão obtidos numa reação química. No primeiro caso se deseja conhecer a fórmula da substância. No segundo, utilizando o cálculo estequiométrico, os químicos podem prever o quanto de substância, em massa ou volume, deve ser utilizada, ou será obtida, numa reação realizada em laboratório ou numa indústria química.
CÁLCÚLOS DE FÓRMULAS
Fórmula é a representação gráfica da composição de uma substância. Vários tipos de fórmulas são utilizadas. As teorias que explicam a formação das ligações químicas permitem prever a fórmula molecular, estrutural e eletrônica de uma substância molecular e a fórmula empírica de uma substância iônica. Estudaremos de que maneira é possível, através da análise de dados experimentais, determinar a fórmula molecular de uma substância e outros tipos de fórmulas como a centesimal e a mínima.
Fórmula ou composição centesimal
Fórmula centesimal (ou percentual) indica a percentagem, em massa, de cada elemento que constitui uma substância.
A fórmula centesimal, em outras palavras, nos indica a massa (em gramas) de cada elemento presente em 100 gramas de substância.
A determinação experimental da fórmula centesimal de uma substância é feita através de reações de síntese ou de decomposição.
Reação de síntese é aquela na qual uma substância é formada a partir de seus elementos.
Exemplo 1
Síntese da água: H2 + ½ O2 => H2O;
síntese de dióxido de enxofre: S + O2 => SO2.
Reação de decomposição é aquela onde uma substância composta origina substâncias mais simples.
Exemplo 2
decomposição da água oxigenada: H2O2 => H2O + ½ O2;
decomposição da amônia: 2NH3 => N2 + 3H2.
Para exemplificar como a fórmula centesimal pode ser calculada tomemos como exemplo a água. Uma das propriedades da água é ser decomposta em seus elementos constituintes através da passagem de corrente elétrica. Experimentalmente verifica-se que 900 gramas de água, ao serem decompostas, originam 100 gramas de gás hidrogênio e 800 gramas de gás oxigênio. Utilizando a lei de Proust, podemos calcular as massas de hidrogênio e oxigênio formadas pela decomposição de 100 gramas de água:
água
=>
hidrogênio
+
oxigênio
900 g

100 g

800 g
100 g

x

y
Matematicamente temos:
Repetindo esse procedimento para o oxigênio temos: y = 88,9 g
Cálculos mostram que cada 100 gramas de água é formada por 11,1 gramas de hidrogênio e 88,9 gramas de oxigênio. A fórmula centesimal da água é: H – 11,1% O – 88,9%
Exemplo 3
A fórmula centesimal de uma substância também pode ser calculada teoricamente. Para isso é necessário conhecer a massa molecular da substância. Para o caso do ácido sulfúrico , H2SO4, temos:
elemento
massa atômica
Contribuição do elemento para a massa molecular
Composição centesimal (%)
H
1
2
x
O
16
64
y
S
32
32
z
Massa molecular = 2 + 64 + 32 = 98
Utilizando a lei de Proust e realizando as proporções:
para o hidrogênio x = 2 x 100/98 = 2,0%
para o oxigênio y = 64 x 100/98 = 65,3%
para o enxofre z = 32 x 100/98 = 32,7%
Portanto, a fórmula centesimal do ácido sulfúrico é:
H – 2,0%; S – 65,3%; O – 32,7%
Fórmula mínima ou empírica
Fórmula mínima (ou empírica) indica a proporção, expressa pelos números inteiros, entre os átomos presentes num agregado atômico, ou íons num agregado iônico.
Conhecendo-se quanto de cada elemento está presente numa determinada amostra de substância, é possível calcular sua fórmula mínima. Assim, sabendo-se que 560 gramas de buteno são formadas por 480 gramas de carbono e 80 gramas de hidrogênio, o cálculo da fórmula mínima deve ser assim realizado:
  • calcular o número de mols de cada tipo de átomo presente na amostra de substância,
para o carbono temos:
12 g é a massa de 1 mol de átomos;
480 g é a massa de x mol de átomos;
para o hidrogênio temos:
1 g é a massa de 1 mol de átomos;
80 g é a massa de y mol de átomos;
  • determinar a relação entre os átomos do elemento. Neste exemplo, verificamos que a proporção entre os átomos de carbono e hidrogênio é 1 para 2 (40 mols de carbono: 80 mols de hidrogênio), ou seja, em qualquer amostra de buteno o número de átomos de hidrogênio presente será o dobro do número de átomos de carbono. A fórmula mínima do buteno é CH2.
Conhecendo-se a fórmula molecular de uma substância, sua fórmula mínima é determinada através de "simplificação matemática" dos índices dos elementos na fórmula molecular. Em muitos casos as fórmulas mínima e molecular são as mesmas.
substância
Fórmula molecular
fórmula mínima
água oxigenada
H2O2
HO
benzeno
C6H6
CH
eteno
C2H4
CH2
propeno
C3H6
CH2
buteno
C4H8
CH2
ácido nítrico
HNO3
HNO3
glicose
C6H12O6
CH2O
Observe que substâncias diferentes, como o eteno, propeno e buteno, podem apresentar a mesma fórmula mínima. Isto não acontece com a fórmula molecular, que é característica de cada substância.
A fórmula mínima de uma substância geralmente é expressa da seguinte maneira:
(fórmula mínima)n
onde n, é um número inteiro. Para a água oxigenada temos (HO)n onde n = 2 e para a glicose (CH2O)n onde n = 6.
Exemplo
Calcular a fórmula mínima de um composto que apresenta 43,4% de sódio, 11,3% de carbono e 45,3% de oxigênio. Dados: massas atômicas: Na = 23; C = 12; O = 16
Resolução
Vamos adotar o seguinte esquema:
Dados
Divisão das porcentagens pelas respectivas massas atômicas
Divisão pelo menor dos valores encontrados (0,94)
43,4% Na
43,4/23 = 1,88
1,88/0,94 = 2
11,3% C
11,3/12 = 0,94
0,94/0,94 = 1
45,3% O
45,3/16 = 2,82
2,82/0,94 = 3
Fórmula mínima = Na2CO3
OBS: No esquema explicado, acontece freqüentemente o seguinte: dividindo-se todos os valores pelo menor deles (coluna 3), nem sempre chegamos a um resultado com todos os números inteiros. Por exemplo, num outro problema, poderíamos ter a proporção 2 : 1,5 : 3; no entanto, multiplicando esse valores por 2, teremos 4 : 3 : 6. Generalizando, diremos que, às vezes, no final do problema somo obrigados a efetuar uma "tentativa", multiplicando todos os valores por 2, ou por 3, etc. (sempre um número inteiro pequeno), a fim de que os resultados finais tornem-se inteiros.
POSTADO POR:  Felipe Souza e Gabrielle Machado

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