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Química Geral
e Experimental
Renata Joaquim Ferraz Bianco
Carlos Roberto da Silva Júnior
Edson Torres
Química geral e
experimental
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP)
Bianco, Renata Joaquim Ferraz
ISBN 978-85-8482-196-9
1. Química geral. 2. Química experimental. I. Silva Jr.,
Carlos Roberto da. II. Torres, Edson. III. Título.
CDD 540
Bianco, Carlos Roberto da Silva Jr., Edson Torres. –
Londrina: Editora e Distribuidora Educacional S. A., 2015.
208 p. : il.
B578q Química geral e experimental / Renata Joaquim Ferraz
© 2015 por Editora e Distribuidora Educacional S.A
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2015
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Sumário
Unidade 1 | Química geral
Seção 1 - Estrutura atômica
1.1 | Modelos atômicos
1.1.2 | Modelo atômico de John Dalton
1.1.3 | Modelo atômico de Joseph John Thomson
1.1.4 | Modelo atômico de Ernest Rutherford
1.1.5 | Modelo atômico de Niels Bohr – Teoria atômica atual
1.2 | Matéria
1.3 | Elemento químico
1.3.1 | Íons
1.4 | Semelhanças atômicas
1.4.1 | Isótopos
1.4.2 | Isóbaros
1.4.3 | Isótonos
1.4.4 | Isoeletrônicos
1.5 | Diagrama de Linus Pauling
1.6 | Números quânticos
1.6.1 | Número quântico principal (n)
1.6.2 | Número quântico secundário (ℓ)
1.6.2.1 | Orbitais atômicos
1.6.3 | Número quântico magnético ou azimutal (mℓ)
1.6.4 | Número quântico de Spin (m
s
)
Seção 2 - Tabela periódica
2.1 | Organização periódica dos elementos químicos na tabela
2.2 | Períodos da Tabela Periódica
2.3 | Famílias ou grupos
2.4 | Metais, Semimetais e Não Metais
Seção 3 - Ligações químicas
3.1 | Ligações químicas
2.2 | Ligações iônicas
2.3 | Ligações covalentes ou moleculares
2.4 | Ocorrência da ligação covalente ou molecular
2.5 | Ligação covalente coordenada dativa
2.6 | Ligação metálica
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Unidade 2 | Reações químicas e leis ponderais
Seção 1 - Reações Químicas
1.1 | Equação química
1.2 | Tipos de reações
1.3 | Reação de síntese ou adição
1.4 | Reação de análise ou decomposição
1.5 | Reação de simples troca ou deslocamento
1.6 | Reação de dupla troca
1.7 | Fatores importantes para ocorrência de reações químicas
1.8 | Reação de combustão
Seção 2 - Leis ponderais
2.1 | Lei de Lavoisier – lei da conservação de massas
2.2 | Lei de Proust – lei das proporções constantes, definidas ou fixas
2.3 | Lei de Dalton – lei das proporções múltiplas
2.4 | Lei de Gay-Lussac
Seção 3 - Balanceamento de equações químicas
3.1 | Método de balanceamento por tentativas e erros
3.2 | Método algébrico
3.3 | Método redox
3.4 | Método íon-elétron
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Unidade 3 | Forças intermoleculares e cálculos estequiométricos
Seção 1 - Forças Intermoleculares
1.1 | Gases, líquidos e sólidos
1.2 | Forças intermoleculares
1.3 | Forças Íon-dipolo
1.4 | Forças dipolo-dipolo
1.5 | Forças de dispersão de London
1.6 | Ligação de hidrogênio
Seção 2 - Cálculos estequiométricos
2.1 | Massa atômica
2.2 | Massa molecular
2.3 | O mol
2.4 | Fórmulas mínimas a partir de análises
2.5 | Reagentes limitantes
Seção 3 - Soluções
3.1 | Soluções aquosas
3.2 | Propriedades gerais das soluções aquosas
3.3 | Reações de precipitação
3.4 | Estequiometria de soluções
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Unidade 4 | Química inorgânica
Seção 1 - Ácidos e bases ou hidróxidos
1.1 | Nox: número de oxidação
1.2 | Determinação do nox
1.3 | Ionização e dissociação
1.4 | Tipos de eletrólitos
1.5 | Grau de ionização (α)
1.6 | ácidos
1.7 | Potencial hidrogeniônico
1.8 | Definição segundo Arrhenius
1.9 | Classificação
1.9.1 |Quanto ao número de elementos diferentes
1.9.2 | Quanto ao número de hidrogênios ionizáveis
1.9.3 | Quanto à presença de oxigênio
1.9.4 | Quanto à força
1.10 | Força dos oxiácidos
1.11 | Força dos hidrácidos
1.12 | Nomenclatura dos ácidos
1.12.1 | Nomenclatura dos hidrácidos
1.12.2 | Nomenclatura dos oxiácidos
1.13 | Os ácidos na natureza
1.14 | Bases ou hidróxidos
1.15 | Indicadores ácido/base
1.16 | Definição segundo Arrhenius
1.17 | Classificação das bases ou hidróxidos
1.17.1 | Quanto ao número de hidroxilas (OH-1)
1.17.2 | Quanto à solubilidade em água
1.17.3 | Quanto à força
1.18 | Nomenclatura das bases ou hidróxidos
Seção 2 - Sais e óxidos
2.1 | Definição e composição dos sais
2.2 | Reação de neutralização
2.2.1 | Reações de neutralização total e parcial
2.3 | Nomenclatura dos sais
2.4 | Propriedades funcionais dos sais
2.4.1 | Sais hidratados
2.4.2 | Sais duplos ou mistos
2.5 | Os óxidos
2.6 | Classificação
2.6.1 | Óxidos básicos
2.6.2 | Óxidos ácidos ou anidridos
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2.7 | Nomenclatura dos óxidos
2.7.1 | Óxidos anfóteros
2.7.2 | Óxidos indiferentes ou neutros
2.7.3 | Óxidos duplos, mistos ou salinos
2.7.4 | Peróxidos
2.7.5 | Polióxidos ou superóxidos
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199
Apresentação
Olá, acadêmico(a)! Iniciamos agora a disciplina de Química Geral e Experimental.
Neste curso vamos conhecer os princípios básicos que norteiam esta ciência
que interage naturalmente com o meio que nos rodeia, sendo essencial para a
existência de vida na Terra.
Para isso, nosso estudo será dividido em quatro unidades de ensino, onde
conheceremos os conceitos básicos da química e sua experimentação.
Na Unidade 1 serão apresentados os tópicos básicos da química. Estudaremos
os conceitos de modelo atômico e de matéria e energia e suas transformações.
Conheceremos as propriedades dos elementos químicos e a periodicidade da Tabela
Periódica. Veremos também como os átomos se ligam formando as moléculas
através do estudo das ligações e reações químicas. Por fim, conheceremos um
pouco sobre os processos de oxidação e redução.
Na Unidade 2 conheceremos a estrutura de uma reação química, as reações
de adição, decomposição, simples troca e dupla troca. Nesta unidade também
veremos as condições necessárias para que ocorram reações, assim como a
estrutura de uma reação de combustão. Veremos ainda as Leis Ponderais, que
são as leis que norteiam as transformações da matéria, como a Lei de Lavoisier,
a Lei de Proust, Lei de Dalton e a Lei de Gay-Lussac. Por fim, estudaremos as leis
de balanceamento das reações químicas, com os métodos de tentativas e erros,
pelo método algébrico e os métodos de oxidação e redução, que são divididos em
métodos redox e íon-elétron.
Na Unidade 3 começaremos a estudar as leis intermoleculares, que são as
forças do tipo dipolo-dipolo, íon-dipolo, força de dispersão de London e Ligações
de hidrogênio e como as atómos e moléculas se unem formando compostos
sólidos, líquidos e gasosos. Nesta unidade veremos também as regras de
cálculosestequiométricos da matéria, processadas através das reações químicas
balanceadas. Veremos os conceitos de mol e a calcular fórmulas mínimas e
reagentes limitantes. Por fim, veremos nesta unidade também as reações que se
processam em soluções aquosas e como estas soluções são preparadas.
Na Unidade 4 iniciaremos o estudo dos compostos inorgânicos, quais são
as características principais destes compostos. Veremos os conceitos de ácidos
e bases e suas nomenclaturas, respectivamente. Conheceremos também os
conceitos relacionados ao pH, que é um importante parâmetro na área da química.
E para finalizar nossos estudos, veremos os conceitos de sais e óxidos e suas
classificações e também suas nomenclaturas.
Este livro auxiliará você a conhecer os príncípios básicos da química geral e
como podemos verificar os conceitos teóricos com experiências práticas. Este
texto servirá como base para o entendimento sobre balanceamento de processos
que ocorrem em indústrias quando reações químicas ocorrem, este ponto é
importante dentro de um contexto de gerenciamento de produção. Este texto
também auxiliará você no aprendizado de processos químicos que são importantes
em outras áreas do conhecimento, como é o caso das engenharias, assim como
nas formas de transferêcia do conhecimento.
Bons estudos!
Unidade 1
QUÍMICA GERAL
Objetivos de aprendizagem:
Caro(a) acadêmico(a), nesta unidade iremos estudar os conceitos gerais
da química como ciência, responsável por estudar a composição, interação
e transformação da matéria. Na seção 1 iremos abordar o tema: Estrutura
atômica, que se refere ao estudo completo dos átomos existentes na
natureza. Na seção 2 faremos um estudo completo da Tabela Periódica,
uma ferramenta didático-pedagógica indispensável para a compreensão
das propriedades periódicas e aperiódicas. E, para finalizar, na seção
3, reconheceremos os tipos de ligações químicas existentes que são
responsáveis pelos milhares de compostos existentes em nosso dia a dia.
Renata Joaquim Ferraz Bianco
Nesta seção faremos um estudo completo dos átomos existentes na
natureza.
Seção 1 | Estrutura atômica
Nesta seção iremos explorar as informações presentes na Tabela
Periódica, uma ferramenta didático-pedagógica indispensável para a
compreensão das propriedades periódicas e aperiódicas.
Nesta seção reconheceremos os três tipos de ligações químicas
existentes, ligações iônicas, covalentes e metálicas, que são responsáveis
pelos milhares de compostos existentes em nosso dia a dia.
Seção 2 | Tabela periódica
Seção 3 | Ligações químicas
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Introdução à unidade
Caro(a) acadêmico(a), a química está presente em todos os momentos de
nossas vidas, ainda que muitas vezes não percebamos isso. Nossas roupas, por
exemplo, podem ter origem natural ou artificial, como lã, algodão, seda, náilon,
couro, que são obtidos através de reações químicas realizadas de maneira
industrial em laboratório ou de ocorrência natural. Muitas pessoas fazem mau uso
da definição da química, relacionando-a com produtos tóxicos, carcinogênicos
e causadores de vários impactos ambientais. De certa forma, muitas dessas
informações possuem fundamento, porém nem todas são verdadeiras, afinal, não
podemos nos esquecer dos medicamentos, dos bactericidas, dos alimentos e etc.,
que nos causam muitos benefícios.
Atualmente fala-se muito em sustentabilidade e este é um dos desafios da
indústria química. Criar produtos em geral que facilitem e aumentem a qualidade
de vida de forma sustentável, ou seja, que este desenvolvimento se apoie nos três
pilares da sustentabilidade: a preocupação com o meio social, o meio econômico
e o meio ambiente. A química é uma ciência experimental, por isso seu estudo
e aplicação são indispensáveis para o desenvolvimento científico e tecnológico.
A tecnologia, por exemplo, apresenta os conhecimentos de forma aplicada. Nos
tempos antigos o homem já a aplicava sem ter noção, como na fabricação de
cerveja, vinho e ligas metálicas. Hoje, a tecnologia é encontrada na produção
industrial e, muitas vezes, sem domínio dos princípios envolvidos.
Boa leitura!
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Seção 1
Estrutura atômica
Introdução à seção
Desde os primórdios o homem tentava entender a origem da vida, a relação
entre o homem e o seu meio e as transformações ocorridas na natureza. Povos da
antiguidade criaram mitos e lendas sobre deuses e figuras sobrenaturais. Com isso
explicavam a origem do mundo, do fogo, da água, dos alimentos e etc.
Foi na Grécia no século V a.C. que surgiram as primeiras tentativas de se entender
os fenômenos da natureza desvinculados de forças sobrenaturais ou religiosas.
Empédocles, um filósofo grego, idealizou a explicação da constituição da matéria.
Para ele, a matéria era constituída por quatro elementos primários: o fogo, o ar, a água
e a terra. Tais elementos sofriam constantes mudanças, porém, eram indestrutíveis.
Em seguida, Aristóteles divulgou sua ideia de que esses quatro elementos
poderiam ser diferenciados através de suas propriedades:
• A terra seria fria e seca;
• A água seria fria e úmida;
• O fogo seria quente e seco;
• O ar seria quente e úmido.
Figura 1.1 | Os quatro elementos vitais: Terra,
Água, Ar e Fogo
Fonte: Disponível em: <http://www.clubedotaro.com.br/site/
n43_4_simb_quatro.asp>. Acesso em: 21 abr. 2015.
Assim, uma substância poderia
ser transformada na outra, apenas
alterando suas propriedades. Ex.: a
chuva era resultado do resfriamento
do ar quente e úmido.
Porém, por volta de 400 a.C.,
os filósofos Leucipo e Demócrito
divulgaram que a matéria seria
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formada por pequenas partículas
indivisíveis, que seriam: os átomos.
A alquimia foi muito importante
para o desenvolvimento da química.
Os alquimistas criaram equipamentos
de laboratório e desenvolveram
várias metodologias para a obtenção
de metais, na produção de papiros,
sabões e de funções inorgânicas,
como: o ácido sulfúrico, o ácido
nítrico, o hidróxido de sódio e o
hidróxido de potássio.
Figura 1.2 | Selo em homenagem a Demócrito
Fonte: Disponível em: <http://oatomodedemocrito.
blogspot.com/2010/09/pre-socraticos-democrito.html>.
Acesso em: 19 abr. 2015.
CHYMIA = fundir, moldar. Origem grega.
KHEMEIA = terra ou país. Origem egípcia.
Atualmente, com o avanço da tecnologia, podemos comparar os químicos
com os antigos alquimistas.
1.1 Modelos atômicos
Como vimos anteriormente, no século V a.C., Demócrito e Leucipo
acreditavam que a matéria era constituída por pequenas partículas indivisíveis, os
átomos. Porém, em 1808, John Dalton retomou essa ideia através de sua teoria
atômica, sugerindo que os átomos eram esferas maciças (rígidas) e indivisíveis.
No final do século passado, muitos cientistas desenvolveram vários experimentos
para demonstrar que os átomos são constituídos por partículas ainda menores,
subatômicas. (USBERCO; SALVADOR, 2006).
Modelo atômico é uma representação gráfica que procura explicar, de maneira
científica, os fenômenos relacionados à composição da matéria e suas formas. Um
modelo atômico tem como função explicar a estrutura microscópica da matéria.
1.1.2 Modelo atômico de John Dalton
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Figura 1.3 | Bola de Bilhar
Fonte: Disponível em: <http://bioeduca55.webnode.com/news/introdu%C3%A7%C3%A3o-a-quimica%3A-a-teoria-
atomica/>. Acesso em: 15 abr. 2015.
O cientista inglês John Dalton (1766-1844) propôs, em meados de 1800, o
modelo conhecido como Teoria Atômica de Dalton:
• A matéria é constituída por pequenas partículas esféricas maciças e
indivisíveis, denominadas átomos;
• Elemento químico é a junção de átomos com a mesma massa, tamanho e
as mesmas propriedades;
• Elementos químicos diferentes possuem propriedades diferentes, tais
como tamanho e massa;
• A combinação de átomos de elementos diferentes forma substâncias
diferentes;
• Durante uma reação química, os átomos não são criados,nem destruídos,
são reorganizados, formando novas substâncias.
John Dalton ficou conhecido como: “O Pai da Teoria Atômica” e o seu modelo
ficou conhecido conforme a Figura 1.3:
Figura 1.3 | Bola de Bilhar
1.1.3 Modelo atômico de Joseph John Thomson
Joseph John Thomson (1856-1940), no final de 1800, conseguiu demonstrar
que o átomo não era divisível, utilizando uma aparelhagem denominada tubo
de raios catódicos. Com base nas evidências deste experimento, Joseph John
Thomson concluiu que:
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Para obter maiores informações sobre o experimento de Joseph John
Thomson com o Tubo de Raios Catódicos, consulte a referência:
USBERCO, João; SALVADOR, Edgar. Química. 5. ed. vol. único. São
Paulo: Saraiva, 2006.
• Os raios eram partículas (corpúsculos) menores que os átomos;
• Os raios apresentavam carga elétrica negativa, denominada elétron;
• O átomo era uma esfera maciça, positiva, incrustada de elétrons (carga
negativa), de modo que a carga total fosse nula;
• Em sua totalidade, o átomo seria eletricamente neutro.
O modelo atômico de Joseph John Thomson ficou conhecido conforme a
Figura 1.4:
1.1.4 Modelo atômico de Ernest Rutherford
Ernest Rutherford (1871-1937), em 1904, ao realizar um experimento com gás
hidrogênio (H
2
), detectou a presença de partículas com cargas elétricas positivas
ainda menores, as quais ele denominou prótons (p).
Figura 1.4 – Pudim de passas
Fonte: Disponível em: <http://bioeduca55.webnode.com/news/introdu%C3%A7%C3%A3o-a-quimica%3A-a-teoria-
atomica/>. Acesso em: 15 abr. 2015.
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Figura 1.5 | Planetário
Fonte: Disponível em: <http://bioeduca55.webnode.com/news/introdu%C3%A7%C3%A3o-a-quimica%3A-a-teoria-
atomica/>. Acesso em: 15 abr. 2015.
Ele propôs que o átomo seria constituído, no centro, por um núcleo positivo
que continha a massa e os nêutrons do átomo. A região fora do núcleo, chamada
de eletrosfera, deveria ser ocupada pelos elétrons de carga negativa, orbitando ao
redor do núcleo.
Este modelo lembrava um sistema solar, conhecido como modelo planetário,
representado pela Figura 1.5.
Sobre a experiência de Ernest Rutherford utilizando material
radioativo e uma finíssima lâmina de ouro para verificar se os átomos
eram maciços, confira em: REIS, Martha. Completamente Química:
Química Geral. São Paulo: FDT, 2001.
1.1.5 Modelo atômico de Niels Bohr – Teoria atômica atual
Niels Bohr (1885-1962) desenvolveu um modelo atômico partindo dos seguintes
postulados:
• Os elétrons movimentam-se em órbitas circulares ao redor do núcleo do
átomo;
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• Cada órbita possui energia constante, estacionária. Os elétrons que
estiverem nas órbitas mais afastadas do núcleo serão mais energéticos;
• Absorvendo certa quantidade de energia, o elétron salta para uma órbita
mais energética. Voltando à sua órbita original, perde a mesma quantidade
de energia, na forma de luz (ondas eletromagnéticas);
• O núcleo é positivo e as órbitas são regiões específicas disponíveis para
acomodar os elétrons, de carga negativa, as chamadas camadas eletrônicas
ou níveis de energia;
• Cada camada eletrônica ou nível de energia foi representado por uma letra:
K, L, M, N, O, P e Q, recebendo um número quântico principal (n): 1, 2, 3, 4,
5, 6 e 7, respectivamente;
• Cada camada eletrônica ou nível de energia comporta um número máximo
de elétrons, conforme a Figura 1.6, a seguir:
Figura 1.6 | Órbitas circulares dos elétrons e as camadas eletrônicas
Fonte: Disponível em: <http://aprendendoquimicaonline.blogspot.com/2011/03/o-estudo-do-atomo.html>.
Acesso em: 22 abr. 2015.
OBS.: A camada eletrônica ou nível de energia mais afastada do núcleo é a mais
energética e recebe o nome de Camada de Valência.
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1.2 Matéria
A matéria é definida como tudo que possui massa, volume e ocupa lugar no
espaço. Se olharmos ao nosso redor, perceberemos que estamos cercados de
matéria, como árvores, carros, ar, alimentos, água e etc. Porém, devemos ter o
cuidado para não confundir energia com matéria. Energia não pode ser considerada
como matéria, pois não ocupa lugar no espaço. Existem vários tipos de energia,
como solar, elétrica, cinética, sonora, mecânica e etc. Sendo assim, energia é uma
transformação, realização de trabalho.
Toda matéria é formada por átomos, estes que são definidos como as menores
partículas que constituem a matéria. Ao se definir a composição de um material ou
substâncias, consegue-se identificar quais os átomos que a formam, ou seja, quais
os elementos químicos que estão presentes.
Exemplo: A água do mar é composta principalmente por sais como cloreto de
sódio (NaCl), gases dissolvidos como o nitrogênio (N
2
), oxigênio (O
2
) e dióxido de
carbono (CO
2
), macronutrientes como fósforo (P) e enxofre (S), íons de magnésio
(Mg+2), potássio (K+1), cálcio (Ca+2) e sulfato (SO
4
)-2.
A matéria é dividida em substâncias e misturas. Seguem abaixo, no Quadro 1.1,
as subdivisões das mesmas.
SUBSTÂNCIA
ELEMENTAR
É formada por um mesmo elemento químico. EX: He, Al, Fe, etc.
SUBSTÂNCIA PURA
Não pode ser separada, pois apresenta
composição constante.
EX: H
2
O, O
2
, CO
2
etc.
SUBSTÂNCIA
SIMPLES
É formada por átomos do mesmo elemento
químico.
EX: O
3
, N
2
, Cl
2
, etc.
SUBSTÂNCIA
COMPOSTA
É formada por átomos de elementos químicos
diferentes.
EX: Ca(OH)
2
, SO
3
, Al
2
(SO
4
)
3
,
etc.
MISTURA
É a junção de duas ou mais substâncias, simples
ou compostas. Podem ser classificadas como
misturas homogêneas ou heterogêneas.
EX: H
2
O + NaCl, H
2
O +
CO
2
, O
2
+ N
2
, etc.
HOMOGÊNEA Apresenta apenas uma fase, um aspecto visual.
EX: H
2
O + açúcar, misturas
de gases, ligas metálicas,
etc.
HETEROGÊNEA
Apresenta duas ou mais fases, dois ou mais
aspectos visuais.
EX: H
2
O + óleo, EX: H
2
O +
pedra + CO
2
, etc.
Quadro 1.1 | Substâncias e misturas
Fonte: A autora
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Para finalizar este conteúdo, veremos: As Partículas Fundamentais da Matéria:
Prótons, Elétrons e Nêutrons.
• Prótons: são partículas positivas, representadas por: p+
• Elétrons: são partículas negativas, representadas por: e-
• Nêutrons: são partículas neutras, ou seja, não apresentam carga positiva ou
negativa e são representadas por: n
1.3 Elemento químico
A junção de vários átomos iguais, ou seja, que apresentam o mesmo número
atômico (Z), é chamada de: Elemento químico.
O número atômico (Z) é a característica mais importante de um elemento
químico, pois ele indica o número de prótons (p) e o número de elétrons (e-) do
elemento.
Logo, em um elemento químico: Z = p = e-
Traduzindo, número atômico é igual ao número de prótons e número de
elétrons.
Os elementos químicos são representados por um símbolo, seguindo a
padronização da IUPAC (União Internacional de Química Pura e Aplicada), onde
a primeira letra do elemento químico deve ser maiúscula e a segunda letra, se
houver, deve ser minúscula. Em relação à nomenclatura dos elementos químicos,
esta origina do latim.
Todo elemento apresenta um número atômico (Z), um número de massa
atômica (A) e um número de nêutrons (n). Para verificar estas informações, basta
consultar uma Tabela Periódica, contudo o número de nêutrons deve ser calculado
através da fórmula a seguir:
n = A – Z
Lembrando:
n = número de nêutrons
A = número de massa atômica
Z = número atômico
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Exemplo:
17
Cl 35,5 n = A – Z ------ n = 35,5 – 17 ------ n = 18,5
Assim, o valor de massa atômica é a soma do número atômico com o número
de nêutrons.
A = Z + n
1.3.1 Íons
Os elementos químicos apresentam a tendência de perder ou ganhar elétrons
para se estabilizar quimicamente, ou seja, alcançar os oito elétrons na camada de
valência, tal estabilidade é explicada pela regra do octeto. Quando um elemento
químico perde ou ganha elétrons, ele se torna uma espécie química carregada
eletricamente, chamada de íon.
REGRA DO OCTETO:Os gases nobres, elementos da família 8A ou grupo zero
da Tabela Periódica, são elementos estáveis, pois já apresentam a camada de
valência completa, com oito elétrons, com exceção do gás hélio, que é estável
com dois elétrons na camada de valência, que é explicado pela regra do dueto.
Por este motivo, os gases nobres não perdem ou ganham elétrons.
Os íons são espécies químicas carregadas eletricamente. Íons carregados com
carga positiva são chamados de cátions e íons carregados com carga negativa são
chamados de ânions.
CÁTIONS: são íons que doam (perdem) elétrons, desta forma adquirem carga
positiva. Exemplo: Na+1, Ca+2, Al+3 etc.
ÂNIONS: são íons que ganham (recebem) elétrons, desta forma adquirem carga
negativa. Exemplo: N-3, O-2, F-1 etc.
A partir do que foi estudado sobre os íons, cátions e ânions, teste seu
entendimento sobre o assunto analisando o exemplo resolvido a seguir.
Caro(a) acadêmico(a), você já consegue interpretar a valência
de um íon?
Química geral
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22
Certo cátion trivalente (+3) contém 10 elétrons e 14 nêutrons. Determine o seu
número atômico e o seu número de massa atômica.
Resolução:
O cátion trivalente pode ser representado por X3+, que contém: 10 elétrons e
14 nêutrons, logo, por ser um cátion trivalente, significa que ele doou três elétrons,
e assim o seu número atômico (Z) é igual a 13.
13X3+ = 13 – 3 = 10.
Lembre-se: a perda ou ganho de elétrons ocorre sempre no número atômico
da espécie química.
Como a massa atômica (A) = Z + n: A = 13 + 14 = 27
1.4 Semelhanças atômicas
No início do século XX, experiências realizadas por Soddy e outros cientistas
com elementos radioativos mostraram evidências de que um elemento químico
pode ser constituído por uma mistura de vários átomos com o mesmo número
atômico, mas com diferentes números de massa. Esses átomos foram chamados
por Soddy de isótopos. A diferença no número de massa é produzida pelas
diferentes quantidades de nêutrons existentes em casa isótopo. (USBERCO;
SALVADOR, 2006)
Outros átomos com semelhanças atômicas também são estudados, como os:
isóbaros, isótonos e isoeletrônicos.
Radioisótopo é um isótopo que emite radiação. Os radioisótopos
podem ser aplicados na medicina no diagnóstico de muitas doenças
e problemas fisiológicos, permitindo sua identificação para um futuro
tratamento. Confira no Quadro 1.2 alguns exemplos.
Química geral
U1
23
1.4.1 Isótopos
São átomos de um mesmo elemento químico que apresentam o mesmo
número atômico (Z) e diferentes números de massa atômica (A). O magnésio,
por exemplo, é um elemento químico que ocorre na natureza na forma de três
isótopos.
12
Mg24
12
Mg25
12
Mg26
A maioria dos elementos químicos é encontrada na natureza na forma de
mistura isotópica, ou seja, com um ou mais isótopos. Os isótopos apresentam-se
em porcentagens diferentes, os mais estáveis são aqueles que ocorrem com maior
frequência, que é representada por porcentagem.
Por exemplo, o hidrogênio: é o único elemento químico em que os seus
isótopos apresentam nomes diferentes. Confira no Quadro 1.3 a seguir:
1.4.2 Isóbaros
São átomos que apresentam o mesmo número de massa atômica (A) e diferente
número atômico (Z), logo, pertencem a elementos químicos diferentes. Na Tabela
RADIOISÓTOPOS APLICAÇÃO
F18 (Flúor) Mapeamento ósseo
Tc99 (Tecnécio) Mapeamento do coração, fígado, rins, cérebro
I131 (Iodo) Mapeamento da tireoide
Cr51 (Cromo) Mapeamento das hemácias
ISÓTOPO NOMENCLATURA OCORRÊNCIA (aproximada)
1
H1 Prótio, hidrogênio comum, leve 99,985%
1
H2 Deutério 0,015%
1
H3 Trítio, Tricédio, Tritério 10-7%
Quadro 1.2 | Aplicação de radioisótopos na medicina
Quadro 1.3 | Isótopos do hidrogênio e sua ocorrência na natureza
Fonte: A autora
Fonte: A autora
Química geral
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24
Periódica encontram-se vários elementos químicos com o mesmo valor de massa
atômica.
Exemplo:
18
Ar 40 (Argônio) e
20
Ca 40 (Cálcio)
1.4.3 Isótonos
São átomos de diferentes elementos químicos com números atômicos (Z)
e números de massas atômicas (A) diferentes, porém, com mesmo número de
nêutrons. Sendo: n = A –Z
Exemplo:
7
N 14 14 – 7 = 7 nêutrons
6
C 13 13 – 6 = 7 nêutrons
1.4.4 Isoeletrônicos
São espécies químicas diferentes que apresentam o mesmo número de elétrons.
Tais espécies englobam os íons, cátions e ânions, e os elementos químicos.
Ex:
13
Al+3 → Z = 13, como é um cátion trivalente (+3), perde três elétrons e
finaliza com 10 elétrons.
8
O-2 → Z = 8, como é um ânion bivalente (-2), ganha dois elétrons e finaliza
com 10 elétrons.
Portanto, o Al+3 e o O-2 são isoeletrônicos, pois no final apresentam o mesmo
número de elétrons. Lembre-se de que a perda ou ganho de elétrons sempre
ocorre com número atômico (Z) da espécie química.
Caro(a) acadêmico(a), você já consegue identificar átomos
isótopos, isóbaros, isótonos e isoeletrônicos?
Química geral
U1
25
A partir do que foi estudado sobre as semelhanças atômicas, teste seu
entendimento sobre o assunto analisando o exemplo resolvido abaixo.
Considere as representações:
3x + 32
R 11x + 15
5x – 8
S 12x – 2
4x + 10
T 10x + 35
Sabendo que R e S são isótopos, determine os números atômicos (Z) e os
números de massa (A) de R, S e T.
Resolução:
Como sabemos que R e S são isótopos, temos:
3x + 32 = 5x – 8
40 = 2x
20 = x
Substituindo o x nas representações, teremos:
92
R 235
92
S 238
90
T 235
1.5 Diagrama de Linus Pauling
Linus Pauling desenvolveu um diagrama para o preenchimento da eletrosfera
pelos elétrons de um átomo em ordem crescente de energia, definida pelo
diagrama, em níveis e em subníveis de energia.
Química geral
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26
Cada camada eletrônica ou nível de energia apresenta um número quântico
principal (n), que é o valor numérico que se localiza antes do subnível de energia.
Confira no Quadro 1.4 abaixo:
Exemplo: 1s2: 1 = número quântico principal = camada eletrônica ou nível de
energia = K s = subnível.
As camadas eletrônicas ou níveis de energia (K, L, M, N, O, P e Q) são subdivididas
em quatro subníveis de energia, s, p, d e f. Cada subnível de energia comporta um
número máximo de elétrons, que é representado sobre o subnível de energia.
Confira na Figura 1.7 a seguir o Diagrama de Linus Pauling.
Camadas eletrônicas ou Níveis de energia K L M N O P Q
Número Quântico Principal (n) 1 2 3 4 5 6 7
Quadro 1.4 | Números quânticos principais
Fonte: A autora
Figura 1.7 | Diagrama de Linus Pauling
Fonte: Disponível em: <http://elixirforexistence.blogspot.com/2009/06/diagrama-de-linus-pauling.html>. Acesso
em: 19 abr. 2015.
Caro acadêmico, caso seja necessário, volte ao assunto sobre o
modelo atômico de Niels Bohr para relembrar as camadas ou níveis
de energia.
Química geral
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27
Para realizar uma distribuição eletrônica deve-se usar o número atômico (Z) do
átomo e respeitar a ordem do Diagrama de Linus Pauling. Para isso, basta seguir as
setas de cima para baixo na diagonal. A soma dos elétrons dos subníveis deve ser
igual ao valor do número atômico do átomo. No final deve-se indicar a Camada
de Valência, ou seja, a camada ou nível com o maior número quântico principal.
Veja o exemplo abaixo:
Ex.: Ba
56
- 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2
Neste caso, a Camada de Valência é 6s2, pois apresenta o maior número
quântico principal, que neste caso é 6.
1.6 Números quânticos
1.6.1 Número quântico principal (n)
Como foi visto anteriormente, o número quântico principal indica a camada
eletrônica ou nível de energia.
Confira no Quadro 1.5 o número máximo de elétrons em cada camada
eletrônica ou nível de energia.
1.6.2 Número quântico secundário (ℓ)
Conforme estudamos anteriormente, cada camada eletrônica ou nível de energia
é subdividida em subníveis de energia, s, p, d e f, e cada subnível é representado
por um número quânticosecundário (ℓ), 0, 1, 2 e 3, respectivamente.
Logo, cada subnível de energia recebe um número quântico secundário (ℓ) e,
ainda, comporta um número máximo de elétrons.
Camada eletrônica ou Níveis de energia K L M N O P Q
Número Quântico Principal (n) 1 2 3 4 5 6 7
Número máximo de elétrons nas camadas
eletrônicas ou níveis de energia
2 8 18 32 32 18 8
Quadro 1.5 | Número máximo de elétrons em cada camada eletrônica ou nível de energia
Fonte: A autora
Química geral
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28
Subníveis s p d f
N° Máx. de elétrons 2 elétrons 6 elétrons 10 elétrons 14 elétrons
N° quântico secundário 0 1 2 3
Quadro 1.6 | Número quântico secundário e número máximo de elétrons nos subníveis de
energia
Figura 1.8 | Números de Orbitais Figura 1.9 | Orbitais representados por quadrados
Fonte: A autora
Fonte: 1.8/1.9 Disponível em:<http://professorandrebarbosa.blogspot.com.br/2011/03/cpv-sintufrj-estrutura-da-
materia-4.html>.Acesso em: 15 mar. 2015.
1.6.2.1 Orbitais atômicos
Orbital atômico é o local mais provável de se encontrar os elétrons de um
átomo. O orbital atômico é representado por um “quadradinho”.
Cada subnível de energia possui um número de orbital, que será sempre a
metade do número de elétrons que o subnível comporta. Cada orbital possui um
número quântico magnético ou azimutal (ml) que se encontra abaixo do mesmo.
Veja na Figura 1.8 a quantidade de orbitais que cada subnível de energia comporta,
e na Figura 1.9 a representação dos orbitais (“quadradinhos”).
1.6.3 Número quântico magnético ou azimutal (mℓ)
O número quântico magnético ou azimutal está relacionado com a região de
maior probabilidade de se encontrar um elétron, chamada de orbital. Como cada
orbital comporta no máximo dois elétrons, estes são associados aos subníveis de
energia, e devido a isso, apresentam valores variados, -mℓ, à esquerda do zero e
+mℓ, à direita do zero. Cada subnível de energia pode apresentar um ou mais
orbitais.
subnível “s”
subnível “p”
subnível “d”
subnível “f”
Química geral
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29
Figura 1.10 | Subníveis e orbitais
Figura 1.11 | Regra de Hund
Fonte: Disponível em: <http://aprendendoquimicaonline.blogspot.com/2011/03/o-estudo-do-atomo.html>.
Acesso em: 22 abr. 2015.
Fonte: Disponível em: <http://aprendendoquimicaonline.blogspot.com/2011/03/o-estudo-do-atomo.html>.
Acesso em: 22 abr. 2015.
1.6.4 Número quântico de Spin (m
s
)
O número quântico de spin indica a rotação do elétron dentro do orbital.
Esse número quântico diferencia os elétrons de um mesmo orbital. Conforme o
princípio de exclusão de Pauli, cada orbital comporta no máximo dois elétrons de
rotações contrárias. Os elétrons são representados por Spins (setas).
Note, na Figura 1.10, que o orbital do subnível s está preenchido com dois
elétrons, representados pelos spins.
Obs.: Tanto o número quântico magnético ou azimutal quanto o número de
spin são definidos através do elétron de diferenciação ou diferenciador, que é o
último elétron (spin) distribuído nos orbitais.
Número quântico de spin (ms): para cima ↑ = +1/2
Número quântico de spin (ms) para baixo ↓ = -1/2
Regra de Hund: Os orbitais devem ser preenchidos primeiramente com todos
os spins para cima e depois, se necessário, para baixo. Confira na Figura 1.11 abaixo,
que o elétron de diferenciação ou diferenciador se encontra no primeiro orbital,
que foi o último elétron (spin) distribuído.
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30
Caro acadêmico, os orbitais completos com dois elétrons são
chamados de emparelhados ou completos, com um elétron é
chamado de desemparelhado ou incompleto, e sem elétron, vazio.
Para se definir os quatro números quânticos deve-se utilizar o subnível mais
energético que se encontra no final da distribuição eletrônica.
O quadro 1.7 demonstra a configuração completa dos quatro números
quânticos que acabamos de estudar.
Quadro 1.7 | Números quânticos
Fonte: Disponível em: <pessoal.educacional.com.br/up/50280001/.../EstruturaAtomica(1).ppt>. Acesso em 23 fev.
2012.
1. A energia nuclear é usada em vários segmentos industriais,
como fonte de energia, na medicina (radioterapia) e etc.
Consiste no fato de alguns átomos, como os do urânio,
rádio e tório, serem “instáveis”, perdendo constantemente
partículas alfa, beta e gama (raios-X), porém o lixo nuclear
gera muita preocupação em relação ao homem e ao meio
ambiente. O lixo radioativo de uma fábrica de material
nuclear contém os elementos radioativos urânio e tório.
Considere a seguir as representações desses elementos e
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31
assinale a alternativa que contém um par de isóbaros:
92
U 238
92
U 234
90
Th 230
90
Th 234
a) I e II.
b) III e IV.
c) II e IV.
d) Todas as alternativas estão corretas.
2. As estimativas do primeiro massacre por armas de
destruição maciça, sobre uma população civil, apontam
para um número total de mortos a variar entre 140 mil em
Hiroshima e 80 mil em Nagasaki, sendo algumas estimativas
consideravelmente mais elevadas quando são contabilizadas
as mortes posteriores devido à exposição à radiação. A bomba
atômica lançada sobre a cidade de Hiroshima, no Japão, no
dia 6 de agosto de 1945, ceifando instantaneamente a vida
de 80 mil pessoas, era à base de urânio:
235
U
92
Essa simbologia permite-nos concluir que o átomo de
urânio em questão apresenta:
a) 92 prótons, 92 elétrons e 235 nêutrons.
b) 92 prótons, 92 elétrons e 92 nêutrons.
c) 92 prótons, 92 elétrons e 143 nêutrons.
d) 235 prótons, 92 elétrons e 235 nêutrons.
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32
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33
Seção 2
Tabela Periódica
Introdução à seção
Sempre foi preocupação dos cientistas organizar os resultados obtidos
experimentalmente de tal maneira que semelhanças, diferenças e tendências
se tornassem mais evidentes. Isto facilitaria previsões a partir de conhecimentos
anteriores.
Um dos recursos mais usados em Química para atingir essa finalidade é a Tabela
Periódica. As primeiras tabelas foram propostas no início do século XIX; porém,
apresentavam mais erros do que acertos.
Foi somente em 1869 que surgiu uma tabela que atendia às necessidades
dos químicos e que se tornou a base da Tabela Periódica atual. Foi proposta por
Dimitri Ivanovitch Mendeleev (1834-1907) e organizava os elementos em linhas
horizontais, os períodos ou séries, e em linhas verticais, os grupos ou famílias.
À medida que percorremos um período, as propriedades físicas variam
regularmente, uniformemente. Num grupo, os elementos apresentam propriedades
químicas semelhantes. Esquematicamente:
Períodos – regularidade na variação das propriedades físicas
Grupos – semelhanças das propriedades químicas (USBERCO; SALVADOR, 1998)
Caro(a) acadêmico(a), você conhece todas as informações
presentes na Tabela Periódica? Tem domínio sobre a sua
utilização? A IUPAC, União Internacional de Química Pura
e Aplicada, é o órgão responsável sobre toda a organização
dessa ferramenta didático-pedagógica.
Química geral
U1
34
Caro acadêmico, você conhece todas as informações que a Tabela Periódica
oferece sobre os elementos químicos? Aprofunde os conhecimentos sobre o
histórico desta ferramenta indispensável para o entendimento desta disciplina tão
fascinante que é a química.
2.1 Organização periódica dos elementos químicos na tabela
A Tabela Periódica atual é constituída por 18 famílias. Cada família contém
elementos com propriedades químicas semelhantes, devido ao fato de
apresentarem o mesmo número de elétrons na camada de valência. Na família 1A,
por exemplo, todos os elementos apresentam um elétron na camada de valência.
Atualmente, 118 elementos químicos estão organizados na Tabela Periódica em
ordem crescente de seus números atômicos (Z). Confira na Figura 1.12 abaixo:
Caro acadêmico, verifique na Figura 1.13, abaixo, a representação de uma legenda
presente numa Tabela Periódica, onde estão as informações citadas acima.
Exemplo:
Figura 1.12 | Tabela periódica
Fonte: Disponível em: <www.maristas.org.br/colegios/assuncao/.../tabela_periodica.ppt>.Acesso em: 15 abr. 2015.
Figura 1.13 – Legenda de tabela periódica
Fonte: Disponível em: <tabelaperiodicaclc.blogspot.com/>. Acesso em: 15 mar. 2015.
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35
Note que a massa atômica ou peso atômico apresenta valor maior que o
número atômico!
Na Tabela Periódica os elementos foram classificados, segundo suas
propriedades físicas e químicas, agrupando-se em metais, não metais, semimetais,
gases nobres ou grupo zero e Hidrogênio.
Elementos artificiais - Os elementos químicos que apresentam número
atômico superior a 92 são artificiais, isto é, foram sintetizados em laboratório
químico através de pesquisas nucleares. Com exceção dos elementos Promécio
com número atômico igual a 43 e Tecnécio com número atômico igual a 61. Dos
118 elementos químicos reconhecidos, os elementos artificiais classificam-se em:
Cisurânicos: recebem esse nome (cis = “aquém de”) porque apresentam
número atômico inferior a 92, o do elemento urânio. São os seguintes: tecnécio
(Tc), ástato (At), frâncio (Fr) e promécio (Pm).
Transurânicos: recebem esse nome (trans = “além de”) porque apresentam
número atômico superior a 92, ou seja, que se encontram depois do Urânio.
2.2 Períodos da Tabela Periódica
A Tabela Periódica possui sete períodos ou séries, que são as linhas horizontais,
numeradas de 1 a 7 através dos números quânticos principais, que representam as
sete camadas eletrônicas ou níveis de energia, K, L, M, N, O, P e Q, respectivamente.
Lembre-se de que as séries dos lantanídeos e actinídeos pertencem ao sexto e
sétimo período, respectivamente. Vide figura 1.14. Após a realização de uma
distribuição eletrônica, define-se como camada de valência aquela que apresentar
o maior número quântico principal, e você pode utilizá-lo também para definir o
período em que o elemento se encontra na Tabela Periódica. Exemplo: Camada
de valência do K (potássio) = 4s1, o 4 indica que o potássio está no quarto período
da Tabela Periódica, ou seja, na quarta linha horizontal.
2.3 Famílias ou grupos
As 18 famílias estão dispostas em linhas verticais que são divididas em dois
grupos: o grupo A, que são as colunas verticais mais altas, e o grupo B, que são as
colunas verticais mais baixas e centrais da Tabela Periódica.
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Os elementos químicos presentes nas famílias do grupo A são chamados de
elementos representativos, do grupo B são chamados metais de transição e as
séries dos lantanídeos e actinídeos são chamadas de metais de transição interna.
Todas as famílias recebem uma classificação diferenciada por cores, conforme
representado na Figura 1.14, abaixo:
Figura 1.14 | Tabela periódica dos elementos do universo conhecido
Fonte: Disponível em: <www.guiadacarreira.com.br/wp-content/uploads/...>. Acesso em: 15 abr. 2015.
Química geral
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Caro acadêmico, lembre-se de que a Tabela Periódica é uma ferramenta de
apoio para as aulas de Química, por isso não se preocupe em decorá-la, basta
saber usá-la.
2.4 Metais, Semimetais e Não Metais
METAIS – Ocupam cerca de 80% da Tabela Periódica. São sólidos em
temperatura ambiente, com exceção do mercúrio (Hg), que é o único metal
líquido; são bons condutores de calor e eletricidade, são maleáveis (capacidade de
formar lâminas), apresentam ductilidade (capacidade de formar fios), tenacidade
(resistência à tração) e brilho metálico. São cátions, ou seja, possuem a capacidade
de doar elétrons e geralmente apresentam 1, 2 ou 3 elétrons na camada de valência
(última camada).
NÃO METAIS – Representam cerca de 10% da Tabela Periódica, porém são os
mais abundantes na natureza. Não há um estado físico definido. Não apresentam
brilho, não conduzem calor nem eletricidade e são utilizados na produção de
pólvora e pneus.
SEMIMETAIS – Estes elementos apresentam características intermediárias entre
os metais e os não metais.
Adquira uma Tabela Periódica atualizada e aprenda a utilizá-la na
prática. Livrarias e papelarias comercializam esse material didático.
Para um aprofundamento neste assunto, consulte a bibliografia:
CHANG, Raymond. Química Geral: conceitos essenciais. 4. ed. Porto
Alegre: McGraw Hill – Artmed 2010.
Sobre os elementos químicos, acesse: <http://www.cdcc.sc.usp.br/
elementos/>.
Química geral
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38
1. O vanádio é um elemento químico de transição utilizado
como um importante recurso (formação do aço) para
produzir um tipo de liga que melhora consideravelmente
a tenacidade, a resistência mecânica e a corrosão do
ferro. Sabendo que o número atômico do vanádio é 23,
determine o número de elétrons que ele possui na camada
de valência.
a) Três elétrons.
b) Onze elétrons.
c) Dois elétrons.
d) Três elétrons.
2. Os átomos pertencentes à família dos metais alcalinos-
terrosos e dos halogênios adquirem configuração eletrônica
de gases nobres, quando, respectivamente, formam íons
com número de carga:
a) + 1 e – 1.
b) – 1 e + 2.
c) + 2 e – 1.
d) – 2 e – 2.
e) + 1 e – 2.
Química geral
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39
Seção 3
Ligações químicas
Introdução à seção
Na natureza são raros os elementos químicos que se encontram de forma
isolada. Na verdade, os únicos elementos que formam substâncias elementares
são os elementos pertencentes à família 8A ou grupo zero da Tabela Periódica. Os
Gases Nobres (família 8A) são estáveis, pois apresentam oito elétrons na camada
de valência - com exceção do gás hélio (He), que é estável com dois elétrons na
camada de valência - e são pouco reativos, pois não necessitam realizar ligações
químicas com outros elementos.
Os demais elementos químicos tendem a se ligar uns com os outros em busca
da estabilidade química, ou seja, adquirir os oito elétrons na camada de valência,
semelhante aos gases nobres. As ligações químicas são responsáveis pelas
centenas de compostos presentes em nosso dia a dia.
Muitas vezes nos perguntamos como funciona a atração eletromagnética de
um imã? Como uma lagartixa consegue andar pelas paredes? Todos esses fatos
são explicados pelas forças de atração e no contrário, as forças de repulsão.
3.1 Ligações químicas
Caro(a) acadêmico(a), você já parou para pensar nas centenas
de milhares de compostos, substâncias, que estão presentes
ao nosso redor? E o quanto elas influenciam o nosso cotidiano,
seja de forma positiva ou negativa? Logo, como elas ocorrem?
Química geral
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Ligação química é o nome dado às formas de associação existentes entre os
átomos. (COVRE, 2001, p. 109). Qualquer fenômeno químico ocorre na eletrosfera
(local onde se encontram os elétrons) do átomo. As ligações químicas, por exemplo,
acontecem devido às interações entre as eletrosferas dos átomos ligantes. E por
qual motivo isso acontece? Se observarmos os gases nobres, que já são estáveis,
perceberemos que esses elementos possuem uma característica típica em relação
às suas configurações eletrônicas e o número de elétrons na camada de valência.
Resumindo, os gases nobres apresentam duas características fundamentais:
são estáveis quimicamente e apresentam a última camada completa com oito
elétrons (no caso do hélio, dois elétrons). Com exceção do grupo 8A, os outros
átomos apresentam a capacidade de se combinarem.
Segundo Lewis: “Os átomos de diferentes elementos ligam-se entre si, cedendo,
recebendo ou compartilhando elétrons, na tentativa de adquirir uma configuração
eletrônica igual à de um gás nobre, ou seja, estável”.
Valência - É o que determina o número de ligações que o átomo necessita
fazer.
Eletrovalência - É o valor da valência (carga elétrica) seguida do respectivo
sinal. Os cátions, por perderem elétrons, apresentam eletrovalência positiva, e os
ânions, por ganharem elétrons, apresentam eletrovalência negativa.
No Quadro 1.8, abaixo, segue a tendência que os elementos químicos das
famílias dos elementos típicos ou representativos (grupo A) apresentam em ganhar
ou perder elétrons da camada de valência para se estabilizar.
Em relação aos elementos do grupo B, metais de transição e transição-
interna,devemos lembrar que todos apresentam carga positiva, pois são metais
e apresentam a tendência de perder elétrons para se estabilizar. Ainda, como
citado anteriormente, nem todos os elementos se estabilizam conforme a regra
do octeto. Existe a chamada Pseudoconfiguração-gás-nobre, a qual não possui
Famílias do
Grupo A
Família 1A Família 2A Família 3A Família 4A Família 5A Família 6A Família 7A
Nº elétrons na
Camada de
Valência
1 elétron 2 elétrons 3 elétrons 4 elétrons 5 elétrons 6 elétrons 7 elétrons
Eletrovalência +1 +2 +3 +4 / -4 -3 -2 -1
Quadro 1.8 | Elementos químicos - Valência e eletrovalência
Fonte: A autora
Química geral
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41
nenhuma semelhança com a configuração de um gás nobre. Contudo, o que
temos de semelhança é que todos os orbitais da camada de valência estão
completos. Alguns elementos de transição, após a ligação, não apresentam nem a
configuração do gás nobre nem a pseudoconfiguração. Como exemplo podemos
citar as espécies catiônicas Fe+2 e Fe+3.
2.2 ligações iônicas
Ligação iônica ou eletrovalente é aquela que se estabelece por meio da
transferência definitiva de elétrons entre átomos. (COVRE, 2001, p. 110). Este tipo
de ligação ocorre entre um elemento metálico e um elemento não metálico por
transferência de elétrons. Os metais são catiônicos, por isso doam seus elétrons
da camada de valência para os não metais, que são aniônicos e por isso recebem
esses elétrons, ambos com o intuito de se estabilizar. Essa transferência de elétrons
pode ser representada através da notação de Lewis.
Notação de Lewis ou Fórmula eletrônica: é a representação dos elétrons da
camada de valência ao redor do átomo. Tais elétrons podem ser representados
por pontos (.) ou (x). Confira abaixo nas figuras 1 e 2.
Fórmula molecular: é a representação final do número de elementos utilizados
na ligação. Coloca-se em primeiro lugar o cátion (metal) e em seguida o ânion
(não metal).
Note a seguir a junção entre a fórmula molecular, os íons formados e a notação
de Lewis.
Caro acadêmico, confira na tabela de cátions esses dois íons. Aproveite
para realizar suas distribuições eletrônicas e verifique os números de
elétrons nas respectivas camadas de valência.
Química geral
U1
42
Note que foram necessários dois íons Cl-1 para estabilizar o íon Ca+2 e formar o
composto: CaCl
2
e que as cargas dos íons desceram de forma invertida.
Observação: 1 - Quando as valências (cargas) apresentam valores diferentes, a
valência de um indica a quantidade do outro elemento.
1º) K
2
O
2º) Ca
3
P
2
2 - Ao montar a fórmula molecular, colocamos os elementos em ordem
crescente de eletronegatividade. No caso específico de ligação iônica, metal
(cátion) à esquerda, não metal (ânion) à direita.
3 - Os números colocados junto aos símbolos indicam a quantidade de átomos
(atomicidade) na referida fórmula molecular, são denominados índices e devem
permanecer na parte inferior dos elementos.
Exemplo 1: Caro acadêmico, note que na figura abaixo os elétrons da camada
K ............................ +1
O ............................ -2
Ca ........................... +2
P ............................ -3
Química geral
U1
43
de valência estão ao redor dos átomos (Notação de Lewis), mostrando que o
elétron do cátion metálico é transferido para o ânion não metálico. Ou seja, o Na
(sódio) apresenta apenas um elétron na camada de valência (família 1A) para ser
doado, por isso é nomeado como cátion (carga positiva) monovalente. Já o cloro
(Cl) recebe a nomeação de ânion (carga negativa) monovalente, pois só precisa
receber um elétron para se estabilizar, afinal apresenta sete elétrons na camada de
valência (família 7A).
Exemplo 2: Repare mais uma vez, na
figura abaixo, que os elétrons da camada
de valência estão ao redor dos átomos
(Notação de Lewis), mostrando que o
elétron do cátion metálico é transferido
para o ânion não metálico. Ou seja, o
Al (alumínio) apresenta três elétrons na
camada de valência (família 3A) para ser
doado, por isso é nomeado como cátion
(carga positiva) trivalente. Já o flúor (O)
recebe a nomeação de ânion (carga
negativa) monovalente, pois só precisa
receber um elétron para se estabilizar,
afinal apresenta sete elétrons na camada
de valência (família 7A).
Figura 1.15 | Ligação iônica
Figura 1.16 | Ligação iônica
Fonte: Disponível em: <http://wmnett.com.br/quimica/ligacao-ionica/>. Acesso em: 25 mar. 2015.
Fonte: Disponível em: <http://cfqdacarolina.
blogspot.com.br/>. Acesso em: 25 mar. 2015.
A fórmula molecular é então: NaCl. Foi necessário apenas um átomo
de sódio (Na) para estabilizar um átomo de cloro (Cl). Note que o
cátion permanece à frente do ânion.
Química geral
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44
A fórmula molecular é então: AlF
3
. Foram necessários três átomos de
alumínio (Al) para estabilizar um átomo de flúor (F). Note que o cátion
permanece à frente do ânion.
OBS.: A ligação iônica ocorre entre um elemento metálico com outro
elemento não metálico, onde a diferença de eletronegatividade é
igual ou superior a 1,7.
2.3 Ligações covalentes ou moleculares
Os não metais e o hidrogênio (H) apresentam alta eletronegatividade (capacidade
em atrair elétrons). A ligação entre seus átomos, estabelecida para alcançarem a
estabilidade, é chamada de ligação covalente ou molecular (COVRE, 2001, p. 115).
Ligação covalente é aquela que envolve um par eletrônico que é compartilhado
pelos dois átomos.
A . x B A B
Um elemento químico pode efetuar uma ou mais ligações covalentes,
dependendo do número de elétrons disponíveis em sua camada de valência para
formar outros pares de elétrons e do número de elétrons que deve compartilhar
para se tornar estável. Cada compartilhamento de elétrons, ou seja, cada ligação
covalente, realizada é representada por um traço (). Este tipo de ligação
apresentará a fórmula eletrônica ou notação de Lewis, a fórmula estrutural e,
finalmente, a fórmula molecular. No caso da fórmula estrutural, o número de
ligações realizadas (elétrons compartilhados) será representado por tantos traços,
ou seja, o número de traços equivale ao número de ligações efetivadas.
2.4 Ocorrência da ligação covalente ou molecular
Química geral
U1
45
Este tipo de ligação ocorre entre um elemento não metálico com outro
não metálico, hidrogênio com hidrogênio e hidrogênio com um elemento não
metálico por compartilhamento de elétrons, com diferença de eletronegatividade
inferior a 1,7.
As ligações covalentes ou moleculares podem ser classificadas como:
• Simples: representada por um traço e chamada de sigma (σ);
• Dupla: representada por dois traços;
• Tripla: representada por três traços.
Confira abaixo, na Figura 1.17, os tipos de ligações covalente ou moleculares e
suas respectivas representações. Lembrando que cada traço significa uma ligação
covalente ou molecular realizada.
Resumindo:
• As ligações covalentes ou moleculares só são realizadas através dos elétrons
da camada de valência dos átomos (última camada);
• Um par de elétrons compartilhado é formado por um elétron de cada
átomo e assim respectivamente;
• Para atingir a estabilidade química conforme a regra do octeto, o átomo
pode formar até três pares de elétrons compartilhados.
• Veja abaixo o exemplo de compartilhamento de um par de elétrons e suas
respectivas fórmulas:
Figura 1.17 | Ligação covalente ou molecular
Fonte: Disponível em: <http://agracadaquimica.com.br/?&ds=1>. Acesso em: 26 mar. 2015.
Química geral
U1
46
Notação de Lewis ou Fórmula eletrônica: H . x H
Fórmula estrutural: H H
Fórmula Molecular: H
2
Neste exemplo pode-se verificar o compartilhamento de apenas dois elétrons,
um elétron de cada átomo, formando-se assim uma ligação covalente simples
ou sigma (σ), representada por um traço. Em outros casos, pode-se verificar ocompartilhamento de quatro elétrons (dois elétrons de cada átomo), e assim, há
formação de uma ligação dupla ou pi (). Um exemplo é a formação da molécula
do gás oxigênio (O=O). Como o oxigênio pertence à família 6A da Tabela Periódica,
apresenta seis elétrons na camada de valência e para se estabilizar necessita realizar
duas ligações covalentes.
Enfim, quando são compartilhados seis elétrons (três de cada átomo) há
formação de ligação tripla. Um exemplo é o que ocorre com a formação do gás
nitrogênio (N
2
). Como o nitrogênio pertence à família 5A da Tabela Periódica,
precisa realizar três ligações para se estabilizar, conforme a regra do octeto.
2.5 Ligação covalente coordenada dativa
Existe um outro tipo de ligação covalente entre átomos de elementos (iguais ou
diferentes) de alta eletronegatividade. Esse tipo de ligação recebe o nome de ligação
covalente coordenada dativa ou ligação covalente coordenada ou dativa, que
ocorre quando o par eletrônico compartilhado é formado por elétrons de apenas
um dos átomos participantes. A ligação coordenada dativa é representada por uma
flecha que parte do átomo que contribuiu com o par eletrônico para aquele que o
está utilizando. Na fórmula estrutural da substância existem tantas flechas quantas
ligações dativas forem realizadas (COVRE, 2001, p. 115).
Caro acadêmico, você sabe quando ocorre uma ligação coordenada dativa?
Este é um caso especial de ligação covalente, onde só realizará a ligação
coordenada dativa o elemento que já tenha realizado suas ligações, ou seja, já
está estável (octeto completo, ou seja, oito elétrons na camada de valência), e que
apresente pelo menos um par de elétrons para compartilhar com o elemento que
ainda não realizou suas ligações.
Confira a Figura 1.18, abaixo: Este exemplo apresenta a fórmula estrutural do HClO3
(Ácido clórico), onde ocorrem duas ligações covalentes simples (entre o hidrogênio
Química geral
U1
47
e o oxigênio) e duas coordenadas dativas
(entre o cloro e os outros dois oxigênios), que
são representadas por flechas. O cloro (família
7A da Tabela Periódica) se estabilizou fazendo
uma ligação covalente simples com o oxigênio,
como esse elemento apresenta sete elétrons na
camada de valência, após sua estabilização ainda
apresenta pares de elétrons sobrando, por isso,
pode realizar duas ligações coordenadas dativas
com os outros oxigênios que necessitam desses
pares de elétrons para se estabilizar.
Figura 1.18 | Ligação covalente
coordenada dativa
Figura 1.19 | Ligação covalente
Figura 1.20 | Notação de Lewis
Fonte: Disponível em: <http://quimicaangela.
b logspot .com.br /2011 /08/ l i gacoes-
quimicas-1-ano.html>. Acesso em: 26 mar.
2015.
Fonte: Disponível em: <http://www.brasilescola.com/quimica/ligacao-covalente.htm>. Acesso em: 18 mar. 2015.
Fonte: Disponível em: <http://www.proprofs.com/quiz-school/story.php?title=geometria-das-molculas>. Acesso
em: 18 mar. 2015.
Já na Figura 1.19, abaixo, podemos observar a formação do dióxido de enxofre
(SO
2
). Repare que o enxofre (S) realiza uma dupla ligação com o oxigênio da direita
(afinal, ambos são da família 6A da Tabela Periódica, apresentam seis elétrons
na camada de valência e necessitam realizar duas ligações para se estabilizar) e
após sua estabilização com os pares de elétrons sobrantes, realiza uma ligação
coordenada dativa com o oxigênio da esquerda.
Note que a figura acima apresenta a Notação de Lewis (fórmula eletrônica) do SO
2
.
Note que a figura acima apresenta a fórmula estrutural do SO
2
finalizando com uma ligação coordenada dativa (à esquerda) e uma
dupla ligação.
Química geral
U1
48
2.6 Ligação metálica
Ligação metálica é aquela realizada entre átomos e cátions de metais cujos
elétrons mais externos migram do átomo para o cátion e vice-versa (COVRE, 2001,
p. 120).
Caro acadêmico, como o próprio nome diz, este tipo de ligação química ocorre
entre metais. Os metais apresentam várias características, como boa condutividade
de calor e eletricidade, maleabilidade (capacidade de formar lâminas), ductilidade
(capacidade de formar fios), tenacidade (resistência à tração), são sólidos à
temperatura ambiente (25°C), com exceção do mercúrio (Hg), que é o único metal
líquido, e são doadores de elétrons, ou seja, são catiônicos. Este tipo de ligação é
conhecido como “mar de elétrons” ou “nuvem de elétrons”. Veja a Figura 1.21 abaixo.
As ligações metálicas não apresentam
fórmula eletrônica e fórmula estrutural,
depende do conhecimento específico
dos retículos cristalinos. Os metais em
sua maioria são representados por seus
símbolos, sem valores de atomicidade
(quantidade de átomos), que é muito grande
e indeterminada.
• Ligas metálicas
Uma liga metálica é a mistura de dois ou
mais metais ou de metais com ametais, cujo
componente principal é um metal. Porém,
raramente um metal possui todas as qualidades
necessárias para determinada aplicação.
Figura 1.21 | Ligação Metálica
Fonte: Disponível em: <portaldoprofessor.
mec.gov.br/storage/discovir>. Acesso em: 16
mar. 2015.
Por isso, o objetivo de uma liga metálica é de melhorar as propriedades
físico-químicas do material resultante e, se possível, diminuir o custo. As ligações
metálicas justificam a ocorrência das ligas metálicas, pois estão presentes nelas.
Química geral
U1
49
A seguir veremos alguns exemplos de ligas metálicas, no Quadro 1.9.
Caro acadêmico, para aprofundar seu conhecimento sobre as ligações químicas,
acesse a referência: CHANG, Raymond. Química Geral: conceitos essenciais. 4.
ed. Porto Alegre: McGraw Hill – Artmed 2010.
Você sabia que usamos várias ligas metálicas em nosso dia a dia? O
aço inoxidável (ferro, carbono e cromo) e o bronze (cobre e estanho)
são alguns exemplos.
Nome comercial Composição Aplicação
Ouro 18 quilates Au (75%) e Ag, Cu (25%) Joias e ornamentos
Amálgama Hg (50%), Ag (35%) e Sn (15%) Obturações odontológicas
Solda comum Pb (67%) e Sn (33%) Solda elétrica
Níquel-crômio Ni (60%), Cr (15%) e Fe (25%) Fios de resistência elétrica
Duralumínio Al (95%) e Cu, Mg, Mn (5%)
Peças de automóveis e
aviões
Latão Cu (70%) e Zn (30%)
Latões, parafusos, válvulas e
bijuterias
Aço comum Fe e C (0,1% a 1,5%) Peças, estruturas e fios
Ouro branco Au (90%) e Pd (10%) Joias e ornamentos
Quadro 1.9 | Ligas metálicas e suas aplicações
Fonte: A autora
Química geral
U1
50
1. À grande transformação econômica da Idade do Bronze
dá-se o nome de Revolução Urbana. Essa revolução
correspondeu à passagem das comunidades agrícolas
autossuficientes para cidades, com comércio e artesanato
especializado. A agricultura continuou como a principal
atividade econômica, mas a economia, antes agrícola
e pastoril, ganhou maior diversidade e complexidade
com a multiplicação dos ofícios ou profissões e com o
estabelecimento de um sistema regular de trocas. Assim,
por volta de 3000 a.C., o Egito, a Mesopotâmia e o Vale
do Indo já não eram mais um conjunto de aldeias de
agricultores autossuficientes, mas constituíam Estados,
com uma complexa organização social. AQUINO, R. S. et
al. História das sociedades, das comunidades primitivas às
sociedades medievais. Rio de Janeiro: Ao Livro Técnico,
1980. p. 77-78. (Adaptado)
Em relação ao bronze, citado no texto, considere as
seguintes afirmações:
I. É um elemento químico e sua massa atômica é 79,9.
II. É um bom isolante térmico.
III. A tenacidade não é uma de suas propriedades químicas.
IV. É uma liga metálica formada por cobre e estanho.
V. Em condições normais de temperatura e pressão é
sólido.
Somente é correto o que se afirma em:
a) I e II.
b) I e V.
c) II e III.
d) III e IV.
e) IV e V.
2. Inúmeras são as substâncias que estão presentes em
nosso cotidiano, e esses compostos são formados através
de ligações químicas. A combinação entre um átomo
de caráter metálico e outro de caráter ametálico deverá
ocorrer por:
Química geral
U1
51
a) Transferência de elétrons.b) Compartilhamento de elétrons.
c) Remoção de elétrons.
d) Redução de elétrons.
e) Absorção de elétrons.
Nesta unidade pudemos estudar que:
• Toda matéria apresenta massa, volume e ocupa um lugar
no espaço;
• Uma substância pode ser definida como elementar ou em
mistura homogênea ou heterogênea;
• Os átomos são definidos como as menores partículas que
constituem a matéria. Apresentam um núcleo positivo,
nêutrons e uma eletrosfera;
• Isótopos são átomos de mesmo elemento químico,
possuem o mesmo número atômico (Z), números de
massas atômicas (A) diferentes;
• Isóbaros são átomos que apresentam o mesmo número de
massa atômica (A), porém apresentam números atômicos
(Z) diferentes;
• Isótonos são átomos com mesmo número de nêutrons (n);
• Para os íons, cátions e ânions, o número atômico (Z) é igual
ao número de prótons (p), porém, é diferente do número de
elétrons (e-);
• Isoeletrônicos são espécies químicas que apresentam o
mesmo número de elétrons;
Química geral
U1
52
• A distribuição eletrônica é realizada através do Diagrama
de Linus Pauling, distribuindo-se o número de elétrons em
ordem crescente de energia em níveis e subníveis;
• Número quântico principal (n) – determina a camada
eletrônica ou nível de energia em que se encontra o elétron;
• Número quântico secundário (ℓ) – determina o subnível de
energia em que se encontra o elétron;
• Número quântico magnético ou azimutal (mℓ) – determina
o orbital em que está localizado o elétron;
• Número quântico spin (ms) – determina a rotação do
elétron localizado no orbital;
• A Tabela Periódica possui sete períodos e 18 famílias ou
grupos;
• Os elementos químicos estão divididos em: metais, não
metais, semimetais e gases nobres;
• Os átomos apresentam a tendência de perder ou ganhar
elétrons para obter os oito elétrons na camada de valência;
• Ligação iônica ocorre por transferência de elétrons, entre
um metal e um não metal;
• A ligação covalente ou molecular ocorre por
compartilhamento de elétrons entre não metal com não
metal;
• A ligação coordenada dativa é um caso particular de ligação
covalente;
• As ligações metálicas ocorrem entre metais e são
conhecidas como “nuvem de elétrons” ou “mar de elétrons”.
• As ligas metálicas são junções de dois ou mais metais
podendo conter um não metal, com o intuito de melhorar
suas propriedades.
Química geral
U1
53
Caro acadêmico(a), pudemos perceber que o estudo da estrutura
atômica é sequencial e complexo. A partir das informações que
foram adquiridas, muitas dúvidas cotidianas foram sanadas. Mas a
compreensão e contextualização da química é muito mais ampla.
Procure se atualizar e identificar a química em seu dia a dia.
1. O titânio já foi conhecido como o “metal maravilha”
devido às suas qualidades. É mais resistente à corrosão
que o aço inoxidável, suas ligas metálicas são empregadas
na indústria aeronáutica, em próteses e em implantes
dentários. A produção mundial anual de titânio é cerca
de 10 milhões de toneladas, e as principais reservas
estão no Canadá e na Austrália. Sobre o Titânio (Z=22),
determine a configuração eletrônica dos elétrons.
2. Identifique o elemento químico que se encontra na
família 3A e no 3° período.
3. Correlacione a 1° coluna com a segunda:
a) metais alcalinos ( ) coluna 0
b) metais alcalinos-terrosos ( ) coluna 6A
c) calcogênios ( ) coluna 7A
d) halogênios ( ) coluna 2A
e) gases nobres ( ) coluna 1A
Química geral
U1
54
4. Dois elementos, A e B, apresentam valores de números
atômicos 20 e 17, respectivamente. A fórmula molecular
e o tipo de ligação do composto formado são:
Assinale a alternativa CORRETA:
a) AB2 ligação covalente.
b) A2B ligação iônica.
c) AB2 ligação iônica.
d) A2B ligação covalente.
e) A2B2 ligação iônica.
5. Justifique por que o íon cloreto (Cl-) é mais estável
que o átomo de cloro.
U1
55Química geral
Referências
COVRE, Geraldo José. Química Total Volume Único. São Paulo: FTD, 2001.
MAIA, Daltamir Justino. Química Geral: fundamentos. São Paulo: Pearson
Prentice Hall, 2007.
USBERCO, João; SALVADOR, Edgard. Química. 5. ed. São Paulo: Saraiva, 2006.
Unidade 2
REAÇÕES QUÍMICAS E LEIS
PONDERAIS
Objetivos de aprendizagem:
Nesta seção você será levado a conhecer os principais tipos de reações
químicas existentes e como estas são balanceadas. Para isso, vamos
conhecer as Leis Ponderais, como a Lei de Lavoisier, também conhecida
como lei da conservação de massas, para, enfim, poder balancear uma
equação química, entre outras leis existentes, necessário para evoluirmos
em nossos estudos. Deste modo, nossos principais objetivos serão:
• Conhecer a estrutura de uma reação química.
• Conhecer os principais tipos de reações químicas existentes, entre
elas estudaremos a reação de síntese ou adição, a reação de
decomposição, a reação de simples troca e a reação de dupla troca.
• Conhecer as condições necessárias para que dois átomos possam
interagir entre si em uma reação química.
• Conhecer a estrutura de uma reação de combustão.
• Conhecer as leis ponderais, como a Lei de Lavoisier (lei de
conservação de massas), Lei de Proust (lei das proporções definidas),
Lei de Dalton (lei das proporções múltiplas) e a Lei de Gay-Lussac,
que é conhecida como a lei dos gases.
• Conhecer e aplicar as regras para balanceamento de equações
químicas, inicialmente realizando o método de tentativas e erros,
assim como o método algébrico, e os métodos baseados em
Carlos Roberto da Silva Júnior
Reações químicas e leis ponderais
U2
58
reações de oxidação e redução, como o método redox e o método
íon elétron.
Ao final desta unidade vocês estarão aptos em reconhecer, caracterizar
e montar reações químicas e saberão quais são os procedimentos que
devemos realizar para balancear uma equação química de acordo com leis
ponderais que regem a matéria e por técnicas desenvolvidas para facilitar
sua determinação.
Bons estudos!
Nesta seção, conheceremos um pouco sobre equações químicas,
que nada mais são do que uma forma de representação das reações
que acontecem entre átomos e compostos químicos, originando novos
compostos. Sabendo a estrutura de uma reação química, partimos
então para o entendimento dos diferentes tipos de reações que podem
acontecer, que são as reações de adição ou síntese, onde dois ou mais
reagentes darão origem a um único produto; reações de decomposição,
onde um único reagente dará origem a dois ou mais produtos; reações
de simples troca e reações de dupla troca. Também conheceremos as
condições de afinidade que os átomos precisam ter para que possam
reagir. Para finalizar, iremos trabalhar um pouco com reações de
combustão, que são de extrema importância nos dias atuais.
Nesta seção, veremos as leis que foram descritas baseadas em
observações experimentais sobre como é o comportamento dos
compostos químicos durante uma reação química. A primeira lei é
a de conservação das massas, a Lei de Lavoisier, que diz que nada se
perde, nada se cria, tudo se transforma. Também veremos a Lei de
Proust, conhecida como a lei das proporções definidas, a Lei de Dalton,
conhecida como a lei das proporções múltiplas, e a Lei de Gay-Lussac,
que também é conhecida como lei dos gases e serve como base para a
definição do conceito de moléculas.
Seção 1 | Reações Químicas
Seção 2 | Leis ponderais
Reações químicas e leis ponderais Reações químicas e leis ponderais
U2
59
Nesta seção iremos realizar o balanceamento de equações químicas,
que nada mais é que adicionar coeficientes aos compostos químicos
durante uma reação para que as proporções de reagentes e produtos
sejam as mesmas ao final do processo. Para isso, utilizaremos quatro
métodos básicos. O método de tentativa e erro, que é aplicado em casos
de reações simples; o método algébrico, que pode ser aplicado em casos
simples como em casos complexos, e os métodos baseados em reações
de oxidação e redução, estes métodos são: o métodoredox e o método
íon-elétron. Exemplos serão utilizados para esclarecer as informações
necessárias a respeito deste assunto.
Ao longo de cada seção, exercícios baseados nos assuntos abordados
auxiliarão na fixação dos conteúdos vistos. Caso surjam dúvidas, releia
os tópicos e refaça as atividades para melhor aproveitamento de seus
estudos. Ao final da unidade, outras atividades de aprendizado são
propostas para também verificar a fixação dos temas abordados.
Seção 3 | Balanceamento de equações químicas
Reações químicas e leis ponderais
U2
60
Reações químicas e leis ponderais Reações químicas e leis ponderais
U2
61
Introdução à unidade
Reações químicas são de extrema importância na nossa vida, sem elas não podemos
sobreviver. Mas como podemos começar a entender reações químicas?
De acordo com Atkins e Jones (2006), um composto químico é uma substância
formada pela união de dois ou mais átomos de diferentes elementos em proporções
definidas. Estes compostos são formados a partir de reação química, ou seja, uma
interação entre seus átomos que dão origem ao composto químico.
Para conseguir alcançar estes pontos, vamos dividir nosso estudo em três seções
de estudo, conforme descrito a seguir:
Reações químicas e leis ponderais
U2
62
Reações químicas e leis ponderais Reações químicas e leis ponderais
U2
63
Seção 1
Reações químicas
Introdução à seção
Acadêmico, você sabe o que são as reações químicas?
Este assunto é importantíssimo dentro da química, pois a partir dele a vida
começou a se modernizar, e através destes processos, que acontecem mesmo que
não percebamos, conseguimos viver. As reações são de fundamental importância
na vida das pessoas, nas transformações dos alimentos no nosso organismo, no
processo de fotossíntese realizado por espécies vegetais quando expostas à luz
solar e a determinados compostos químicos; na nossa própria respiração, na
produção dos nossos alimentos, na água que consumimos diariamente, enfim, em
toda a nossa vida reações químicas se processam a todos os instantes, mesmo que
não notemos, mas sem eles não existiríamos.
Na realidade, uma reação química nada mais é do que uma transformação que
ocorre na matéria. Estas mudanças estão relacionadas à estrutura dos compostos
que interagem entre si para formar um determinado produto, que é a combinação
da interação dos compostos. A Figura 2.1 apresenta uma reação química entre
a amônia e o ácido clorídrico. Quando os dois compostos são adicionados no
mesmo recipiente, eles interagem e formam um produto, que é o cloreto de
amônio. A formação do produto é verificada pela formação de uma fumaça
branca, como demonstrado nesta figura.
Figura 2.1 | Reação química entre amônia e ácido clorídrico, a fumaça branca representa o
produto, cloreto de amônio formado pela reação
Fonte: Disponível em: <http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a0/Hydrochloric_acid_ammonia.jpg>.
Acesso em: 13 mar. 2015.
Reações químicas e leis ponderais
U2
64
Na Unidade 1 verificamos que os elementos químicos são
representados por símbolos, por exemplo, o carbono é
representado pelo símbolo C, o oxigênio pelo símbolo O, o
hidrogênio pelo símbolo H, assim como os demais elementos
que podem ser encontrados na Tabela Periódica, com os
seus respectivos símbolos de identificação, sendo que estes
símbolos servem para facilitar a identificação do átomo ao
qual o elemento químico pertence e também para facilitar
a escrita de compostos químicos complexos, como, por
exemplo, a molécula de água, H
2
O, que é formada por dois
átomos de hidrogênio e por um átomo de oxigênio, a forma
de representação por seus respectivos símbolos facilita sua
escrita. E a respeito das reações químicas, como os símbolos
representativos dos elementos químicos podem facilitar o
entendimento de uma reação? Reflita um pouco para podemos
iniciar nossos estudos sobre este imenso campo de aplicação,
que é o universo das reações químicas.
1.1 Equação química
Para compreendermos quais os tipos de reações químicas que podem existir,
tanto de fonte natural quanto sintética, partimos do princípio, com as formas de
representação de uma equação química, conforme descrito abaixo.
EQUAÇÃO QUÍMICA – “é apenas uma forma de representação concisa de uma
reação química” (BROWN, T. L.; et al.; 2005, p. 68). Para entendermos melhor este
conceito, vamos conferir a reação de formação de uma molécula de água. Em
condições específicas de pressão e temperatura, o hidrogênio (H
2
) presente no ar
pode reagir com o oxigênio (O
2
) e formar uma molécula de água (H
2
O). Mas como
será que representamos este processo? A resposta é bem simples, basta conferir a
representação abaixo:
2 H
2
+ 1 O
2
→ 2 H2O
Reações químicas e leis ponderais Reações químicas e leis ponderais
U2
65
Ainda de acordo com Brown, et al. (2005), o sinal de mais (+) presente no
lado esquerdo da flecha (→) indica que os reagentes reagiram um com o outro
para formar um produto, sendo que a flecha (←) é a indicação da formação dos
produtos. Deste modo, podemos classificar os compostos químicos do lado
esquerdo da flecha como sendo os reagentes e os compostos químicos do lado
direito são os produtos formados na reação.
Para facilitar ainda mais a compreensão deste processo, podemos fazer a leitura
deste processo como sendo: duas moléculas de hidrogênio (H
2
) reagiram com uma
molécula de oxigênio (O
2
) para formar duas moléculas de água (H
2
O), sendo os
componentes da esquerda os reagentes e os da direita, os produtos de uma reação.
Conforme descrito acima, podemos então, de acordo com Atkins e Jones
(2006), representar uma reação química através da seguinte forma:
Reagentes → Produtos
Reagentes e produtos são formas simbólicas de representação de uma reação
química. Neste caso, temos que os reagentes se transformaram nos produtos.
Dentro de uma reação química, a quantidade de átomos de um determinado
elemento que estão do lado esquerdo da equação, ou seja, dos reagentes, deve
ser igual à quantidade de átomos deste mesmo elemento que aparecem do lado
direito, ou seja, no lado dos produtos. Em uma reação química nada se perde, nada
se cria, tudo se transforma, por isso necessitamos balancear as reações, conforme
poderemos verificar em breve nesta mesma unidade.
Acadêmico(a), você sabe dizer qual é a diferença entre uma reação
balanceada e uma reação não balanceada?
Reação não balanceada – é aquela que apresenta apenas os tipos de
Reações químicas e leis ponderais
U2
66
átomos que reagiram para formar determinado produto, não levando
em consideração a igualdade de átomos de cada tipo dos dois lados
da flecha. Por exemplo, temos a reação de combustão do metano,
como representada a seguir, o metano reage com o oxigênio e forma
dióxido de carbono e água, sendo que a quantidade de cada átomo
não é levada em consideração, apenas a reação que acontece. De
acordo com Brown, et al. (2005), esta reação é apresentada a seguir:
CH
4
+ O
2
→ CO
2
+ H
2
O (reação de combustão do gás metano não
balanceada).
Reações balanceadas – são reações que apresentam um número igual
de átomos de cada elemento de cada lado da flecha, pois sabemos
que átomos não são formados e nem destruídos em uma reação,
apenas sofrem uma transformação, por exemplo:
1CH
4
+ 2O
2
→ 1CO
2
+ 2H
2
O (reação balanceada de combustão do gás
metano).
A Figura 2.2 mostra uma representação da reação de combustão do
metano balanceada através de uma representação molecular dos
compostos.
Figura 2.2 | Representação da reação balanceada de combustão do gás metano
na presença de oxigênio e com a formação de dióxido de carbono e água.
Fonte: Disponível em: <http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7c/Combustion_
reaction_of_methane.jpg>. Acesso em: 17 mar. 2015
Atkins e Jones (2006) dizem que em uma reação química também podemos
representar o estado físico em que se encontra cada um dos reagentes e cada um
dos produtos formadosdurante o processo, sendo:
Reações químicas e leis ponderais Reações químicas e leis ponderais
U2
67
(l) = representa o estado líquido;
(g) = representa o estado gasoso,
(aq) = representa o estado aquoso,
(s) = representa o estado sólido.
Deste modo, podemos escrever a reação de combustão do gás metano
apresentada no quadro aprofundando seus conhecimentos com seus respectivos
estados físicos, conforme observado abaixo:
1CH
4(g)
+ 2O
2(g)
→ 1CO
2(g)
+ 2H
2
O
(l)
(reação balanceada de combustão do gás
metano, constando o estado físico de cada um dos reagentes e produtos).
Neste caso, temos que uma molécula de metano (CH
4
) no estado gasoso reage
com duas moléculas de oxigênio (O
2
), também no estado gasoso, formando uma
molécula de dióxido de carbono (CO
2
) no estado gasoso e uma molécula de água
(H
2
O), no estado líquido.
Observação: O uso de coeficientes antes das fórmulas dos compostos químicos
muda apenas a quantidade da substância e não sua identidade. Estes coeficientes
são utilizados para balancear as reações químicas.
1. Complete as lacunas das reações químicas abaixo com
um dos termos presentes no seguinte esquema a seguir:
(s) (l) (g) (aq) → H
2
O O
2
CO
2
a) BaCO
3
→ BaO(s) + CO
2
b) C
3
H
8(g)
+ 5
(g)
3
(g)
+ 4H
2
O
c) Na
(s)
+ (l) → NaOH
Reações químicas e leis ponderais
U2
68
1.2 Tipos de reações
De acordo com Atkins e Jones (2006, p. 77), reação química “é a conversão de
uma ou mais substâncias em outras substâncias”. Deste modo, podemos classificar
os materiais iniciais do processo como sendo os reagentes e as substâncias
formadas por estes reagentes de produto.
As reações químicas são diferenciadas de acordo com os produtos formados,
sendo divididas e conceituadas em diferentes áreas da química, como a química
orgânica, a química analítica, a físico-química e a química inorgânica. Em nossos
estudos, iremos verificar cinco principais categorias, que são reações de síntese
ou adição, reação de análise ou decomposição, reação de simples troca ou
deslocamento e reação de dupla troca. Estas reações são vistas e trabalhadas dentro
da química geral e da química inorgânica. Nesta seção também iremos verificar as
condições necessárias de afinidade para que ocorram as reações químicas. Por fim,
trabalharemos com outro tipo de reação, de grande importância, que são as reações
de combustão. Mas você já ouviu falar nestes tipos de reação? A seguir veremos
estas quatro categorias, com exemplos que facilitarão nosso entendimento.
1.3 Reação de síntese ou adição
Neste ponto começamos a estudar cada categoria de reação química
individualmente. Sendo assim, iniciamos falando das reações de síntese ou adição.
Mas você sabe o que é uma síntese?
Acadêmico(a), o link abaixo apresenta um artigo sobre Reações
Químicas – Fenômeno, transformação e representação. Através
de sua leitura será possível obter novas informações a respeito deste
importante conceito da química, além do aprofundamento em seus
estudos. Boa leitura!
Link: <http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc02/conceito.pdf>.
Reações químicas e leis ponderais Reações químicas e leis ponderais
U2
69
Uma Síntese nada mais é do que a formação de compostos químicos a partir de
compostos químicos mais simples, como é o caso da reação de formação da água
a partir da reação entre o hidrogênio e o oxigênio, como visto no item 1.1 desta
mesma unidade.
Nas reações de síntese ou adição, temos dois compostos químicos, que reagem
entre si para formar apenas um produto, que é o caso da reação entre o carbono
elementar (C) e o oxigênio (O
2
) que formam apenas um produto, o dióxido de
carbono (CO
2
), conforme verificado abaixo:
C
(s)
+ O
2(g)
→ CO
2(g)
Observamos, nesta reação, que dois componentes simples, o carbono elementar
e a molécula de oxigênio, reagiram entre si e formaram apenas um produto, o dióxido
de carbono, que é um composto mais complexo que os compostos de origem.
Reações de síntese ou adição, também conhecidas como reações de
combinação (BROWN, et al., 2005), são representadas de forma geral das seguintes
maneiras:
A + B → C ou A + B → AB
Para este tipo de reação, podemos encontrar vários exemplos, principalmente
nos casos mais simples, onde dois elementos químicos se combinam para formar
um novo composto. O Quadro 2.1 apresenta alguns exemplos deste tipo de reação.
Reação de adição ou síntese Justificativa
2Mg
(s)
+ O
2
→ 2MgO
(s)
Reação de combustão do magnésio.
N
2(g)
+ 3H
2(g)
→ 2NH
3(g)
Reação de formação da amônia.
2Fe
(s)
+ 3O
2(g)
→ 2Fe
2
O
3(s)
Reação de formação do óxido férrico.
Quadro 2.1 | Exemplos de reações do tipo de síntese ou adição
Fonte: O autor
Reações químicas e leis ponderais
U2
70
De acordo com Feltre (2008), as reações de síntese podem ser classificadas
em duas categorias, as reações de síntese total, quando apenas substâncias
simples, como o O
2
e o H
2
, por exemplo, darão origem a uma substância mais
complexa, como a água, H
2
O. Já as reações de síntese parcial são aquelas que
devem ocorrer quando existir ao menos um reagente que apresenta uma estrutura
composta, conforme mostrado nas reações a seguir, onde exemplos dos dois
processos são apresentados:
S
(s)
+ O
2(g)
→ SO
2(g)
– Reação de síntese total.
CaO
(s)
+ H
2
O
(l)
→ Ca(OH)
2(aq)
– Reação de síntese parcial.
Relembrando a reação de formação da água: 2H
2
+ 1O
2
→ 1H
2
O – Esta reação
é classificada como reação de síntese ou adição. Neste caso, os dois compostos
químicos reagem entre si e forma-se apenas um produto, a água.
1.4 Reação de análise ou decomposição
De acordo com Brown, et al. (2005), neste tipo de reação uma substância mais
complexa sofre uma reação química e forma duas ou mais substâncias que são
mais simples que a de origem, conforme podemos observar nas reações químicas
apresentadas abaixo:
2H
2
O
(l)
→ 2H
2(g)
+ 1O
2(g)
– Reação de decomposição da água.
2HgO
(s)
+ calor → 2Hg
(l)
+ O
2(g)
– Reação de decomposição de um óxido de mercúrio.
2NaCl
(aq)
→ 2Na
(s)
+ Cl
2(g)
– Reação de decomposição do cloreto de sódio.
As reações de análise ou decomposição podem ser classificadas em três
categorias diferentes, de acordo com os mecanismos ou os meios pelas quais se
processam, podendo ser chamadas de pirólise, fotólise e/ou eletrólise.
De acordo com Feltre (2008), a reação de pirólise consiste na decomposição de
determinada substância química pelo calor. Este processo também é conhecido
industrialmente como calcinação. A reação de fotólise consiste na decomposição
Reações químicas e leis ponderais Reações químicas e leis ponderais
U2
71
pela luz e a reação de eletrólise consiste na decomposição do material pela
utilização de eletricidade. As reações abaixo, apresentadas por Feltre (2008),
mostram exemplos destes três processos:
2Cu(NO
3
)
2(s)
+ calor → 2CuO
(s)
+ 4NO
2(g)
+ O
2(g)
– Reação de pirólise do
nitrato de cobre.
2H
2
O
2(l)
+ luz → 2H
2
O
(l)
+ 1O
2(g)
– Reação de fotólise da água oxigenada.
H
2
O (eletrólise) H
2
+ 1⁄
2
O
2
- Reação de eletrólise da água.
1.5 Reação de simples troca ou deslocamento
As reações de simples troca ou reações de deslocamento, como também
são conhecidas, ocorrem através das interações entre dois reagentes e com a
formação de dois produtos, entretanto, um dos reagentes é um composto simples,
ou um elemento simples, como, por exemplo, a molécula de cloro (Cl
2
) no estado
gasoso, e o outro é um composto complexo, como é o caso, por exemplo, do
NaI (iodeto de sódio) no estado aquoso, que reagem entre si e realizam uma troca,
onde os produtos apresentam as mesmas características dos reagentes, como
observado abaixo:
Acadêmico(a), existem outras formas para representarmos o calorem
uma reação química?
Além da forma que se apresenta no exemplo proposto anteriormente,
podemos representar o calor através do seguinte símbolo:
Δ = calor
Este símbolo deve aparecer sobre a flecha que indica o sentido da
reação química conforme é apresentado a seguir:
Δ
Reagentes Produtos
Reações químicas e leis ponderais
U2
72
2NaI
(aq)
+ Cl
2(g)
→ 2NaCl
(aq)
+ I
2(g)
Este tipo de reação pode ser representado da seguinte forma, para melhor
compreensão:
A + BC → B + AC ou A + BC → AB + C
Onde se observa que o reagente A realizou uma simples troca com o reagente
B ou C, presente no composto BC, formando um composto AC ou AB, e o
composto B ou C, como resultado, ficou em seu estado simples.
As reações apresentadas abaixo são exemplos de reações de simples troca:
FeS
2(aq)
+ Ca
(s)
→ Fe
(s)
+ CaS
2(aq)
– Reação entre dissulfeto de ferro e o cálcio
metálico.
2Fe
(s)
+ 6HCl
(aq)
→ 2FeCl
3(aq)
+ 3H
2(g)
– Reação entre o ferro metálico e o ácido
clorídrico.
Cl
2(g)
+ 2KI
(aq)
→ 2KCl
(aq)
+ I
2(g)
– Reação entre o gás cloro e o iodeto de
potássio.
“As reações de deslocamento são um tipo de reação de oxirredução, pois há
transferência de elétrons da substância simples para a composta” (BRASIL ESCOLA, 2015).
1.6 Reação de dupla troca
As reações de dupla troca ocorrem entre duas substâncias compostas, sendo
que a troca entre os reagentes resulta na formação de dois produtos também
compostos, como podemos observar a seguir:
AB + CD → AD + CB
Reações químicas e leis ponderais Reações químicas e leis ponderais
U2
73
Nesta reação, o componente A do composto AB realizou uma troca com
o componente C do composto CD, formando o composto AD, sendo como
resultado desta reação a formação do composto CB, também composto.
As reações apresentadas abaixo são exemplos desta classificação de reação:
NaCl
(aq)
+ AgNO
3(aq)
→ NaNO
3(aq)
+ AgCl
(s)
– Reação de precipitação do cloreto
de prata.
CuSO
4(aq)
+ 2NaCl
(aq)
→ CuCl
2(s)
+ Na
2
SO
4(aq)
– Reação entre o sulfato de cobre
e o cloreto de sódio.
H
2
SO
4(aq)
+ Ba(OH)
2(aq)
→ 2H
2
O
(l)
+ BaSO
4(s)
– Reação entre o ácido sulfúrico e
o hidróxido de bário.
Estas reações podem acontecer: (I) quando ocorre a formação de um produto
mais volátil, ou seja, forma-se um gás; (II) quando ocorre a formação de um
produto menos ionizado, ou seja, um produto mais fraco e; (III) quando ocorre a
formação de um produto precipitado.
1.7 Fatores importantes para ocorrência de reações químicas
Colocar duas substâncias químicas diferentes em um mesmo recipiente não é
um fator necessário para que elas interajam entre si e realizem uma reação química.
Para que ocorra uma reação química é necessário, de acordo com Feltre (2008):
• Que as moléculas fiquem em contato, porém, de um modo que seja
de forma eficaz este contato, isto pode ser observado em reações que
ocorram em meio gasoso, que são fáceis e rápidas de ocorrerem, pois o
contato entre as moléculas se torna mais fácil; assim, podemos dizer que as
reações que ocorrem em meio gasoso são mais fáceis que as que ocorrem
em meio líquido, consequentemente, as que ocorrem em meio líquido são
mais fáceis de ocorrerem do que as que estão em estado sólido. Quando
acontecem estes tipos de situações, é necessário o uso de técnicas para
facilitar o contato entre as substâncias, como exemplo, agitar dois líquidos
presentes em um recipiente para que eles possam interagir entre si e realizar
uma reação química.
• Os reagentes necessitam possuir uma determinada afinidade química para
Reações químicas e leis ponderais
U2
74
que possam reagir, como, por exemplo, a afinidade que o sódio metálico
apresenta com a água; quando estes dois compostos são colocados em
um mesmo recipiente, a reação química é intensa e rápida.
Devemos ter certo cuidado quando falamos em afinidade química, pois
determinados compostos possuem afinidade de reagir com um composto A e não
reagir com um composto B, isto faz com que eles sejam mais reativos ou menos
reativos que outros, mas as condições necessitam ser observadas.
1.8 Reação de combustão
A reação de combustão se processa entre dois tipos de reagentes químicos,
um deles é conhecido como combustível (materiais que sofrem reação e
liberam energia) e um comburente (componente essencial para que ocorra uma
combustão). Na natureza, podemos encontrar vários materiais que possuem a
característica de ser combustível, podemos citar como exemplo a própria madeira,
que, ao secar, sofre uma reação de combustão facilmente e libera calor na forma
de energia; entretanto, ela precisa de um reagente comburente para reagir, este
composto é muito conhecido e está presente em nosso ar que respiramos, trata-se
do oxigênio, que é o principal agente responsável pelos processos de combustão.
Desta forma, podemos escrever esta reação como:
Combustível + comburente → Energia + CO
2(g)
+ H
2
O
(l)
Nos processos de combustão, existe a formação de dióxido de carbono e
água. Analisando esta reação, podemos observar que se trata de uma reação de
oxidação, onde os combustíveis são oxidados e, a partir daí, liberam energia.
Para compreendermos completamente este processo, vamos utilizar como
exemplo a reação de combustão do etanol, combustível utilizado em transporte
de veículos leves no Brasil. Observe a reação:
Nesta reação, o etanol (CH
3
CH
2
OH) é o nosso combustível e reage com o
oxigênio (O
2
), que é nosso comburente, e forma como produtos o dióxido de
CH
3
CH
2
OH O
2
CO
2
+ H
2
O + energia
combustível comburente produtos
+
Reações químicas e leis ponderais Reações químicas e leis ponderais
U2
75
1. Classifique as reações abaixo em: reação de síntese,
reação de decomposição, reação de simples troca e reação
de dupla troca:
a) HCl
(aq)
+ NaOH
(aq)
→ NaCl
(aq)
H
2
O
(l)
b) N
2(g)
+ 2O
2(g)
→ 2NO
2(g)
c) Cu
(s)
+ FeSO
4(aq)
→ Fe(s) + CuSO
4(aq)
d) 2NaCl
(aq)
→ 2Na
(s)
+ Cl
2(g)
e) KNO
3(aq)
→ K
(s)
+ NO
(g)
+ O
2(g)
f) Zn
(s)
+ H
3
PO
4(aq)
→ Zn
3
(PO
4
)
2(aq)
+ H
2(g)
g) C
(s)
+ O
2(g)
→ CO
2(g)
h) KCl
(aq)
+ NaNO
3(aq)
→ KNO
3(aq)
+ NaCl
(aq)
carbono (CO
2
) e a água (H
2
O) e libera energia que pode ser aproveitada. Todas as
reações de combustão seguem este mesmo processo, não importando qual seja
o combustível ou qual seja o comburente.
Acadêmico(a), o link abaixo apresenta um artigo que relaciona as
reações de combustão com os problemas de poluição ambiental.
Através de sua leitura será possível obter novas informações a respeito
deste importante conceito da química, além do aprofundamento em
seus estudos. Boa leitura!
Link: <qnesc.sbq.org.br/online/qnesc31_3/09-RSA-5008.pdf>.
Reações químicas e leis ponderais
U2
76
Reações químicas e leis ponderais Reações químicas e leis ponderais
U2
77
Seção 2
Leis ponderais
Introdução à seção
Acadêmico(a), na primeira seção desta unidade trabalhamos com os principais tipos
de reações químicas existentes e conseguimos compreender a estrutura de como
é apresentada uma reação química. Agora, acadêmicos(as), iremos iniciar uma nova
seção que está diretamente relacionada com a seção anterior e será fundamental para
o entendimento da próxima seção de estudo desta unidade. Iremos estudar as Leis
Ponderais. Mas quais são estas leis e o que elas têm a nos dizer?
As Leis Ponderais foram formuladas a partir de observações experimentais e
dizem respeito à forma como ocorrem as transformações da matéria.
Nesta unidade iremos trabalhar com a Lei de Lavoisier, também conhecida
como a lei de conservação das massas. Também iremos trabalhar com a Lei
de Proust, conhecida como a Lei das proporções constantes, definidas ou fixas.
Iremos trabalhar com a Lei de Dalton, que é a Lei das proporções múltiplas, e a Lei
de Gay-Lussac, que é conhecida como a lei dos gases. A partir destas leis, que são
baseadas em observações experimentais, poderemos realizar obalanceamento
das equações químicas, pois estas são as bases sobre como é o comportamento
da matéria e como se processam suas transformações.
Através de várias observações de reações químicas ao longo
do tempo, concluiu-se que elas são regidas por determinadas
leis, que são conhecidas como leis ponderais. Estas leis
possuem certa consistência entre si e fazem uma menção à
quantidade de massa dos reagentes e dos produtos formados
durante uma reação química, ou seja, a quantidade de massa
de reagentes que se encontra no início de uma reação deve
ser igual à massa de produto formada por ela. Mas, na vida
Reações químicas e leis ponderais
U2
78
real, isto realmente acontece, a massa de reagentes é sempre
igual à massa dos produtos formados? Reflita um pouco sobre
este assunto para iniciarmos este novo campo de estudo, que
será essencial para a aplicação das técnicas de balanceamento
de reações e de cálculos estequiométricos, que serão vistos
futuramente em nossos estudos.
2.1 Lei de Lavoisier – lei da conservação de massas
Antoine Lavoisier (Figura 2.3)
é considerado um dos pais da
química moderna, por ter realizado
vários experimentos controlados
cuidadosamente, pelos quais ficou
conhecido por suas medidas quantitativas
de reações. Entretanto, sua carreira foi
interrompida cedo, quando, em 1794, foi
guilhotinado durante os tempos finais da
Inquisição.
De acordo com Brown, et al. (2005),
Lavoisier foi responsável por elaborar a lei
que ficou conhecida como conservação
de massas, onde “a massa total de uma
substância presente ao final de uma reação
química é a mesma massa total do início
da reação”.
Em 1774, Lavoisier estabeleceu que
“durante uma transformação química
não é mensurável o ganho ou a perda
de massa, isto é, a soma das massas dos
produtos é igual à soma das massas dos
Figura 2.3 | Antoine Lavoisier, responsável
por importantes experimentos e
observações de reações de combustão
e formulador da lei que ficou conhecida
como Lei da conservação de massas
Fonte: Disponível em: <http://upload.wikimedia.
org/wikipedia/commons/7/78/Antoine_laurent_
lavoisier.jpg>. Acesso em: 17 mar. 2015.
reagentes” (RUSSELL, 1994, p. 16). Tudo isso que foi exposto até agora quer dizer que
durante uma reação química não há destruição e nem a criação de matéria, apenas
ocorre a sua transformação.
Reações químicas e leis ponderais Reações químicas e leis ponderais
U2
79
Podemos escrever que durante uma reação temos a seguinte relação:
massa
reagentes
= massa
produtos
Desta lei, Lavoisier criou a seguinte máxima: “Na natureza nada se cria, nada se
perde, tudo se transforma”.
A Lei de conservação de massas se aplica a sistemas fechados, pois embora ocorra
em toda a natureza, ela pode ser quantificada estando em um sistema fechado.
Quando se processa uma reação química, os átomos presentes neste sistema
fechado irão permanecer dentro deste mesmo sistema após o final da reação, em
mesmo número apresentado no início, isto quer dizer que, mesmo que ocorram
transformações durante uma reação química, a quantidade de átomos de um
determinado elemento não será alterada, apenas transformada. Podemos utilizar esta
informação para realizarmos o balanceamento de reações, pois não haverá perdas de
compostos químicos durante o processo, ou seja, a massa total do início da reação
será a mesma que aparecerá no final, indiferente se o produto formado for um gás,
pois se trata de um sistema fechado.
Como dito anteriormente, podemos utilizar a lei da conservação de massas para
realizar cálculos de balanceamento de reações, pois os átomos que aparecem do
lado dos reagentes durante uma reação química deverão estar presentes do lado dos
produtos, mesmo que tenham mudado de fase, se dividido em mais de um composto
ou alterado seu número de oxidação, ou seja, mesmo após todos os processos, a
quantidade do mesmo não será alterada.
1. Em suas observações experimentais, Antoine Lavoisier
verificou que durante uma reação química, a quantidade
de massa dos produtos formados é igual à quantidade de
massa dos reagentes colocados inicialmente. Ele fez esta
consideração, pois observou que a quantidade de massa
variava muito pouco durante um processo, indiferente das
reações que possam ocorrer no sistema. Isto tudo quer dizer
que as substâncias presentes nos reagentes se reorganizam
para formar os produtos e suas quantidades iniciais são
as mesmas que aparecem no final da reação. Sobre a lei
formulada por Lavoisier, assinale a alternativa correta:
Reações químicas e leis ponderais
U2
80
a) Na Lei de conservação de massas, proposta por
Lavoisier, nada se cria e nada se perde, tudo se transforma.
Esta lei foi verificada e comprovada em sistemas fechados.
b) Na Lei de Lavoisier, as proporções em massa dos
produtos são independentes das quantidades de reagentes.
c) Na Lei de Lavoisier existe sempre uma proporção
definida de reagentes que formam uma quantidade definida
de produtos, esta lei é conhecida como proporções
múltiplas.
d) Na Lei de conservação de massas, Lavoisier
comprovou em um sistema aberto que a massa dos
reagentes é igual à massa dos produtos, pois não há perdas
durante as transformações ocorridas.
2.2 Lei de Proust – lei das proporções constantes, definidas ou fixas
De acordo com Proust: “Uma
determinada substância composta é
formada por substâncias mais simples,
unidas sempre na mesma proporção
em massa” (Portal de Química – Lei de
Proust). Disponível em: <http://www.soq.
com.br/conteudos/ef/reacoesquimicas/
p3.php>. Acesso em: 22 mar. 2015.
Joseph Louis Proust (Figura 2.4) era
um químico francês que observou em
reações experimentais que as massas
dos reagentes utilizados e a massa dos
produtos formados que participavam
de uma determinada reação química
obedeciam sempre a uma lei constante.
Esta proporção é específica para
cada reação química e é totalmente
independente das quantidades dos
reagentes que foram utilizados.
Figura 2.4 | O químico francês Joseph
Louis Proust, formulador da Lei das
proporções constantes, definidas ou
fixas
Fonte: Disponível em: <http://upload.wikimedia.
org/wikipedia/commons/f/f5/Joseph_Louis_
Proust.jpeg>. Acesso em: 17 mar. 2015.
Reações químicas e leis ponderais Reações químicas e leis ponderais
U2
81
Para compreendermos melhor este conceito, vamos utilizar a seguinte reação
química, já apresentada anteriormente, que é a reação de formação da água a
partir de seus compostos simples:
2H
2(g)
+ 1 O
2(g)
→ 2H
2
O
(l)
– Reação de formação da água.
Para entendermos este conceito, analisemos as informações apresentadas abaixo:
Nos três casos apresentados, a quantidade de água formada é igual à soma das
quantidades dos reagentes presentes na reação, ou seja, quanto 4g de hidrogênio
reagem com 32g de oxigênio, formam-se 36g de água. Portanto, nestes casos
podemos observar que a massa do produto é sempre igual à soma das massas
dos reagentes, o que concorda com a Lei de Proust. Sabendo deste conceito,
podemos determinar qual é a proporção de cada reagente para formação dos
produtos, como demonstrado a seguir:
Podemos dizer que uma parte de hidrogênio reage com oito partes de oxigênio
para formar nove partes de água. Desta forma, qualquer que seja a quantidade que
eu utilize de massas em um determinado reagente, as proporções acima serão as
responsáveis pela formação da quantidade de produto no final da reação. Vamos
conferir os exemplos abaixo:
Exemplo 1. Quanto de oxigênio será necessário reagir com 124g de hidrogênio
para formar quantos gramas de água?
H
2
O
2
H
2
O
4g 32g 36g
32g 256g 288g
1g 8g 9g
4gH
2
1gH
2
32gO
2
8gO
2
=
4gH
2
1gH
2
36gH
2
O 9gH
2
O
=
Reações químicas e leis ponderais
U2
82
Resolução: Temos que uma parte de hidrogênio reage com oito partes de
oxigênio, deste modo podemos utilizar uma regra de três simples para determinar
a quantidade de oxigênio:
Para 124g de hidrogênio (H
2
) são necessários 992gde oxigênio (O
2
) que irá
formar no final:
124g H
2
+992g O
2
= 1116g H
2
O
Deste modo, são formados 1116g de água (H
2
O) a partir desta reação, pois as
proporções são as mesmas, obedecendo à Lei de Proust.
Exemplo 2. Dada a reação química: A + B → AB, onde 12g de A reagem com
8,3g de B e formam 20,3g de AB. Quantos gramas de A serão necessários reagir
com 124,8g de B para formar o composto AB? Quantos gramas do composto AB
serão formados?
Resolução: conforme visto no exemplo 1, iremos utilizar uma regra de três
simples, assim temos:
Assim sendo, precisamos de 180,43g de A para reagir com 124,8g de B e assim
formar o composto AB, que de acordo com a Lei de Proust, somamos os reagentes
A e B podemos saber quanto do reagente AB é formado: 180,43g A + 124,8g B =
305,23g do composto AB que será formado durante esta reação química.
1gH
2
124gH
2
8gO
2
XgO
2
=
Multiplicando em cruz: 8 × 124 = 1 × X, deste
modo, X = 992g O
2
12g A Xg A
8,3g B 124,8g B
=
Multiplicando em cruz: 124,8 × 12 = X × 8,3
Isolando o X temos: X= (124,8 ×12)/8,3, deste modo, X= 180,43g de A
Reações químicas e leis ponderais Reações químicas e leis ponderais
U2
83
2. Dada a reação química a seguir: 2Fe
(s)
+ O
2(g)
→ 2FeO
(s)
,
sendo que são necessários 111,68g de ferro (Fe) para formar
143,68g de óxido de ferro (FeO). Quantos gramas de ferro
serão necessários reagir com 67,8g de oxigênio para formar
o FeO? Quantos gramas de FeO serão formados?
2.3 Lei de Dalton – lei das proporções múltiplas
Figura 2.5 | O químico inglês John
Dalton, autor da teoria atômica
conhecida como bola de bilhar e
responsável por várias contribuições
científicas nas áreas da química e da
física, entre suas contribuições está a
teoria das proporções múltiplas
Fonte: Disponível em: <http://upload.wikimedia.
org/wikipedia/commons/d/d4/John_Dalton_by_
Charles_Turner.jpg>. Acesso em: 17 mar. 2015.
O químico inglês John Dalton (Figura
2.5) foi um grande cientista de sua época,
seu trabalho já foi visto anteriormente,
no capítulo 1, onde ele propôs sua teoria
atômica, onde considerava o átomo como
sendo uma bola maciça e indivisível, esta
teoria ficou conhecida como teoria da
bola de bilhar. Além desta teoria, ele foi
responsável por várias contribuições nas
áreas da química e da física. Uma destas
teorias é de fundamental importância
na química, que está relacionada à
estequiometria das reações químicas, a
teoria das proporções múltiplas.
Baseada na lei das proporções
definidas, a lei de proporções múltiplas
diz que quando elementos químicos se
combinam, este processo é realizado
através de uma razão de pequenos
números inteiros. Nesta lei temos que
os compostos reagem entre si e podem
formar compostos com coeficientes
inteiros. Como exemplo, na reação de
formação do monóxido de nitrogênio (NO) e o dióxido de nitrogênio (NO
2
), o
nitrogênio e oxigênio interagem entre si e formam estes compostos, porém,
Reações químicas e leis ponderais
U2
84
eles não podem interagir entre si e formar um composto do tipo N
1,2
O
2,3
, pois os
coeficientes precisam ser números inteiros.
Esta lei também nos diz que estes dois elementos químicos distintos interagem
entre si podendo formar mais de um composto químico entre eles, como é o caso
mostrado no parágrafo anterior, onde o nitrogênio e o oxigênio reagem entre si
e podem formar NO e NO
2
, por exemplo. Importante notar que em todos estes
casos existe uma proporção entre as massas do primeiro e do segundo átomo
presentes no composto químico que é dado por um pequeno número inteiro,
sendo que a massa do primeiro elemento é sempre mantida constante.
Podemos comprovar esta teoria, para isso podemos pensar novamente na
formação dos óxidos de nitrogênio, onde mantemos a massa do nitrogênio
constante e variamos a massa do oxigênio para formar novos compostos químicos,
como mostrado abaixo:
Observamos que, nestes casos, a massa do nitrogênio se mantém constante
(28g) e varia-se a massa do oxigênio (16g, 32g, 48g) em proporções múltiplas,
sendo estas proporções formadas por números inteiros.
A Lei de Dalton e seus postulados sobre sua teoria atômica são as bases para
explicar as leis ponderais de Lavoisier, conhecida como a lei de conservação das
massas, e de Proust, que é conhecida como a Lei das proporções definidas.
Segundo Dalton, os átomos não podem sofrer mudanças durante uma reação,
pois são esferas maciças e indivisíveis, e que a massa de um composto químico é
igual à soma das massas de todos os seus constituintes, porém, a proporção dos
átomos que formam um composto é definida e em proporções determinadas e,
por fim, a proporção existente dos dois elementos sempre será igual em qualquer
amostra que contenha este determinado composto.
2.4 Lei de Gay-Lussac
Nitrogênio Oxigênio Óxido
28g 16g N
2
O
28g 32g N
2
O
2
28g 48g N
2
O
3
Reações químicas e leis ponderais Reações químicas e leis ponderais
U2
85
Joseph Louis Gay-Lussac (Figura 2.6) foi
um cientista francês formado em química
e em física que contribuiu de forma
significativa em temas importantes, como
a lei dos gases. Este cientista conseguiu
realizar e reação de formação da água ao
reagir oxigênio e hidrogênio, observando
que sempre a reação se processava
em uma relação de dois volumes de
hidrogênio para um volume de oxigênio
com produção de dois volumes de água.
Gay–Lussac realizou um experimento
simples, onde reagiu inicialmente 2L de
gás hidrogênio com 1L de gás oxigênio
e observou a formação de 2L de água
no estado gasoso. Em seguida ele reagiu
4L de gás hidrogênio com 2L de gás
oxigênio e observou a formação de 4L
de água no estado vapor. Ele realizou
mais dois experimentos, dobrando as
quantidades de reagentes e observando as
transformações ocorridas.
Figura 2.6 | Cientista francês Gay-
Lussac, responsável por várias pesquisas
na área da química e da física; entre
suas contribuições, formulou uma lei
que é conhecida como a Lei dos gases
Fonte: Disponível em: <http://upload.wikimedia.
org/wikipedia/commons/2/2f/Gaylussac.jpg>.
Acesso em: 17 mar. 2015.
Em todos os experimentos ele observou a seguinte relação: 2 : 1 : 2 (H
2
: O
2
: H
2
O), ou seja, duas partes de hidrogênio reagem com uma parte de oxigênio
e assim formam duas partes de água. Com isso ele formulou a Lei dos gases,
que também ficou conhecida pelo seu nome. Nesta lei encontramos a seguinte
definição: Os volumes dos reagentes e dos produtos numa reação química que
se processa no estado gasoso, possuindo as mesmas condições de temperatura
e pressão, apresentam sempre uma proporção constante, que é uma relação fixa
dada por coeficientes formados por números inteiros.
Deste modo, podemos dizer que a reação realizada por Gay-Lussac é da
seguinte forma:
2 H
2(g)
+ 1 O
2(g)
→ 2 H
2
O
(l)
Onde dois volumes de gás hidrogênio reagirão com um volume de gás oxigênio
e formarão deste modo dois volumes de água.
Reações químicas e leis ponderais
U2
86
Esta lei, assim como outras, foram necessárias para o desenvolvimento do
conceito de moléculas.
Acadêmico(a), o link abaixo apresenta um artigo que relaciona os
conceitos da Lei dos gases, proposta por Gay-Lussac, com situações
do nosso cotidiano. O artigo intitulado Alcoolismo e a Educação
Química aborda de uma forma diferente estes conceitos propostos.
Através de sua leitura será possível obter novas informações a respeito
deste importante conceito da química, além do aprofundamento em
seus estudos. Boa leitura!
Link: <http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc34_2/03-QS-42-11.pdf>.
Reações químicas e leis ponderais Reações químicas e leis ponderais
U2
87
Seção 3
Balanceamento de equações químicas
Introdução à seção
Acadêmico(a), nesta seção iniciaremos o estudo dos balanceamentos das
reações químicas de acordo com alguns métodos predefinidos. As reações químicas
podem ser apresentadas de forma não balanceada, onde sua finalidade é apenas
demonstrar que determinados reagentessofrem um processo de interação para
formar novos compostos químicos. Mas também temos as reações balanceadas,
que além de trazer as informações descritas acima, diz qual é a proporção de cada
reagente para formar uma quantidade definida de determinado produto. Dentro das
reações químicas, é de fundamental importância saber fazer seu balanceamento,
pois em um caso industrial, por exemplo, se não temos as quantidades definidas
de reagentes para formar determinado produto, haverá desperdício, o que pode
significar, dentro de um processo industrial, um custo efetivo de produção alto,
que pode ser facilmente eliminado pela correção das proporções dos reagentes
dentro de uma reação.
Neste ponto já estamos prontos para iniciar nosso estudo, então começaremos
pela técnica de tentativa e erro. Embora seja simples, como o próprio nome diz,
pode se tornar trabalhoso em determinadas equações com muitos compostos
reagindo, utilizaremos este método apenas para equações simples. Em seguida,
utilizaremos os métodos de balanceamento algébricos, que consistem em sugerir
valores arbitrários para coeficientes de um reagente, por exemplo, e a partir desta
informação, determinar os coeficientes dos demais reagentes e dos produtos
formados. Veremos também os métodos de balanceamento redox, que são
baseados em reações de oxido-redução e, por fim, os métodos do tipo íon-eletro,
que também são baseados em reações de oxidação redução, porém, trabalhamos
com as semirreações de oxidação e redução para balancear a equação.
Reações químicas e leis ponderais
U2
88
Acadêmico(a), conforme visto na primeira seção desta
unidade, as equações químicas possuem duas formas de
representação, uma qualitativa e outra quantitativa. Quando
falamos em reações com caráter qualitativo, estamos apenas
interessados em saber qual composto químico precisa reagir
com qual outro reagente químico para formar determinado
produto, sendo que as quantidades não são importantes,
apenas a qualidade destes. A qualidade quer dizer apenas quais
são os átomos que formam os compostos químicos. Porém,
para controlarmos determinada reação química precisamos
saber as quantidades necessárias de cada elemento presente
na reação, por isso realizamos o balanceamento das reações.
Imaginemos um processo químico, por exemplo, a produção
de um determinado princípio ativo que será utilizado para
produção de um determinado medicamento. Será que a
quantidade dos reagentes, se não for muito bem controlada
durante seu processo de síntese, não poderá formar outros
tipos de compostos, como um produto diferente do princípio
ativo de interesse? E sem o conhecimento prévio, este
produto irá para produção como um contaminante. Imagine
os transtornos que podem ocorrer devido a este simples
controle, neste caso, vidas podem ser perdidas. Mas este tema
é muito mais amplo, por isso, antes de iniciarmos esta seção,
reflita sobre como as reações químicas ocorrem na natureza,
pensando sempre se as quantidades balanceadas de todos os
reagentes envolvidos podem ou não influenciar na formação
dos produtos. Reflita neste momento para podermos iniciar os
estudos dos métodos de balanceamento de reações químicas.
3.1 Método de balanceamento por tentativas e erros
Neste método, muito simples, utilizamos tentativas para poder balancear
equações químicas. Como o método é muito simples, ele é útil apenas para
balancearmos equações que também sejam simples. Inicialmente escolhemos
o composto mais complexo da reação, seja do lado dos reagentes como dos
Reações químicas e leis ponderais Reações químicas e leis ponderais
U2
89
produtos. A partir daí, colocamos coeficientes arbitrários e verificamos se as
quantidades de determinado átomo são as mesmas do lado dos reagentes
e produtos. Este processo é simples, entretanto, pode se tornar complexo
dependendo da quantidade de reagentes envolvidos. Os exemplos abaixo nos
mostram como realizar o balanceamento por tentativas e erros.
Exemplo 3. Na reação de queima do propano (C
5
H
12
) utilizando o oxigênio do
ar como comburente observamos a formação de dióxido de carbono (CO
2
) e água
(H
2
O), conforme observamos na reação abaixo:
C
5
H
12(l)
+ O
2(g)
→ CO
2(g)
+ H
2
O
(l)
A reação apresentada acima tem caráter apenas qualitativo, pois apresenta os
reagentes presentes na reação e os produtos formados, agora, balanceie esta reação.
Resolução: Para iniciarmos o balanceamento da reação, primeiro vamos
analisar o que está acontecendo. Nesta reação, o propano reage com o oxigênio,
em uma reação de oxidação e produz dióxido de carbono e água como produtos.
A partir daí, vamos escolher um dos componentes, do lado dos reagentes para
iniciar o balanceamento da reação, optaremos sempre pelo componente mais
complexo, neste caso temos o propano.
Inicialmente, notamos que o propano (C
5
H
12
) possui cinco átomos de carbono
do lado dos reagentes e somente um no lado dos produtos, desta forma, igualamos
os dois lados como colocado na reação abaixo:
C
5
H
12(l)
+ O
2(g)
→ 5CO
2(g)
+ H
2
O
(l)
A quantidade de carbono agora é a mesma dos dois lados da reação, mas ainda
nos resta balancear o hidrogênio que aparece na molécula de propano; sabemos
que no propano temos 12 átomos de hidrogênio e na molécula de água dois, desta
forma, precisamos multiplicar por 6 a molécula de água para igualar a quantidade
de hidrogênio presente, conforme mostrado:
C
5
H
12(l)
+ O
2(g)
→ 5 CO
2(g)
+ 6 H
2
O
(l)
Reações químicas e leis ponderais
U2
90
Neste ponto, podemos determinar que a quantidade de átomos de oxigênio
presente nos produtos será a soma das quantidades presentes na molécula de
água e na de dióxido de carbono. Portanto, temos dois átomos de oxigênio no
dióxido de carbono, que no total teremos 10 átomos de oxigênio mais os seis
átomos presentes nas moléculas de água, pois ela apresenta apenas um átomo de
oxigênio em sua estrutura, no total teremos a soma dos dois que dará 16 átomos
de oxigênio. A molécula de oxigênio possui dois átomos, deste modo, teremos 8
moléculas de oxigênio, conforme observado a seguir:
C
5
H
12(l)
+ 8O
2(g)
→ 5 CO
2(g)
+ 6 H
2
O
(l)
A reação encontra-se balanceada, mas para conferirmos se tudo está correto,
vamos checar:
Átomos de carbono no lado dos reagentes = 5
Átomos de carbono no lado dos produtos = 5
Átomos de hidrogênio no lado dos reagentes = 12
Átomos de hidrogênio no lado dos produtos = 12
Átomos de oxigênio no lado dos reagentes = 16
Átomos de oxigênio no lado dos produtos = 16
Exemplo 4. Balanceie a reação química dada a seguir:
C
10
H
22(l)
+ O
2(g)
→ CO
2(g)
+ H
2
O
(l)
.
Resolução: inicialmente vamos seguir todos os passos dados no exemplo
anterior, e assim obteremos:
C
10
H
22(l)
+ 31⁄2 O
2(g)
→ 10 CO
2(g)
+ 11 H
2
O
(l)
Reações químicas e leis ponderais Reações químicas e leis ponderais
U2
91
Como o coeficiente que utiliza fração não é muito prático, vamos multiplicar toda
a equação por dois para usarmos apenas coeficientes inteiros, assim ficamos com:
2 C
10
H
22(l)
+ 31 O
2(g)
→ 20 CO
2(g)
+ 22 H
2
O
(l)
A reação encontra-se balanceada, mas para conferirmos se tudo está correto,
vamos checar:
Átomos de carbono no lado dos reagentes = 20
Átomos de carbono no lado dos produtos = 20
Átomos de hidrogênio no lado dos reagentes = 44
Átomos de hidrogênio no lado dos produtos = 44
Átomos de oxigênio no lado dos reagentes = 62
Átomos de oxigênio no lado dos produtos = 62
Observação Importante: “nunca altere a fórmula de um reagente ou produto
durante o processo de balanceamento” (RUSSELL, 1994, p. 73).
1. Faça o balanceamento da reação de combustão do
acetileno (C
2
H
2
) em presença de oxigênio (O
2
) e com a
formação de dióxido de carbono (CO
2
) e água (H
2
O).
3.2 Método algébrico
Este método foi desenvolvido para facilitar a determinação dos coeficientes
estequiométricos em uma reação química, para isso, consideramos os
coeficientes comovariáveis em um processo matemático, e solucionamos este
método matemático através de substituição. Em alguns casos podemos utilizar
escalonamento e também podemos utilizar, em alguns casos, matrizes, o que pode
Reações químicas e leis ponderais
U2
92
dificultar o processo. Para melhor compreensão deste método, vamos conferir os
exemplos abaixo.
Exemplo 5. Dada a reação química abaixo, faça seu balanceamento utilizando
o método algébrico.
Fe
(s)
+ O
2(g)
→ Fe
2
O
3(s)
Resolução. Inicialmente, identificamos os coeficientes.
a F
e(s)
+ b O
2(g)
→ c Fe
2
O
3(s)
Em seguida, necessitamos igualar as quantidades de átomos dos elementos
dos dois lados da equação, ou seja, nos reagentes e nos produtos.
Para o ferro temos: 1 x a = 2 x c
Para o oxigênio temos que 2 x b = 3 x c
Deste modo, obtemos que 1A = 2C e 2B = 3C, isolando o componente C
em uma das equações, obtemos que: C = (1A / 2), ou seja, C = (1/2) A. Podemos
substituir na equação 2 o componente C, ficando assim com:
2B = 3(1A / 2), deste modo, 2B = 3A, e assim temos que A = (2/3) B.
A = (2/3) B;
C = (1/2) A.
Atribuindo um valor arbitrário para B, como, por exemplo, 3, encontramos:
B = 3
A = (2/3) B = (2/3) 3, obtemos A = 2
C = (1/2) A = 2/2 = 1
Reações químicas e leis ponderais Reações químicas e leis ponderais
U2
93
Podemos concluir, deste modo, que a reação fica da seguinte forma:
2 Fe
(s)
+ 3 O
2(g)
→ 1 Fe
2
O
3(s)
Exemplo 6. Dada a reação química abaixo, faça o balanceamento pelo método
algébrico.
PbS
(s)
+ PbO
(s)
→ Pb
(l)
+ SO
2(g)
Seguiremos os mesmos passos do exemplo anterior, deste modo, identificamos
os coeficientes:
a PbS
(s)
+ b PbO
(s)
→ c Pb
(l)
+ d SO
2(g)
Em seguida, realizamos as considerações:
Para o chumbo, Pb, temos: 1 x a + 1 x b = 1 x c
Para o enxofre, temos: 1 x a = 1 x d
Para o oxigênio temos: 1 x b = 2 x d
A partir destas informações, concluímos que, se colocarmos um valor arbitrário
para a, como 2, obtemos:
Para o enxofre: 1 x a = 1 x d → 1 x 2 = 1d → d = 2.
Substituindo para o oxigênio, 1 x b = 2 x d → 1b = 2 x 2 → b = 4
Já para o chumbo, encontramos: 1 x a + 1 x b = 1 x c → 1 x 2 + 1 x 4 = c → c = 6
Reações químicas e leis ponderais
U2
94
Então, quando a = 2; b será igual a 4, c igual a 6 e d igual a 2. Dividindo todos
os resultados por dois temos:
a = 1; b = 2; c = 3; d = 1.
Podemos concluir, deste modo, que a reação fica da seguinte forma:
1 PbS
(s)
+ 2 PbO
(s)
→ 3 Pb
(l)
+ 1 SO
2(g)
1. Faça o balanceamento da equação química apresentada
a seguir de acordo com o método algébrico.
N
2(g)
+ H
2(g)
→ NH
3(g)
3.3 Método redox
Acadêmico(a), você sabe o que é um método redox?
Em um método para balanceamento de reações, precisamos obedecer sempre
à Lei de Lavoisier, também conhecida como Lei de conservação das massas, ou
seja, a quantidade de átomos de um determinado elemento que existir do lado dos
reagentes deve existir no lado dos produtos. Porém, quando balanceamos reações
de oxirredução, precisamos ter em mente que a quantidade de elétrons recebidos
e doados deve estar também balanceada (BROWN; et al., 2005).
Reações químicas e leis ponderais Reações químicas e leis ponderais
U2
95
“As reações de oxirredução (redox) estão entre as reações químicas
mais comuns e importantes. Elas estão envolvidas em uma grande
variedade de processos importantes, incluindo a ferrugem, a
fabricação e ação de alvejantes e a respiração dos animais” (BROWN;
et al., 2005, p. 721).
Mas o que são reações do tipo redox?
De acordo com Brady, Russell e Holum (2002), as reações de
oxirredução, reações de oxidação-redução ou simplesmente reações
redox são aquelas que envolvem a transferência de elétrons de
uma substância para outra. De acordo com estes mesmos autores,
o processo de oxidação consiste na perda de elétrons por um
determinado reagente, este processo é muito conhecido, pois a
queima de combustíveis nada mais é do que um processo de oxidação.
Já a redução trata-se de um processo que consiste no ganho de
elétrons por outro e é um processo muito utilizado para produção
de metais puros a partir de seus óxidos. Um exemplo simples deste
processo é dado pelos autores e consiste:
Na Na+ + e- → Reação de oxidação.
Cl
2
+ 2e- 2Cl- → Reação de redução.
Para concluirmos, dizemos que o sódio é o composto oxidado e o
cloro é o composto reduzido.
Acadêmico(a)! Abaixo apresentamos o link de um artigo que trata
do processo de oxidação de metais, ele serve para aprofundarmos
nosso conhecimento e para elucidar dúvidas a respeito deste tema.
Boa leitura.
Oxidação de metais – Link: <http://qnesc.sbq.org.br/online/
qnesc18/A12.PDF>.
Reações químicas e leis ponderais
U2
96
Para continuarmos neste tema, precisamos saber o que é o número de
oxidação, ou NOX, este tema será abordado com maiores detalhes nos próximos
capítulos, porém, precisamos saber qual é o seu conceito para então realizarmos
o balanceamento pelo método redox. O número de oxidação nada mais é do que
o número de elétrons que um determinado átomo pode ceder ou ganhar em uma
reação química. Para determinação do número de oxidação, precisamos seguir
algumas regras, conforme mostradas abaixo, que são descritas por Brady, Russell
e Holum (2002):
• Atomos em seu estado elementar, ou que não estejam realizando
ligações químicas com outros átomos, ou seja, não estão quimicamente
combinados, possuem NOX zero. Exemplo: Fe
(s)
; Zn
(s)
; C
(s)
.
• Átomos monoatômicos, como sódio (Na) e cloro (Cl), possuem carga igual
à carga do íon.
• Dentro de um composto químico, a carga total do composto deve ser
igual a zero. Exemplo: NaCl, onde Na possui carga 1+ e Cl possui carga 1-,
ficando no total com a carga zero.
• O flúor apresenta NOX 1- em seus compostos.
• O oxigênio apresenta NOX 2- em seus compostos.
• O hidrogênio apresenta NOX 1+ em seus compostos.
A partir de todas as informações vistas até o momento, iniciamos nosso
balanceamento de reação baseados no princípio do número de oxidação.
Tenhamos em mente que o balanceamento será realizado baseando-se nas
variações dos números de oxidação de todos os átomos envolvidos na reação,
de modo que todos os elétrons cedidos sejam de igual número dos elétrons
recebidos. Ao final, se necessário, utilizaremos o método de tentativas e erros para
completar coeficientes caso eles não possam ser determinados por este método.
Para iniciar o balanceamento pelo método redox, inicialmente devemos
identificar todos os números de oxidação de todos os elementos, tanto do lado
dos reagentes como do lado dos produtos. Em seguida, verificamos quais deles
sofrem os processos de oxidação e redução e calculamos a variação (Δ) do
número de oxidação de cada elemento. Calculado o Δ de cada elemento, façamos
então a inversão dos valores entre os átomos que estão realizando o processo
de oxidação/redução. Por fim, façamos o balanceamento dos demais elementos
pelo método de tentativas e erros e assim conseguimos completar a reação. Para
analisarmos estes passos, vamos conferir o seguinte exemplo.
Reações químicas e leis ponderais Reações químicas e leis ponderais
U2
97
Exemplo 7. Faça o balanceamento da seguinte reação química pelo método
redox (FOGAÇA; J.. Balanceamento por oxirredução – Brasil Escola). Disponível
em: <http://www.brasilescola.com/quimica/balanceamento-por-oxirreducao.
htm>. Acesso em: 25 mar. 2015.
KMnO
4(aq)
+ HCl
(aq)
→ KCl
(aq)
+ MnCl
2(aq)
+ Cl
2(g)
+ H
2
O
(l)
Resolução. Inicialmente precisamos identificar os números de oxidação (NOX)
de todos os átomos envolvidos na reação.
Do lado dos reagentes: K1+Mn7+O
4
2-; H1+Cl1-;
Do lado dos produtos: K1+Cl1-; Mn2+Cl1-; Cl
2
0; H
2
1+O2-;
Observamos deste modo que os compostos que apresentam variação do
NOX são Mn7+ para Mn2+ e Cl1- para Cl
2
0. Em seguida, calculamos a variação (Δ) do
número de oxidação dos elementos, da seguinte forma:
ΔMn = (7+) – (2+) = 5+
ΔCl = (1-) – (0) = 1-, como são 2Cl, temos queΔCl = 2-
Em seguida, façamos a inversão dos valores do Δ, ou seja,
ΔMn = 5 → deste modo, 5 será o coeficiente do Cl;
ΔCl = 2 → deste modo, 2 será o coeficiente do Mn.
A reação fica da seguinte forma:
KMnO
4(aq)
+ HCl
(aq)
→ KCl
(aq)
+ 2 MnCl
2(aq)
+ 5 Cl
2(g)
+ H
2
O
(l)
Reações químicas e leis ponderais
U2
98
O próximo passo é realizar o balanceamento por tentativas e erros dos demais
elementos. No lado dos produtos temos dois átomos de manganês, devemos ter
dois átomos do lado dos reagentes:
2 KMnO
4(aq)
+ HCl
(aq)
→ KCl
(aq)
+ 2 MnCl
2(aq)
+ 5 Cl
2(g)
+ H
2
O
(l)
Deste modo, a quantidade de íons potássio do lado dos reagentes ficou igual a
dois, precisamos então igualar esta quantidade do lado dos produtos adicionando
o coeficiente 2 ao KCl(aq).
2 KMnO
4(aq)
+ HCl
(aq)
→ 2 KCl
(aq)
+ 2 MnCl
2(aq)
+ 5 Cl
2(g)
+ H
2
O
(l)
Obtemos, desta forma, 16 átomos de cloro no lado dos produtos, devemos
então igualar no lado dos reagentes:
2 KMnO
4(aq)
+ 16 HCl
(aq)
→ 2 KCl
(aq)
+ 2 MnCl
2(aq)
+ 5 Cl
2(g)
+ H
2
O
(l)
Continuando nosso balanceamento, temos agora 16 átomos de hidrogênio no
lado dos reagentes, devemos ter 16 átomos de hidrogênio no lado dos produtos,
consequentemente, teremos um total de oito átomos de oxigênio do lado dos
produtos, que é igual à quantidade de átomos de oxigênio apresentado nos reagentes;
2 KMnO
4(aq)
+ 16 HCl
(aq)
→ 2 KCl
(aq)
+ 2 MnCl
2(aq)
+ 5 Cl
2(g)
+ 8 H
2
O
(l)
Para confirmarmos que a reação está correta, devemos verificar se as
quantidades de cada átomo que se encontram do lado dos reagentes aparecem
em mesmo número no lado dos produtos e devemos verificar também se a
quantidade de elétrons dos dois lados da reação é igual, para assim confirmarmos
o balanceamento.
Reações químicas e leis ponderais Reações químicas e leis ponderais
U2
99
1. Faça o balanceamento da reação proposta abaixo pelo
método redox:
HNO
3(aq)
+ P
4(s)
+ H
2
O
(l)
→ H
3
PO
4(aq)
+ NO
(g)
3.4 Método íon-elétron
O método íon-elétron é também um método baseado em reações de oxidação
e redução, porém, sua execução é um pouco diferente do método redox de
balanceamento. Acadêmico(a), você consegue imaginar quais sejam as diferenças
entre estes dois métodos?
Em um processo de oxirredução, as reações de oxidação e redução ocorrem
simultaneamente, mas podemos realizar seu balanceamento através das
semirreações, que nada mais são do que separar a reação de oxidação e de
redução, este método é conhecido como método íon-elétron.
Para entendermos melhor estes conceitos, vejamos o exemplo proposto por
Brown, et al. (2005), na reação de oxidação do Sn2+ (estanho) por Fe3+ (ferro). Nesta
reação poderemos entender este conceito de balanceamento, confiram a reação:
Fe3+
(aq)
+ Sn2+
(aq)
→ Fe2+
(aq)
+ Sn4+
(aq)
Primeiro, separamos as semirreações de oxidação e de redução.
Semirreação de oxidação → Sn2+
(aq)
→ Sn4+
(aq)
+ 2e–
Semirreação de redução → Fe3+
(aq)
+ 1e– → Fe2+
(aq)
Reações químicas e leis ponderais
U2
100
Na semirreação de oxidação, encontramos dois elétrons e na semirreação de
redução, encontramos apenas um; como precisamos ter as mesmas quantidades
de elétrons em ambas as reações, multiplicamos a semirreação de redução por
dois, para assim igualar as concentrações dos elétrons presentes na reação,
conforme podemos verificar:
Semirreação de redução → (Fe3+
(aq)
+ 1e– → Fe2+
(aq)
) x 2 → 2Fe3+
(aq)
+ 2e– →
2Fe2+
(aq)
Deste modo, podemos observar que as duas reações apresentam as mesmas
quantidades de elétrons, deste modo, só precisamos somar as duas reações para
fechar o balanceamento, conforme mostrado:
2 Fe3+
(aq)
+ Sn2+
(aq)
+ 2e– → Fe2+
(aq)
+ Sn4+
(aq)
+ 2e–
Como a quantidade de elétrons do lado dos reagentes é igual à quantidade
de elétrons do lado dos produtos, precisamos apenas cortá-los para ter a reação
balanceada, conforme mostrado:
2 Fe3+
(aq)
+ Sn2+
(aq)
→ Fe2+
(aq)
+ Sn4+
(aq)
Exemplo 8. Faça o balanceamento da seguinte reação química pelo método
íon-elétron.
Mg
(s)
+ Cl
2(g)
→ Mg2+
(aq)
+ Cl1-
(aq)
Resolução: Inicialmente necessitamos escrever as duas semirreações de
oxidação e redução.
Reações químicas e leis ponderais Reações químicas e leis ponderais
U2
101
Semirreação de oxidação → Mg
(s)
→ Mg2+
(aq)
+ 2e–
Semirreação de redução → Cl2
(g)
+ 2e– → 2Cl1-
(aq)
Observamos que na semirreação de oxidação existem dois elétrons do lado
dos produtos, e na semirreação de redução, dois elétrons do lado dos reagentes;
deste modo, só necessitamos juntar as duas reações e conferir o resultado, que
será a reação balanceada, ou seja, precisamos apenas multiplicar as semirreações
de oxidação e redução por 1 para termos a igualdade de elétrons dos dois lados
da equação.
Mg
(s)
+ Cl
2(g)
+ 2e– → Mg2+
(aq)
+ 2Cl1-
(aq)
+ 2e–
Como os dois elétrons aparecem dos dois lados da reação, podemos cortá-los,
ficando com:
Mg
(s)
+ Cl
2(g)
→ Mg2+
(aq)
+ 2Cl1-
(aq)
1. Faça o balanceamento da reação proposta abaixo pelo
método íon-elétron:
Cu
(s)
+ Ag1+
(aq)
→ Cu2+
(aq)
+ Ag
(s)
Reações químicas e leis ponderais
U2
102
Acadêmico(a)!
Chegamos ao final de mais uma unidade de ensino do nosso
curso. Neste ponto já passamos por tópicos importantes
relacionados ao trabalho na área de química, vimos os conceitos
relacionados a reações químicas, vimos os principais tipos de
classificação destas reações, conhecemos as leis ponderais
sobre a matéria e suas transformações e aprendemos a
balancear reações.
Nosso estudo foi dividido em três seções, onde buscamos separar os
conceitos de acordo com o avanço dos conhecimentos. Na primeira
seção, iniciamos nosso estudo com as principais reações químicas
que podem ocorrer, lembrando: as reações são as interações que
ocorrem quando átomos formam um composto químico ou uma
molécula. Dentro desta seção vimos as principais classificações das
reações, que são: reação de adição ou síntese, reação de análise ou
decomposição, reação de simples troca, reação de dupla troca e
reação de combustão. Também vimos porque as reações químicas
acontecem, ou seja, as condições necessárias para ocorrência de
uma reação, que está relacionada à afinidade dos elétrons.
Na segunda seção trabalhamos com as leis ponderais, ou seja,
leis que foram formuladas a partir de observações experimentais
que dizem respeito à matéria e suas transformações. No total,
verificamos quatro leis ponderais: a Lei de Lavoisier, conhecida
como a lei de conservação das massas, a Lei de Proust,
conhecida como lei das proporções definidas, a Lei de Dalton,
conhecida como a lei das proporções múltiplas e, por fim, a Lei
de Gay-Lussac, também conhecida como a lei dos gases.
Na terceira seção, trabalhamos com o balanceamento das reações
químicas através de métodos que facilitam sua realização. Balancear
equações é adicionar coeficientes numéricos aos reagentes e
produtos de uma reação química para que a quantidade de um
determinado átomo seja a mesma do lado dos reagentes assim
como do lado dos produtos. Nesta seção trabalhamos com quatro
métodos básicos: o método de tentativas e erros, o método
algébrico, o método redox e, por fim, o método do tipo íon-elétron.
Reações químicas e leis ponderais Reações químicas e leis ponderais
U2
103
Nesta unidade de ensino trabalhamos com os conceitos
relacionados a reações químicas, suas classificações, as leis sobre
suas ocorrências e como podemos balanceá-las. Estes tópicos
são essenciais para o entendimento dos conceitos e aplicações da
química. Dentro de um processo industrial, podemos realizar um
balanço de massas a partir de uma reação química balanceada;
deste modo, é de fundamental importância o conhecimento das
informações contidas nesta unidade.
Na nossa vida prática é interessante conhecermos como
as reações se processam, para facilitar o entendimento de
determinados processos, como a existência da água,como ela
pode ser formada, ou até melhor, como compostos químicos
podem impactar na qualidade da água, tornando-a inutilizável.
Este tema nos dias atuais é de extrema importância, pois se
observa a cada dia que a quantidade de água disponível para
consumo humano tem se tornado menor, o que em muitos
locais no Brasil tem feito com que a população mude por
completo seus padrões de consumo.
Porém, nosso estudo não precisa parar por aqui, ao longo do
texto foram colocados pontos de reflexão para que possamos
relacionar os problemas do cotidiano com a química. Além
disso, atividades de aprendizagem estão distribuídas ao longo
do texto para facilitar o entendimento. Ao final da unidade,
exercícios são propostos para avaliar todo o entendimento do
assunto e para avaliar sua fixação e aprendizado.
Dentro deste grande contexto da ciência experimental da
química, podemos encontrar vários livros de qualidade
que abordam este assunto. Nas referências bibliográficas
podemos encontrar alguns títulos que servem para consulta
e aprofundamento dos conceitos abordados. Além dos livros,
páginas na internet podem auxiliar nos estudos, principalmente
com temas intrigantes que conduzem o leitor a refletir e pensar.
Entre estas páginas podemos citar a página da Química Nova
na Escola (QNESC), embora o tema seja escola, ela aborda
temas importantes da química, com textos que apresentam
uma didática que facilita a compreensão e o aprendizado
Reações químicas e leis ponderais
U2
104
dos assuntos abordados, vale a pena conferir. Outras páginas
também podem ser consultadas para aprofundamento de
seus conhecimentos e, lembre-se, nunca deixe de estudar! Um
grande abraço!
1. Analise as reações químicas apresentadas a seguir:
N
2(g)
+ 3H
2(g)
→ NH
3(g)
(Reação 1)
AgNO
3(aq)
+ NaCl
(aq)
→ NaNO
3(aq)
+ AgCl
(s)
(Reação 2)
Agora, assinale a alternativa correta que classifica
quais os tipos de reação que ocorrem em cada caso,
respectivamente:
a) Reação 1: de dupla troca. Reação 2: análise.
b) Reação 1: análise. Reação 2: síntese.
c) Reação 1: síntese. Reação 2: dupla troca.
d) Reação 1: Síntese. Reação 2: simples troca.
2. Em uma reação de decomposição, observamos que um
composto complexo sofre uma reação química e forma
dois ou mais compostos químicos de estrutura mais
simples. Analise as alternativas abaixo e assinale aquela
que apresenta corretamente, de forma balanceada, uma
reação de decomposição.
Reações químicas e leis ponderais Reações químicas e leis ponderais
U2
105
3. As Leis ponderais surgiram da observação experimental
de reações dos quais resultaram em uma relação de
proporcionalidade que ocorrem durante uma reação
química, relacionada à quantidade de reagentes e
produtos ao final de um processo. A respeito destas
Leis ponderais, é correto afirmar que (assinale a opção
correta):
a) De acordo com Proust, nada se cria, nada se
perde, tudo se transforma, esta lei é conhecida como a
Lei de conservação das massas.
b) De acordo com Lavoisier, em uma reação química
que ocorre em um sistema fechado, a quantidade em
massa dos reagentes deve ser igual à quantidade de
massa dos produtos, este sistema também se aplica a
sistemas abertos, porém, não conseguimos quantificar
os produtos quando ocorre desprendimento de gases.
c) De acordo com Lavoisier, as reações químicas se
processam em proporções definidas, onde utilizamos
coeficientes que são números inteiros para representar
esta proporcionalidade; esta lei também é conhecida
como a lei das proporções definidas.
d) De acordo com Proust, em uma reação química,
a quantidade de um determinado gás em uma reação
química é proporcional à quantidade dos gases formados
no processo, esta lei é fundamental para a definição do
termo molécula.
a) KClO
3(s)
→ KCl
(aq)
+ H
2
O
(l)
b) 2AgCl
(s)
→ 2Ag
(s)
+ Cl
2(g)
c) H
2
O
2(l)
+ N
2(g)
→ NO
2(g)
+ H
2
O
(l)
d) FeCl
2(aq)
+ NaCl
(s)
→ FeCl
3(s)
+ NaCl
(aq)
Reações químicas e leis ponderais
U2
106
4. Em um experimento de laboratório observou-se a
seguinte reação química: X + Y → XY, onde 46,76g do
composto químico X reagiu com o composto químico Y
em excesso e formou 176,35g de XY. De acordo com a
Lei de Proust e a equação apresentada, é correto afirmar
(assinale a alternativa correta):
a) 131,59g do composto Y reagiu com o composto
X e formou as 176,35g do composto XY.
b) São necessários 87,75g do composto X para
formar 234,32g do composto XY.
c) O composto Y reage formando XY em qualquer
proporção, não importando a quantidade inicial do
composto X.
d) Para formar 256,78g do composto XY, são
necessários aproximadamente 68,09g do composto X.
5. O etanol é produzido a partir de várias fontes, sendo
atualmente a cana-de-açúcar a mais importante matéria-
prima utilizada na produção brasileira. Este composto é
utilizado como combustível e atualmente possui mais
de 18% de participação na matriz energética nacional.
O etanol utilizado na geração de energia passa por um
processo de combustão, onde são formados apenas
dióxido de carbono e água, conforme a reação química
apresentada a seguir:
CH
3
CH
2
OH
(l)
+ O
2(g)
→ CO
2(g)
+ H
2
O
(l)
Assinale a alternativa que apresenta os coeficientes
corretos para balanceamento da reação para o etanol
(CH
3
CH
2
OH), o oxigênio (O
2
), o dióxido de carbono
Reações químicas e leis ponderais Reações químicas e leis ponderais
U2
107
(CO
2
) e a água (H
2
O), respectivamente:
a) 2; 3; 2; 3.
b) 1; 3; 2; 3.
c) 2; 2; 3; 1.
d) 2; 3; 2; 1.
Reações químicas e leis ponderais
U2
108
U2
109Reações químicas e leis ponderaisReações químicas e leis ponderais
Referências
ATKINS, P.; JONES, L. Princípios de química: questionando a vida moderna e o
meio ambiente. 3. ed. Porto Alegre: Bookman, 2006.
BRADY, J. E.; RUSSELL, J. W.; HOLUM, J. R. Química: a matéria e suas
transformações. 3. ed. Rio de Janeiro: LTC – Livros Técnicos e Científicos Editora
S. A., 2002.
BRASIL ESCOLA. Reações de deslocamento, de substituição ou de simples
troca. Disponível em: <http://www.brasilescola.com/quimica/reacoes-
deslocamento-substituicao-ou-simples-troca.htm>. Acesso em: 22 mar. 2015.
BROWN, T. L. et al. Química: a ciência central. 9. ed. São Paulo: Pearson Prentice
Hall, 2005.
FELTRE, R. Química: Química Geral. 7. ed. São Paulo: Editora Moderna, 2008.
FOGAÇA, J. Balanceamento por oxirredução. Disponível em: <http://www.
brasilescola.com/quimica/balanceamento-por-oxirreducao.htm>. Acesso em: 25
mar. 2015.
PORTAL DE QUÍMICA. Lei de Proust. Disponível em: <http://www.soq.com.br/
conteudos/ef/reacoesquimicas/p3.php>. Acesso em: 22 mar. 2015.
RUSSELL, J. B. Química geral. 2. ed. São Paulo: Pearson Makron Books, 1994.
Unidade 3
FORÇAS INTERMOLECULARES
E CÁLCULOS
ESTEQUIOMÉTRICOS
Objetivos de aprendizagem:
Olá, acadêmico(a)!
Nesta seção iremos trabalhar um pouco com interações que podem
ocorrer entre moléculas ou compostos químicos. Estas interações são
chamadas de forças intermoleculares. Veremos um pouco de cálculos
estequiométricos, definições e formas de realização destes cálculos e,
por fim, estudaremos as soluções, seus cálculos estequiométricos e suas
propriedades. Para isso, nossos principais objetivos serão:
• Conhecer as forças intermoleculares, forças do tipo íon-dipolo,
forças do tipo dipolo-dipolo, forças de dispersão de London e as
ligações de hidrogênio.
• Conhecer as interações entre átomos presentes em uma estrutura
sólida, líquida ou gasosa.
• Estudar os cálculos estequiométricos de definição de massas.
• Conhecer os conceitos de mol.
• Aprender a calcular fórmulas mínimas e a determinar os reagentes
limitantes em uma reação química.
Carlos Roberto da Silva Júnior
• Conhecer as definições de solução e aprender a realizar cálculos
estequiométricos relacionados.
• Conhecer e identificar as propriedades das soluções e algumas
reações que podem acontecer neste meio.
Ao final desta unidade vocês estarãoaptos a realizar cálculos
estequiométricos simples, fazer cálculos para o preparo de soluções, saber
as forças que atuam para que existam compostos nos estados sólido,
líquido ou gasoso, entre outras informações. Exercícios ao longo do texto
e no final auxiliarão na fixação dos conteúdos abordados e links externos
trazem informações complementares para facilitar e aprofundar os temas
estudados.
Bons estudos!
A primeira seção desta unidade abordará as forças atrativas ou
repulsivas que não são fortes o suficiente para realizar uma nova ligação
química, porém, são as responsáveis por uma grande quantidade de
propriedades físicas dos compostos, como ponto de fusão e ebulição.
Iniciaremos nosso estudo, deste modo, com as diferenças existentes entre
os compostos quando estes estão em estados físicos diferentes, ou seja,
nos estados sólido, líquido e gasoso. Em seguida, trabalharemos com as
interações intermoleculares, iniciando com as forças do tipo íon-dipolo,
seguindo com as forças do tipo dipolo-dipolo, as forças de dispersão de
London e, por fim, as mais importantes dentro deste contexto, que são as
ligações de hidrogênio.
Na segunda seção de nossa unidade começaremos a trabalhar com
cálculos estequiométricos, que são pontos importantes dentro de uma
análise quantitativa, ou seja, na determinação das massas de compostos.
Para isso iniciaremos nossos estudos relembrando as equações químicas,
em seguida iniciaremos nossos cálculos. Primeiramente vamos definir o
Seção 1 | Forças Intermoleculares
Seção 2 | Cálculos estequiométricos
Forças intermoleculares e cálculos estequiométricos
U3
113
Na terceira e última seção desta unidade vamos abordar os conceitos
de solução, suas propriedades e também suas principais características.
As reações a que estas estão expostas e como são os cálculos
estequiométricos realizados em seu preparo.
Ao longo de cada seção desta unidade, exercícios baseados nos
assuntos abordados auxiliarão na fixação dos conteúdos vistos. Caso
surjam dúvidas, releia os tópicos e refaça as atividades para melhor
aproveitamento de seus estudos. Quanto aos cálculos necessários, a
seção dois apresenta vários exemplos e atividades que são propostas
para verificar o entendimento do assunto. Ao final da unidade, outras
atividades de aprendizado são propostas para também verificar a fixação
dos temas abordados.
conceito de massa atômica, a partir deste ponto iniciamos os cálculos
estequiométricos, com o cálculo da massa molecular, definição e cálculo
de mol ou molaridade, a determinação de fórmulas mínimas a partir
de análises e, por fim, os cálculos de reagente limitante. Nesta seção,
vários exemplos auxiliarão no entendimento e aplicação dos cálculos
estequiométricos.
Seção 3 | Soluções
Forças intermoleculares e cálculos estequiométricos
U3
114
Forças intermoleculares e cálculos estequiométricos
U3
115
Introdução à unidade
Nesta unidade de ensino vamos trabalhar com três pontos diferentes, mas de total
importância dentro da química. Nossa unidade abordará os conceitos relacionados
a interações intermoleculares, que são responsáveis pelas propriedades físicas
apresentadas pelas substâncias químicas. Estudaremos também os tópicos relacionados
a cálculos estequiométricos que estão diretamente relacionados com as propriedades
quantitativas dos compostos químicos, e também estudaremos as propriedades e
características das soluções. Para isso, nossa unidade estará dividida da seguinte forma:
Forças intermoleculares e cálculos estequiométricos
U3
116
Forças intermoleculares e cálculos estequiométricos
U3
117
Seção 1
Forças Intermoleculares
“Quando moléculas, átomos ou íons se aproximam uns dos outros, dois
fenômenos podem acontecer: (I) eles podem reagir ou (II) eles podem interagir”
(ROCHA, 2001, p. 31). Na Unidade 2 estudamos as reações químicas, suas formas
de representação, classificação e balanceamento, agora iniciaremos o estudo das
formas de interação que podem acontecer sem que ocorra uma reação química
por trás. Ainda de acordo com Rocha (2001, p. 31), “uma interação química significa
que as moléculas se atraem ou se repelem entre si, sem que ocorra a quebra
ou formação de novas ligações químicas. Estas interações são frequentemente
chamadas de interações não covalentes ou interações intermoleculares”.
As intensidades das interações intermoleculares são as principais responsáveis
por uma grande parte das propriedades físico-químicas das substâncias, como a
temperatura de fusão, que é a mudança do estado líquido para o estado sólido, e a
temperatura de ebulição, que é a mudança do estado líquido para o estado gasoso.
As interações intermoleculares são relativamente mais fracas que as interações
intramoleculares (que são as responsáveis pelas ligações químicas que mantêm uma
determinada molécula unida), sendo que as interações entre as moléculas vizinhas
(intermoleculares), mesmo com intensidades menores, são as responsáveis pelas
propriedades físicas dos compostos (BRADY; RUSSELL; HOLUM, 2002).
Nesta seção trabalharemos com as diferenças existentes entre gases,
líquidos e sólidos e, a partir de suas características, conhecer as principais forças
intermoleculares existentes. Iniciaremos pelas forças do tipo íon-dipolo, em
seguida veremos as forças do tipo dipolo-dipolo. Trabalharemos também com as
forças de dispersão de London e, por último, as ligações de hidrogênio, que são
uma das mais importantes interações intermoleculares existente.
Forças intermoleculares e cálculos estequiométricos
U3
118
As propriedades dos compostos sólidos, líquidos e gasosos são
determinadas pelas interações intermoleculares que existem
entre as partículas vizinhas (BRADY; RUSSELL; HOLUM, 2002).
Quanto mais intensas são estas forças, a chance de encontrar
o material no estado sólido é grande, entretanto, se estas
forças forem extremamente fracas, provavelmente o material
se encontrará em estado gasoso, mas se for intermediária,
teremos o material no estado líquido. Deste modo, podemos
imaginar que as forças de interação que ocorrem entre os
líquidos e os sólidos são mais fortes e intensas que as que
ocorrem nos gases. Mas como será que todos estes processos
de interações intermoleculares ocorrem? Reflita sobre este
tema para iniciarmos nossos estudos.
1.1. Gases, líquidos e sólidos
As moléculas que se encontram no estado gasoso comportam-se de maneira
semelhante, devido principalmente ao fato de que os gases ocupam um volume
relativamente pequeno em comparação ao volume total. Sendo assim, podemos
imaginar que um recipiente que contém um composto no estado gasoso possui
espaços vazios. Outro ponto importante que podemos considerar é que as
forças de interação intermoleculares (entre moléculas vizinhas de um gás) são
extremamente fracas para que possam interferir em suas propriedades físicas
(BRADY; RUSSELL; HOLUM, 2002).
Porém, nos compostos sólidos e nos líquidos estes processos são totalmente
diferentes. O que será que ocorre nestes dois estados físicos da matéria?
Dentro de uma solução, ou em um recipiente que contenha um composto
químico em seu interior, teremos algumas forças que irão atuar sobre suas
moléculas ou sobre o composto. Estas forças são do tipo de atração ou repulsão,
porém, a distância entre as moléculas faz com que estas sejam mais ou menos
intensas. Dentro de um recipiente que contém um composto gasoso, podemos
observar que as moléculas estão quase sempre afastadas umas das outras,
o que faz com que estas forças de interação sejam praticamente desprezíveis.
Forças intermoleculares e cálculos estequiométricos
U3
119
Podemos pensar então que as forças intermoleculares presentes em um gás têm
pouca influência sobre suas propriedades. Em um composto que se apresenta
no estado líquido ou sólido, entretanto, observamos que as distâncias entre as
moléculas são menores do que as que ocorrem nos gases, isto faz com que as
forças intermoleculares,ou seja, as forças de atração e repulsão entre moléculas
vizinhas, sejam bastante marcadas, o que influencia de forma bastante nítida em
seus estados físicos e propriedades. Podemos dizer também que a composição
química é importante para estes processos, pois será ela que definirá as interações
intermoleculares existentes (BRADY; RUSSELL; HOLUM, 2002).
Os compostos sólidos possuem a característica de manter sua forma de
estrutura, ou seja, as moléculas que constituem o sólido não se alteram em sua
estrutura, cada uma possui sua posição definida e não existem espaços vazios
entre suas posições. Porém, não podemos considerar que não existem espaços
vazios entre os átomos, pois existem estes espaços, mas eles são os mínimos
possíveis. Nos gases, vimos que existem grandes distâncias entre uma molécula
e outra e que as moléculas não possuem uma posição definida, elas tendem a se
expandir e ocupar todo o espaço do ambiente onde estão inseridas. Já os líquidos
são classificados como intermediários entre sólidos e gases, nos líquidos podemos
admitir que existem espaços vazios entre as moléculas e podemos dizer que as
moléculas que estão próximas a estes espaços vazios se comportam do mesmo
modo que um gás, e as moléculas que estão mais afastadas destes buracos se
comportam como um composto sólido (SPENCER; BODNER; RICKARD, 2007).
Mas como podemos perceber estas diferenças entre as três diferentes formas
com que se apresenta a matéria?
De acordo com Spencer, Bodner e Rickard (2007), podemos entender melhor
este comportamento através do conhecimento das densidades de um determinado
composto nos estados sólido, líquido e gasoso. Geralmente, um composto que se
apresenta no estado sólido pode ser até 20% mais denso que no estado líquido,
sendo que o composto líquido pode ser aproximadamente 800 vezes mais denso
que o mesmo gás correspondente ao líquido.
Para entendermos completamente este conceito, precisamos conhecer as
forças intermoleculares, que são aquelas que fazem com que em um conjunto de
moléculas estas interajam umas com as outras dentro de um mesmo recipiente,
ou seja, são as forças intermoleculares que mantêm as moléculas juntas ou unidas.
Podemos concluir que quando as forças de atração entre as moléculas forem
relativamente pequenas, estas provavelmente se encontrarão no estado gasoso.
Quando estas mesmas forças forem fortes, as moléculas se encontrarão no estado
sólido. Já se estas moléculas apresentarem forças de interação interatômicas
intermediárias, entre as apresentadas nos estados sólido e gasoso, estas moléculas
Forças intermoleculares e cálculos estequiométricos
U3
120
se apresentarão no estado líquido.
Para conferirmos estas forças, vamos iniciar nosso estudo das interações
intermoleculares.
1.2. Forças intermoleculares
Já sabemos que para formar um composto químico, átomos do mesmo ou
de diferentes elementos se ligam através de ligação química para formar uma
substância estável. As ligações que mantêm átomos unidos podem ser do tipo
iônico, covalente ou metálico, porém, quando uma determinada quantidade de
moléculas de um determinado composto está em um mesmo recipiente, quais
são as forças de ligação que mantêm estas moléculas ligadas umas às outras
dentro de suas vizinhanças?
Bom, partimos do princípio de que deve existir uma interação entre elas. Estas
interações são necessárias, por exemplo, para que existam os oceanos, os rios e
lagos, pois as moléculas de água se atraem umas às outras por forças conhecidas
como interações interatômicas e, como consequência, formam um líquido do
modo como o conhecemos, que é a água (ATKINS; JONES, 2006).
Mas o que são as forças de interação interatômicas?
As forças interatômicas ou intermoleculares são aquelas onde as forças entre as
moléculas, que podem ser de atração ou repulsão, são diferentes das interações
responsáveis pela formação de uma ligação química, ou seja, de uma ligação
intramolecular.
As forças intermoleculares podem ser de diferentes tipos. Vamos conhecer, em
seguida, quatro categorias destas forças: as forças do tipo íon-dipolo, as do tipo
dipolo-dipolo, as forças de dispersão de London e as ligações de hidrogênio.
1.3. Forças íon-dipolo
As forças de interação intermolecular do tipo íon-dipolo acontecem entre um
composto que apresenta uma molécula polar, que apresenta uma carga parcial com
um íon. Todas as moléculas polares são dipolos, pois apresentam um lado positivo
e outro negativo (BROWN, et al., 2005). Um exemplo de interação molecular polar
é a água, pois apresenta eletronegatividades dos átomos: de hidrogênio e oxigênio
Forças intermoleculares e cálculos estequiométricos
U3
121
são diferentes.
Quando compostos ou moléculas estão interagindo entre si através de forças
interatômicas, os íons positivos são atraídos pelo lado negativo de um dipolo, ou
seja, uma molécula polar, já um íon negativo é atraído pelo lado positivo do dipolo.
Na Figura 3.1, apresentada a seguir, o dipolo negativo da água é atraído pela
carga positiva dos íons sódio, desta forma ocorre uma interação que faz com que
os átomos vizinhos sejam mantidos unidos em uma solução.
O processo onde moléculas de água se ligam a partículas solúveis, especialmente
íons, é chamado de hidratação, que ocorre devido ao caráter polar da água (H2O).
Podemos dizer que a hidratação é um exemplo de interações do tipo íon-dipolo
(ATKINS; JONES, 2006).
As magnitudes das interações do tipo íon-dipolo dependem da carga do íon e da
magnitude do dipolo, ou seja, conforme se aumenta a carga de um íon ou a magnitude
de um dipolo, aumenta-se a força de interação entre eles (BROWN, et al., 2005).
“As interações íon-dipolo são fortes para íons pequenos com carga elevada. Em
consequência, os cátions pequenos com carga elevada formam, frequentemente,
compostos hidratados” (ATKINS; JONES, 2006, p. 270).
1.4. Forças dipolo-dipolo
As interações intermoleculares do tipo dipolo-dipolo acontecem em moleculares
Figura 3.1 | Interação do tipo íon-dipolo que acontece entre íons de sódio (Na+) e moléculas
de água (H
2
O). Neste caso, o lado negativo do dipolo, ou seja, da água, é atraído pela carga
positiva do íon sódio.
Fonte: Wikimedia. Disponível em: <http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/67/Na%2BH2O.svg>. Acesso
em: 18 mar. 2015.
Forças intermoleculares e cálculos estequiométricos
U3
122
polares. As moléculas polares possuem uma carga parcial positiva em um extremo
e uma carga parcial negativa no outro. O que acontece é que estas cargas opostas,
negativa e positiva, que possuem sinais contrários, sofrem uma atração e tendem
a ficar alinhadas, sendo que o extremo parcial positivo do dipolo ficará próximo ao
extremo parcial negativo do outro dipolo, estas interações intermoleculares são
as conhecidas como dipolo-dipolo. Esta interação é relativamente mais fraca que
as demais e é apresentada geralmente pela intensidade de aproximadamente 1%
da força responsável pela formação de uma ligação covalente (BRADY; RUSSELL;
HOLUM, 2002).
A molécula de ácido clorídrico é uma molécula polar e apresenta em uma
das extremidades, do lado do cloro, uma carga parcial negativa, e do lado do
hidrogênio, uma carga parcial positiva. Desta forma, apresenta interações do tipo
dipolo-dipolo, pois a extremidade parcialmente negativa do cloro tende a se alinhar
com a extremidade parcialmente positiva do hidrogênio, formando uma interação
intermolecular, conforme mostrado na Figura 3.2.
De acordo com Spencer, Brady e Rickard (2007), neste tipo de interação as
forças dependerão da separação existente entre as moléculas e da magnitude
do dipolo, isto quer dizer que quanto mais próximas as moléculas estão, maiores
as forças intermoleculares atrativas até o ponto onde esta aproximação pode se
transformar em uma força repulsiva.
As forças do tipo dipolo-dipolo podem ainda ser classificadas em categorias,
Figura 3.2 | Interação do tipo dipolo-dipolo que ocorre entre moléculas polares deácido
clorídrico, o dipolo negativo da molécula é atraído pelo dipolo positivo, ocorrendo uma
interação entre eles.
Fonte: Wikimedia. Disponível em: <http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/59/Dipole-dipole-
interaction-in-HCl-2D.png>. Acesso em: 18 Mar. 2015.
As moléculas polares participam de interações dipolo-dipolo,
que decorrem da atração entre as cargas parciais de suas
moléculas. As interações dipolo-dipolo são mais fracas do
que as forças entre íons e caem rapidamente com a distância,
especialmente na fase líquida e gás, em que as moléculas estão
em rotação (ATKINS; JONES, 2006, p. 272).
Forças intermoleculares e cálculos estequiométricos
U3
123
como as forças do tipo dipolo-dipolo induzido, que são as que ocorrem quando
existe uma força de atração entre uma molécula polar e uma molécula que não
apresenta nenhum momento dipolar, porém, estas moléculas podem induzir um
pequeno momento dipolar, pois os elétrons estão em constante movimento, com
isso, podem realizar interações do tipo dipolo-induzido. Outro tipo de interação
dipolo-dipolo é a interação induzido-dipolo induzido, conhecida também como
forças de dispersão de London, que serão vistas a seguir.
Momento dipolar
As características das moléculas são pontos importantes a serem
levados em consideração, pois, dentro de um processo ou reação
química, as características como a polaridade, ou seja, se um
composto é polar ou apolar, são extremamente importantes.
Mas o que quer dizer polaridade?
A polaridade de uma molécula está relacionada ao seu momento
dipolar, ou seja, a intensidade do dipolo elétrico que as ligações
polares apresentam. Se este momento dipolar for igual a zero, a
molécula é classificada como apolar, mas se este momento dipolar
for diferente de zero, temos uma molécula polar.
Átomos que apresentam grande diferença de eletronegatividade
possuem seus elétrons deslocados para o lado do composto mais
eletronegativo, deste modo, a distribuição dos elétrons não é
simétrica, o que faz com que ocorra uma distribuição de cargas
desiguais, causando um dipolo elétrico. Deste modo, podemos
classificar todas as substâncias que apresentam grandes diferenças
de eletronegatividade, são classificadas como polares, pois possuem
sua distribuição de elétrons desigual nos átomos participantes da
ligação química.
Caso a molécula apresente uma geometria simétrica, a disposição
espacial dos átomos será igual, o que fará com que a distribuição entre
os elétrons presentes na substância seja igual; deste modo, podemos
dizer que ela não apresenta dipolos, ou seja, é uma molécula apolar.
Forças intermoleculares e cálculos estequiométricos
U3
124
1.5. Forças de dispersão de London
Até agora vimos as forças de interações entre moléculas que apresentam um
momento dipolar, ou seja, moléculas polares. Entretanto, o que acontece com as
moléculas apolares, que são as que não apresentam nenhum momento dipolar?
Como são determinadas suas propriedades?
Visto que as diferenças de eletronegatividade não são responsáveis pelas
interações existentes em moléculas, então como podemos dizer que moléculas
como o hidrogênio (H
2
), que estão no estado gasoso em temperatura ambiente,
podem se tornar líquidos com o resfriamento da temperatura?
Neste momento, acadêmico(a), começamos a estudar as forças de interação
conhecidas por ser do tipo induzido-dipolo induzido, ou forças de dispersão de London.
London conseguiu explicar, em aproximadamente 1930, que mesmo os
compostos não polares possuem determinadas interações entre suas moléculas.
Através de observações, ele verificou que os elétrons não estão fixos em uma
determinada posição, mas sim em movimento constante. Através desta observação
ele notou que o movimento dos elétrons de uma molécula é responsável pelo
comportamento do movimento dos elétrons de outra molécula, pois os elétrons
são repelidos quando se aproximam uns dos outros. Sendo assim, a densidade de
elétrons em uma dada molécula não polar pode ser assimétrica, o que quer dizer
que ela apresentará um momento dipolar, este momento dipolar é conhecido
como dipolo instantâneo (BRADY; RUSSELL; HOLUM, 2002).
Este dipolo instantâneo que ocorre em moléculas apolares pode ser também
chamado de polarizabilidade, e podemos pensar que quanto maior for este termo,
mais facilmente sua nuvem eletrônica será distorcida formando um induzido-dipolo
induzido. Assim sendo, podemos considerar que moléculas mais polarizáveis possuem
forças de dispersão de London mais fortes. Quanto maior for a molécula, mais elétrons
ela possuirá e mais afastados do núcleo estes estarão, com isso a polarizabilidade será
maior. Podemos concluir com isso que as forças de dispersão de London tendem a
aumentar conforme aumenta o tamanho molecular (BROWN, et al., 2005).
De acordo ainda com Brown, et al. (2005, p. 379), “as forças de dispersão
ocorrem entre todas as moléculas, não importa se elas são polares ou apolares”.
Podemos dizer que moléculas polares podem sofrer interações do tipo dipolo-
dipolo, mas isso não impede que estas mesmas moléculas não sofram interação
dispersiva de London ao mesmo tempo.
A Figura 3.3 ilustra como ocorrem as forças de interação intermoleculares do
tipo induzido-dipolo induzido, ou forças de dispersão de London.
Forças intermoleculares e cálculos estequiométricos
U3
125
1.6. Ligação de hidrogênio
Por que a água, que é uma molécula polar que deveria apresentar forças de
atração do tipo dipolo-dipolo, apresenta propriedades físicas, como a temperatura
de ebulição, muito mais elevadas do que era de se esperar?
Este fato pode ser explicado pelo tipo de interação que as moléculas de
água possuem com suas vizinhanças. Este tipo de interação também é do tipo
dipolo-dipolo, entretanto, apresenta forças extraordinariamente fortes quando
comparadas às outras forças vistas até o momento.
De acordo com Brown, et al. (2005, p. 380), “essas interações intermoleculares
na água resultam da ligação de hidrogênio. A ligação de hidrogênio é um tipo
especial de atração intermolecular entre o átomo de hidrogênio em uma ligação
polar [...] e um par de elétrons não compartilhado em um íon ou átomo pequeno
Figura 3.3 | Forças do tipo induzido-dipolo induzido, conhecidas como forças de dispersão
de London, e estão relacionadas a moléculas apolares. Como os elétrons estão em
constante movimento, formam-se momentos dipolares induzidos, necessários para a
ocorrência das forças de dispersão
Fonte: Wikimedia. Disponível em: <http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Forze_di_London.png>. Acesso em: 18
Mar. 2015
As interações de London surgem da atração entre os dipolos
elétricos instantâneos de moléculas vizinhas e agem em todos
os tipos de moléculas. Sua energia aumenta com o número de
elétrons da molécula. Elas se superpõem às interações dipolo-
dipolo. Moléculas polares também atraem moléculas não
polares através de interações fracas dipolo-dipolo induzido
(ATKINS; JONES, 2006, p. 275).
Forças intermoleculares e cálculos estequiométricos
U3
126
que esteja próximo [...].
Apenas moléculas que possuem
estrutura do tipo H–X, onde esta ligação
é extremamente polar, por exemplo,
temos os compostos NH
3
, H
2
O e HF, que
apresentam este comportamento. De
acordo com Spencer, Bodner e Rickard
(2007, p. 281), “a ligação de hidrogênio é
criada quando um átomo de hidrogênio
forma uma ponte entre dois átomos muito
eletronegativos”. Mas o que isso quer dizer?
Vamos observar a Figura 3.4 para
entender melhor este significado.
O hidrogênio presente na molécula
apresenta ligação do tipo covalente.
Como o componente mais eletronegativo
consegue deslocar os elétrons para
mais próximo de si, ele cria uma carga
parcialmente positiva no átomo de
hidrogênio, o que permite que ele realize
Figura 3.4 | Força de interação conhecida
como Ligação de hidrogênio, onde
átomos de hidrogênio presentes em
uma molécula realizam uma ligação
intermolecular com átomos como ooxigênio, o nitrogênio e o flúor. Estas
interações são mais fortes entre todas as
vistas nesta seção
Fonte: Wikimedia. Disponível em: <http://upload.
w i k i m e d i a . o r g / w i k i p e d i a / c o m m o n s / 3 / 3 0 /
Molecole_d%27acqua.png>. Acesso em: 18 Mar. 2015
uma ponte. Quanto mais eletronegativo for o átomo ligado ao hidrogênio, mais
importante será esta ligação (SPENCER; BODNER; RICKARD, 2007).
Este tipo de interação intermolecular é o mais específico de todos, pois só
irá ocorrer entre átomos de hidrogênio, que apresentam carga parcialmente positiva
com átomos muito eletronegativos, como é o caso do nitrogênio, do oxigênio
e do flúor. Estas forças de interações possuem um papel vital na manutenção
das moléculas biológicas, pois é comum se encontrar ligações de hidrogênio em
biomoléculas como as proteínas, onde sua estrutura é governada por este tipo de
ligação (ATKINS; JONES, 2006).
“A ligação de hidrogênio, que ocorre quando átomos de hidrogênio estão
ligados a átomos de oxigênio, nitrogênio e flúor, é o tipo mais forte de força
intermolecular” (ATKINS; JONES, 2006, p. 276).
Forças intermoleculares e cálculos estequiométricos
U3
127
Para ficar por dentro deste conceito de interações intermoleculares,
vários materiais disponíveis na internet podem te auxiliar no
aprendizado. Entre estes materiais, temos o seguinte artigo:
“Interações Intermoleculares”, que aborda de forma didática todos os
assuntos importantes sobre este conceito.
Acesse o link abaixo e faça a leitura do texto. Boa leitura!
Link: <http://qnesc.sbq.org.br/online/cadernos/04/interac.pdf>.
1. Descreva como acontecem as forças de interação do
tipo íon-dipolo, dipolo-dipolo, força de dispersão de
London e Ligação de Hidrogênio.
2. Dadas as fórmulas químicas dos compostos abaixo,
assinale a opção que apresenta os tipos de forças de
interação intermolecular que ocorrerão em suas moléculas,
respectivamente:
I- SO
2
.
II- ICl
3
.
III- CH
3
OH.
a) Dipolo-dipolo; íon-dipolo; dispersão de London.
b) Dipolo-dipolo; dispersão de London; ligação de
hidrogênio.
c) Dipolo-dipolo; ligação de hidrogênio; dipolo-
dipolo.
d) Dipolo-dipolo; íon-dipolo; ligação de hidrogênio.
Forças intermoleculares e cálculos estequiométricos
U3
128
Forças intermoleculares e cálculos estequiométricos
U3
129
Seção 2
Cálculos estequiométricos
De acordo com Russell (1994), uma equação química pode apresentar apenas
propriedades qualitativas, ou seja, representa apenas quais são os produtos e os
reagentes de uma reação, como pode ser observado a seguir:
H
2
SO
4(aq)
+ NaOH
(aq)
→ Na
2
SO
4(aq)
+ H
2
O
(l)
Nesta reação, o ácido sulfúrico reage com o hidróxido de sódio para formar o
sal de sulfato de sódio e água. Podemos observar que nesta reação temos apenas
a representação dos reagentes e dos produtos, sem levar em consideração a
proporcionalidade de cada um antes e após a reação.
Russell (1994) também define que uma reação pode apresentar caráter
quantitativo, isto quer dizer que em uma reação balanceada, onde existe a
proporcionalidade de reagentes e produtos, podemos expressar quantidades
microscópicas, que podem ser átomos e moléculas e quantidades macroscópicas,
como os mols de cada átomo. A seguir temos a reação balanceada do ácido
sulfúrico com o hidróxido de sódio.
1H
2
SO
4(aq)
+ 2NaOH(aq) → 1Na
2
SO
4(aq)
+ 2H
2
O
(l)
Agora podemos dizer que uma molécula de ácido sulfúrico reage com duas
moléculas de hidróxido de sódio e forma uma molécula de sulfato de sódio e duas
moléculas de água, pois temos a representação quantitativa e qualitativa da reação.
Então podemos dizer que “Uma reação química balanceada expressa a
quantidade química equivalente de reagentes e produtos” (RUSSELL, 1994, p. 75).
Para compreendermos todos estes termos, vamos iniciar nossos estudos com
a massa atômica e molecular, que representam a massa de um átomo ou a massa
Forças intermoleculares e cálculos estequiométricos
U3
130
de uma molécula. Em seguida, iremos trabalhar com o conceito de mol e como
são realizados os cálculos para sua determinação. Iremos trabalhar também com
a determinação de fórmulas mínimas a partir de análises feitas, com exemplos que
facilitam a compreensão e, por fim, os cálculos de reagentes limitantes, que são
necessários para determinar a estequiometria de um composto químico.
2.1 Massa atômica
A massa atômica nada mais é que a medida em unidades de massa atômica
(u) de um átomo, que é medida levando em consideração que a massa atômica
Acadêmico(a), nas equações químicas representamos os
reagentes que irão interagir entre si através de reações químicas
para formar os produtos, que são os resultados das interações
entre os reagentes. Estas equações podem ser representadas
com caráter qualitativo, quando se busca saber apenas quem
reagiu com quem e também com caráter quantitativo, que
busca saber qual é a quantidade de cada reagente que irá
formar uma determinada quantidade de produtos, expressos
em unidades de matéria ou em massa. Deste modo, precisamos
conhecer as propriedades da matéria, sendo que uma das
primeiras informações e extremamente importante é a massa
atômica de cada átomo dos mais variados elementos químicos
existentes. Essas massas atômicas são facilmente encontradas
em Tabelas Periódicas e são de fundamental importância
para os cálculos estequiométricos. Neste ponto, podemos
dizer que os cálculos estequiométricos são referenciados à
quantidade de matéria. Vamos refletir um pouco: imagine se
não existisse uma periodicidade entre os elementos químicos
e que um átomo de carbono pudesse ter uma quantidade
de matéria diferente de outro, como seriam os processos
vitais que acontecem no ambiente? Teríamos um caos?
Então podemos desde já considerar que a estequiometria
de compostos químicos é fundamental na área da química.
Mas o que realmente podemos considerar como cálculos
estequiométricos? Reflita.
Forças intermoleculares e cálculos estequiométricos
U3
131
indica quantas vezes um único átomo é mais pesado que 1/12 do isótopo do 12C
(FELTRE; 2008).
A Tabela Periódica, apresentada na Figura 3.5, apresenta a massa atômica dos
elementos químicos presentes. Pela análise da tabela, podemos observar que
o hidrogênio (H) apresenta massa atômica de 1,0079u, o átomo de ferro (Fe),
apresenta massa de 55,845u e o oxigênio (O) apresenta massa de 15,999u. A massa
atômica dos elementos químicos está logo abaixo do símbolo que os representa.
2.2. Massa molecular
A massa molecular, assim como a massa atômica, determina a massa de uma
molécula, em unidades de massa atômica (u). Mas o que são moléculas?
Moléculas são estruturas químicas, formadas por pelo menos dois átomos,
sendo que sua carga é eletricamente neutra, pois as ligações se processam através
de ligação covalente. Deste grupo se exclui, portanto, todos os metais e substâncias
iônicas, como o sal de cozinha (cloreto de sódio).
Figura 3.5 | Tabela Periódica com os elementos químicos. Logo abaixo do símbolo do
elemento se encontra o número da massa molecular dos átomos, sendo este essencial
para os cálculos estequiométricos
Fonte: Wikipedia. Disponível em: <http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/61/Periodic-table.jpg>.
Acesso em: 29 mar. 2015.
Forças intermoleculares e cálculos estequiométricos
U3
132
Mas como podemos calcular então a massa de uma molécula?
Fazemos a determinação da massa molecular de um composto considerando que
a massa da molécula corresponde à soma das massas individuais de seus átomos.
Vamos iniciar este estudo através de um exemplo simples, a molécula de água,
que é representada pela fórmula química H
2
O. O número 2 que aparece em
subscrito logo após o átomo de hidrogênio indica que na molécula dois átomos
de hidrogênio estão presentes, deste modo, calculamos a massa molecular
utilizando as informações presentes na Figura 3.5, apresentada anteriormente
que corresponde à Tabela Periódica. Analisandoa tabela, encontramos que o
hidrogênio apresenta massa atômica de 1,0079u e o oxigênio 15,999u. Como
temos dois átomos de hidrogênio na molécula, multiplicamos a massa atômica
dele por dois, ficando: 1,0079u x 2 = 2,0158u. Somando agora a quantidade de
hidrogênio com o oxigênio temos: 2,0158u + 15,999u = 18,0148u. Deste modo, a
massa molecular da água é 18,0148u.
Podemos fazer o mesmo cálculo para a molécula de ácido sulfúrico, de fórmula
H
2
SO
4
. Inicialmente encontramos as massas atômicas dos átomos individuais,
sendo 1,0079u para o hidrogênio, 15,999u para o oxigênio e 32,065u para o
enxofre. Na fórmula química, o hidrogênio apresenta dois átomos, multiplicamos
então por dois a massa atômica do hidrogênio: 1,0079 x 2 = 2,0158u, em seguida,
temos que o oxigênio apresenta quatro átomos na fórmula, multiplicamos por
quatro a massa atômica do oxigênio: 15,999 x 4 = 63,996u. Para obter a massa
total do ácido sulfúrico, somamos todas as massas individuais, ficando do seguinte
modo: 2,0158u (H) + 32,065u (S) + 63,996u (O) = 98,0768u. Podemos dizer, deste
modo, que a massa molecular do ácido sulfúrico é 98,0768u.
Para o cálculo da massa de compostos iônicos, como o sal de cozinha
(cloreto de sódio), utilizamos os mesmos procedimentos vistos para as moléculas.
1. Calcule a massa molecular dos seguintes compostos:
a) CO
2
(dióxido de carbono).
b) NaNO
3
(nitrato de sódio).
c) H
3
PO
4
(ácido fosfórico).
Forças intermoleculares e cálculos estequiométricos
U3
133
d) C
4
H
10
(butano).
e) SO
2
(dióxido de enxofre).
f) NO (óxido de nitrogênio).
g) O
2
(Oxigênio molecular).
h) CH
3
CH
2
OH (etanol).
Observação. Utilize a Tabela Periódica apresentada na Figura
3.5 para obter as massas atômicas dos átomos individuais.
Para conhecer melhor este conceito de massa molecular e para saber
as novidades acerca da utilização de átomos e moléculas, leia o artigo
intitulado A nanotecnologia das moléculas, que é apresentado no
link a seguir. O texto aborda os avanços feitos pelos cientistas na
utilização da nanotecnologia com a utilização de moléculas. Acesse
o link abaixo e faça a leitura do texto. Boa leitura!
Link: <http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc21/v21a01.pdf>.
2.3. O mol
Na química não podemos trabalhar especificamente com apenas um único
átomo de determinado elemento químico, visto a dificuldade em se trabalhar, pois
um átomo é uma entidade extremamente pequena. Deste modo, utilizamos outro
tipo de sistema para trabalhar com os compostos químicos, que é em quantidade
de átomos que podem ser pesados em balanças comuns. A partir desta informação,
temos que essa quantidade de átomos é dada por um conjunto N de partículas,
que é chamado de mol (FELTRE, 2008).
Forças intermoleculares e cálculos estequiométricos
U3
134
Um mol é a quantidade de átomos, compostos ou moléculas, ou seja, de matéria,
que corresponde à quantidade de átomos que temos em 12 g de carbono-12.
Deste modo, Feltre (2008, p. 176) define: “Mol é a quantidade de matéria de um
sistema que contém tantas entidades elementares quantos átomos existem em
0,012kg de carbono-12”.
A partir de experimentos e observações, os cientistas determinaram que um
mol corresponde a 6,0221421 x 1023 átomos deste elemento, este número é
conhecido como número de Avogadro, em homenagem ao cientista Amedeo
Avogadro. Utilizaremos o número 6,02 x 1023, de forma simplificada para trabalhar
nesta seção (BROWN, et al., 2005). Deste modo, podemos dizer que:
1 mol de átomos de hidrogênio (H) corresponde a 6,02 x 1023 átomos de
hidrogênio (H)
1 mol de moléculas de hidrogênio (H
2
) corresponde a 6,02 x 1023 moléculas
de hidrogênio (H
2
)
1 mol de íons cloreto corresponde a 6,02 x 1023 íons cloreto (Cl1-)
Os exemplos dados a seguir nos mostrarão como podemos utilizar o conceito
de mol em cálculos estequiométricos.
Exemplo 1. A massa molecular do composto CO
2
corresponde a 44,009 g/mol.
Sabendo desta informação, quantos mols correspondem 56,978g de CO
2
? Quantas
moléculas estão presentes nesta mesma quantidade de massa do composto?
Resolução: Sabemos que a massa molecular do dióxido de carbono (CO
2
)
corresponde a 44,009 g/mol, conforme exposto no nosso enunciado; para
chegarmos à proporção de mol que correspondem a 56,978g de dióxido de
carbono, realizamos uma regra de três simples, conforme exposto a seguir:
44,009g de CO
2
corresponde a 1 mol de CO
2
56,978g de CO
2
corresponde a X
Montando a equação e resolvendo, obtemos:
Forças intermoleculares e cálculos estequiométricos
U3
135
Com isso, concluímos que em 56,978g de dióxido de carbono temos 1,29
mol de dióxido de carbono. Resolvemos a primeira parte do exercício, agora só
precisamos multiplicar a quantidade de mol presente em 56,978g de CO
2
pelo
número de Avogadro para obter a quantidade de moléculas presentes nesta
mesma quantidade, conforme mostrado:
1,29 mol × 6,02 × 1023=7,7658 × 1023 moléculas de CO
2
Finalizamos o exercício dizendo que em 56,978g de dióxido de carbono temos
1,29 mol de dióxido de carbono, que corresponde a 7,7658 x 1023 moléculas de CO
2
.
44,009g 1 mol
56,978g X mol
=
56,978 x 1
44,009
→ 56,978 x 1 = 44,009 x X → X= → X = 1,29 mol
1. Determine a quantidade de massa apresentada por
2,354 mols de Fe(OH)
2
. Calcule a quantidade de íons Ferro
presentes neste composto químico.
Dados: Massa molecular: Fe = 55,845 g/mol; H = 1,0079 g/
mol e; O = 15,999 g/mol.
Exemplo 2. Em um recipiente de vidro hermeticamente fechado encontra-se
uma amostra contendo gás oxigênio (O
2
), quantos mols de oxigênio molecular
(O
2
) estão contidos neste recipiente se a quantidade de átomos de oxigênio (O) é
igual a 3,454 x 1024?
Resolução: Sabemos que em um mol de oxigênio molecular (O2) temos
6,02 x 1023 moléculas de oxigênio e no total temos duas vezes a quantidade de
átomos em número de moléculas, pois na molécula, dois átomos de oxigênio
estão presentes. Deste modo, iniciamos levando em consideração que um mol de
oxigênio molecular possui dois mols de oxigênio atômico.
Forças intermoleculares e cálculos estequiométricos
U3
136
1 mol de oxigênio molecular (O
2
) possui dois mols de oxigênio atômico.
Isto significa que em um mol de O
2
temos 2 x 6,02 x 1023 átomos de oxigênio, que
é igual a 1,204 x 1024 átomos de oxigênio (O). Agora, façamos uma consideração
para chegar ao resultado:
1 mol de O
2
possui 1,204 x 1024 átomos de oxigênio
Deste modo, em X mols corresponderão a 3,54 x 1024 átomos de oxigênio.
Resolvendo esta equação, que é uma regra de três simples, temos:
Deste modo, temos:
Concluímos então que em 3,54 x 1024 átomos de oxigênio (O) têm 2,94 mols
de oxigênio molecular (O
2
).
1,204 x 1024 átomos 0 1 mol O
2
3,54 x 1024 atomos 0 X mol de O
2
= → 3,54 x 1024 x 1 = 1,204 x 1024 x X
3,54 x 1024 x 1
1,204 x 1024
X = → X = 2,94 mols de oxigênio molecular
1. Em um recipiente de vidro temos 1,01 x 1023 átomos de
Fe metálico. Qual é a quantidade de mols de ferro metálico
que temos nesta amostra?
Forças intermoleculares e cálculos estequiométricos
U3
137
Para conhecer melhor este conceito de mol e para saber as novidades
sobre sua definição, leia o artigo intitulado MOL: uma nova
terminologia, que é apresentado no link a seguir. O texto aborda de
forma didática todos os assuntos importantes sobre este conceito.
Acesse o link abaixo e faça a leitura do texto. Boa leitura!
Link: <http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc01/atual.pdf>.
2.4. Fórmulas mínimas a partir de análises
Dentro da química, representamos os compostos e as moléculas através de
fórmulas químicas, como exemplo temos H
2
O, que representa a molécula de água, e
NaCl, que representa o cloreto de sódio, que é o ácido clorídrico. Porém, as fórmulas
químicas podem representar qualitativamente ou quantitativamente uma substância.
De acordo com Russell (1994), uma fórmula química representa apenas o nome
da substância ou molécula quando tem características qualitativas. Trata-sede uma
representação unitária de apenas um átomo ou molécula de uma substância. Deste
modo, podemos dizer que na fórmula química do ácido fosfórico, H
3
PO
4
, temos
três átomos de hidrogênio, um átomo de fósforo e quatro átomos de oxigênio. Já
em termos quantitativos, a fórmula química representa um mol de moléculas ou
unidades de uma substância. Deste modo, a fórmula do ácido fosfórico, H
3
PO
4
,
representa um mol de unidades do mesmo. Podemos dizer deste modo que o ácido
apresenta três mols de hidrogênio, um mol de fósforo e quatro mols de oxigênio.
Exemplo 3. O que representa a fórmula química da molécula H
2
SO
4
em termos
qualitativos e em termos quantitativos?
Resolução. Em termos qualitativos, a fórmula química H
2
SO
4
representa o nome
químico do composto, neste caso temos que ele se chama ácido sulfúrico e possui
dois átomos de hidrogênio, um átomo de enxofre e quatro átomos de oxigênio.
Em termos quantitativos, representa um mol de ácido sulfúrico, que contém
dois mols de hidrogênio, um mol de enxofre e quatro mols de oxigênio.
Forças intermoleculares e cálculos estequiométricos
U3
138
1. O que representa a fórmula química da molécula do
benzeno, C
6
H
6
, em termos qualitativos e quantitativos?
Exemplo 4. Dada a fórmula química da molécula de ácido nítrico, HNO3, quantos
mols terão de átomos de hidrogênio, nitrogênio e oxigênio em 0,35 mols deste
mesmo ácido?
Resolução. Para resolvermos este problema, pensamos que em um mol de ácido
nítrico temos um mol de átomos de hidrogênio, a partir desta relação, encontramos
as proporções.
Portanto, dizemos que em 0,35 mols de ácido nítrico temos 0,35 mols de átomos
de nitrogênio, 0,35 mols de átomos de hidrogênio e 1,05 mols de átomos de oxigênio.
A partir das informações da fórmula química, podemos determinar facilmente a
análise elementar de um composto, ou seja, sua composição percentual em massa.
1 mol de hidrogênio
1 mol de ácido
0,35 mols de ácido x = 0,35 mols de hidrogênio
1 mol de nitrogênio
1 mol de ácido
0,35 mols de ácido x = 0,35 mols de nitrogênio
3 mols de oxigênio
1 mol de ácido
0,35 mols de ácido x = 1,5 mols de oxigênio
Forças intermoleculares e cálculos estequiométricos
U3
139
Exemplo 5. O ácido acético é um composto químico muito utilizado nos dias
atuais, ele encontrou na culinária um grande campo de atuação, sendo utilizado
em temperos e como antisséptico em carnes e derivados. Sua fórmula é C
2
H
4
O
2
.
Qual é a análise elementar do ácido acético?
Resolução. Quantitativamente, dizemos que em um mol de ácido acético
temos dois mols de átomos de carbono, quatro mols de átomos de hidrogênio e
dois mols de átomos de oxigênio. Em seguida, encontramos a massa de cada um
dos átomos presentes, assim, temos que a massa do hidrogênio é 1,0079 g/mol,
do oxigênio é 15,999 g/mol e do carbono é 12,011 g/mol.
A partir destas informações determinamos a massa molecular do ácido acético
e em seguida a quantidade de massa de cada elemento, desta forma, obtemos:
Massa de hidrogênio = 4 x 1,0079 = 4,0316g
Massa de oxigênio = 2 x 15,999 = 31,998g
Massa de carbono = 2 x 12,011 = 24,022g
Massa de ácido acético = 4,0316 + 31,998 + 24,022 = 60,0516 g/mol
Com estas informações, iniciamos os cálculos para determinação da
percentagem de cada um dos compostos:
Desta forma, observamos que em um mol de ácido acético temos 40% de
átomos de carbono, 6,7% de átomos de hidrogênio e 53,3% de átomos de oxigênio.
24,022
60,0516
%C = x 100 = 40%
4,0316
60,0516
%H = x 100 = 6,7%
31,998
60,0516
%O = x 100 = 53,3%
Forças intermoleculares e cálculos estequiométricos
U3
140
Podemos também realizar o processo inverso, possuindo a percentagem de
cada elemento presente na substância ou molécula, conseguimos determinar sua
fórmula química mínima ou empírica.
Exemplo 6. A vitamina C, cujo nome é ácido ascórbico, apresenta composição
química percentual de 40,91% de átomos de carbono, 4,58% de átomos de hidrogênio
e 54,51% de átomos de oxigênio. Determine sua fórmula química mínima.
Resolução. Iniciamos este exercício considerando uma determinada quantidade
de ácido acético e a partir desta informação, encontrar quantos gramas de carbono,
hidrogênio e oxigênio estão presentes nesta mesma quantidade de amostra
considerada. Podemos utilizar qualquer quantidade de matéria, para facilitar,
vamos utilizar a quantidade de 100,00g. Deste modo, em 100 gramas de ácido
acético temos 40,91g de átomos de carbono, 4,58g de átomos de hidrogênio e
o restante, que corresponde a 54,51g de átomos de oxigênio. Buscamos então os
dados na Tabela Periódica da massa atômica dos elementos, para o hidrogênio
temos 1,0079 g/mol, para o oxigênio temos 15,999 g/mol e para o carbono, temos
12,011 g/mol.
A partir destas informações iniciamos nossas considerações, conforme
mostrado a seguir:
Desta forma, determinamos que a razão de massa presente neste composto
seja, em relação aos átomos de carbono, hidrogênio e oxigênio, respectivamente:
C
3,41
H
4,54
O
3,41
1 mol de C
12,011g C
40,91g de C x = 3,41 mols de C
1 mol de H
1,0079g de H
4,58g de H x = 4,54 mols de H
1 mol de O
15,999g de O
54,51g de O x = 3,41 mols de O
Forças intermoleculares e cálculos estequiométricos
U3
141
Obtemos a proporção de massa de cada elemento, mas em química utilizamos
apenas coeficientes inteiros para representar uma fórmula química. Desta forma,
dividimos os valores obtidos pelo menor valor encontrado para encontrar os
coeficientes totais.
Multiplicamos os coeficientes obtidos por dois para encontrar a fórmula
mínima ou empírica da vitamina C, até conseguirmos encontrar números inteiros.
Multiplicando por dois, não conseguimos encontrar a fórmula, pois o átomo de
hidrogênio ainda apresentará uma proporção em números decimais. Multiplicamos
por três e obtemos:
C = 3,00; H = 3,99; O = 3,00.
Arredondando o valor do hidrogênio para 4,00, obtemos que a fórmula mínima
da vitamina C é C
3
H
4
O
3
, que é condizente com a fórmula verdadeira, que é C
6
H
8
O
6
,
o dobro dos valores encontrados. Podemos obter a fórmula química verdadeira
sabendo a massa molecular deste composto, neste caso, a massa da molécula é
176,1232 g/mol. Com esses valores conseguimos determinar a fórmula completa
da vitamina C.
3,41
3,41
Para o carbono = = 100
4,54
3,41
Para o hidrogênio = = 1,33
3,41
3,41
Para o oxigênio = = 1,00
Forças intermoleculares e cálculos estequiométricos
U3
142
1. Um composto orgânico pertencente à família dos
hidrocarbonetos foi analisado em laboratório e sua
composição percentual foi conhecida. A percentagem
de carbono é de 92,26% e a percentagem de 7,74% de
hidrogênio. Determine a partir destas informações sua
fórmula química mínima ou sua fórmula empírica e sua
fórmula completa.
Dados: Massa carbono: 12,011 g/mol; Massa hidrogênio:
1,0079 g/mol.
Massa molecular do composto é 78,1134 g/mol.
2.5. Reagentes limitantes
Acadêmico(a), o que podemos classificar como reagentes limitantes?
Para verificarmos esta informação, vamos utilizar a equação balanceada de
formação da água a partir do oxigênio e hidrogênio moleculares.
2H
2(g)
+ 1O
2(g)
→ 2H
2
O
(l)
Nesta reação, temos que dois mols de hidrogênio reagem com um mol de
oxigênio e formam, como resultado, dois mols de água. Podemos dizer que a
proporção de átomos de hidrogênio para átomos de oxigênio é de dois para um
(2:1). Esta é a razão estequiométrica para que a reação ocorra. Se mantivermos a
quantidade de um reagente fixo e variarmos a quantidade do outro, só observaremos
a reação que acontecerá de acordo com as proporções estequiométricas de cada
reagente. Isto quer dizer que o excesso de um dos reagentes permanecerá sem
reagir (RUSSELL, 1994). Podemos utilizar como exemplo a mesma reação, quando
3,5 mol de hidrogênio reagem com 1,5 mols de oxigênio, observada a proporção
de 2:1 dos reagentes, observamos que 0,5 mols de hidrogênio permanecerão sem
reagir, o que quer dizer que o oxigênioserá o reagente limitante desta reação. O
Forças intermoleculares e cálculos estequiométricos
U3
143
hidrogênio será o composto em excesso. Esta proporção é respeitada, pois apenas
dois mols de água são formados quando estas condições são consideradas.
Neste caso temos:
3,5 mols de H2 (excesso) + 1,5 mols de O2 (limitante) → 1,5 mols de H
2
O
(produto)
Observamos que o hidrogênio é o reagente em excesso, pois 0,5 mols do
mesmo permanecerão após o final do processo sem reagir e que o oxigênio é o
reagente limitante, pois será ele que finalizará a reação.
Podemos utilizar esta mesma reação considerando agora que 5 mols de
oxigênio irão reagir com 8 mols de hidrogênio. Qual será o reagente limitante e o
reagente em excesso desta reação?
8 mols de H
2
+ 5 mols de O
2
→ 4 mols de H
2
O
Observamos, de acordo com as proporções de hidrogênio e oxigênio, de 2:1,
que apenas 4 mols de água serão formados, assim, determinamos que o hidrogênio
será o reagente limitante e o oxigênio será o reagente em excesso, conforme
observado na reação abaixo:
8 mols de H
2
(reagente limitante) + 5 mols de O
2
(reagente em excesso) → 4
mols de H
2
O
O reagente limitante é determinado pela comparação da razão de mols dos
reagentes, ou seja, da razão estequiométrica da reação química (RUSSELL, 1994).
Exemplo 7. Quando 4,54g de hidrogênio reagem com 33,87g de oxigênio,
quantos gramas de água são formados? Qual é o reagente limitante e o reagente
em excesso?
Forças intermoleculares e cálculos estequiométricos
U3
144
Resolução. Inicialmente, precisamos encontrar a quantidade de mols que
as massas dos reagentes representam, para isso, sabemos que em um mol de
hidrogênio temos 1,0079g e em um mol de oxigênio temos 15,999g.
Sabendo da proporção de 2:1 das razões dos átomos de hidrogênio para o
oxigênio, de acordo com a reação balanceada:
2H
2(g)
+ 1O
2(g)
→ 2H
2
O
(l)
Deste modo, dividindo 4,50 por 2,11, encontramos um valor de: 2,13, deste modo,
sabemos que o reagente limitante será o oxigênio e o reagente em excesso será o
hidrogênio. Com as proporções definidas, temos que apenas 2,11 mols de água serão
formados, o que corresponde a 38,01g de água. Da quantidade que inicialmente
reagiu, 0,4g de hidrogênio não reagiu, permanecendo no final do processo.
1 mol de H
1,0079g de H
4,54g de H x = 4,50 mols de H
1 mol de O
15,999g de O
33,87g de O x = 2,11 mols de O
Forças intermoleculares e cálculos estequiométricos
U3
145
Seção 3
Soluções
Uma solução corresponde a uma mistura que apresenta características
homogêneas. Em nossa volta, podemos encontrar vários materiais que são
soluções, como os sucos de fruta, os refrigerantes, a água do mar, entre outros,
mas como podemos definir uma mistura homogênea?
Para trabalharmos melhor este tema de soluções, vamos iniciar nosso estudo com
as definições das soluções aquosas, em seguida iremos trabalhar com suas principais
características. Veremos também nesta seção as principais reações que ocorrem em
soluções aquosas, e para finalizar, trabalharemos com o preparo de soluções.
Acadêmico(a), você sabe o que são misturas em química?
Os materiais podem se apresentar apenas com seus elementos puros,
mas nem todo composto químico é puro, logo estas substâncias não são
necessariamente substâncias, mas sim uma mistura delas. Quando falamos
em misturas, estamos falando em duas ou mais substâncias que estão
contidas em um mesmo recipiente. As misturas podem ser classificadas
em duas categorias, as misturas homogêneas e as misturas heterogêneas.
A mistura homogênea é aquela em que os compostos estão no mesmo
estado físico, ou se apresentam como se fossem substâncias puras, por
exemplo, a mistura de água e açúcar; não conseguimos saber somente
a olho nu se a substância é pura ou não.
A mistura heterogênea é aquela em que os compostos se apresentam em
estados físicos diferentes, como uma mistura de areia e água; conseguimos
verificar as diferenças entre as duas fases somente pela visualização.
Outro caso importante de mistura heterogênea é o caso de substâncias
com afinidades químicas diferentes, ou seja, compostos com polaridades
diferentes, como é o caso da mistura de água e o óleo, onde os dois
componentes, mesmo estando em estado líquido, são separados por
diferenças de afinidade, pois a água é polar e o óleo é um composto apolar.
Forças intermoleculares e cálculos estequiométricos
U3
146
3.1. Soluções aquosas
O que são soluções aquosas?
Este tema é de extrema importância, pois quando falamos
em soluções aquosas, estamos falando de soluções onde o
solvente é a água. Na natureza não conseguimos encontrar
água totalmente pura, mas sim, soluções de diferentes tipos,
como no caso dos mares e oceanos, que nada mais são que
uma solução aquosa que contém dissolvido cloreto de sódio.
Se não podemos obter água totalmente pura, mas precisamos
ingeri-la diariamente, quais serão os compostos químicos
que poderão estar presentes nesta solução que consumimos
diariamente e a chamamos de água? Reflita!
Soluções aquosas são soluções onde o solvente é a água. O solvente é o componente
que ocorre em maior quantidade na solução e o componente minoritário é chamado
de soluto. Isto quer dizer que em uma solução aquosa de ácido sulfúrico, o componente
majoritário é a água, que nada mais é que o solvente, e o componente minoritário é o
ácido sulfúrico, que também pode ser chamado de soluto (ATKINS; JONES, 2005).
Estas soluções aquosas são de extrema importância em nosso cotidiano e
em atividades desenvolvidas em laboratórios. Se observarmos ao nosso redor,
praticamente todas as soluções são classificadas como aquosas, pois o solvente
é a água. Já as soluções não aquosas são aquelas onde o solvente, que é o
componente majoritário, não é a água.
Para conhecer melhor o conceito de soluções aquosas e entender
os problemas que podemos ter relacionados a estas soluções,
indicamos a leitura do texto: Toxicidade de metais em soluções
aquosas. O texto aborda de forma didática este tema e nos apresenta
informações adicionais para aprofundarmos nossos conhecimentos.
Acesse o link abaixo e faça a leitura do texto. Boa leitura!
Link: <http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc35_2/03-QS-61-11.pdf>.
Forças intermoleculares e cálculos estequiométricos
U3
147
3.2. Propriedades gerais das soluções aquosas
As soluções aquosas apresentam como característica geral uma alta capacidade
de dissolver compostos químicos que existem na natureza, assim como em casos
de compostos químicos sintetizados em laboratório. Nas soluções, podemos ter
reações químicas que podem se processar de acordo com as características da
solução. As reações do tipo ácido-base se processam em soluções aquosas assim
como as reações de precipitação.
A composição de uma determinada solução pode ser expressa fazendo menção
a um conceito chamado de concentração, que consiste na razão existente entre
a quantidade de solutos e solventes presentes na solução. Podemos utilizar várias
unidades de medida para expressar estas concentrações, porém a mais comum é
a gramas por litro (g/L), outra forma de expressar a concentração de uma solução
é através das unidades de mols por litro (mol/L) (BRADY; RUSSELL; HOLUM, 2002).
As soluções podem ser ainda classificadas como soluções saturadas e soluções
diluídas. As soluções saturadas são aquelas em que a razão soluto/solvente
é grande, já uma solução diluída é aquela que apresenta razão soluto/solvente
relativamente pequena (BRADY; RUSSELL; HOLUM, 2002).
Outra propriedade das soluções que devemos levar em consideração é a
solubilidade dos solutos, que é medida pela quantidade do mesmo que é totalmente
solubilizado em 100g de solvente, em uma temperatura preestabelecida, obtendo
assim uma solução supersaturada. As soluções supersaturadas são consideradas
instáveis, pois podem a qualquer momento começar a precipitar.
3.3. Reações de precipitação
As reações de precipitação ocorrem quando duas soluçõesque apresentam
eletrólitos fortes reagem entre si para formar um composto sólido. Como exemplo,
temos uma solução de cloreto de sódio, que é um eletrólito forte que reage com o
nitrato de prata, que é outro eletrólito forte, formando um composto sólido como
produto, conforme podemos observar na reação abaixo:
NaCl
(aq)
+ AgNO
3(aq)
→ AgCl
(s)
+ NaNO
3(aq)
Forças intermoleculares e cálculos estequiométricos
U3
148
Eletrólito é uma substância que dissolvida em água resulta em uma
solução que conduz eletricidade.
Ela pode ser classificado como forte, quando a substância que forma
a solução encontra-se totalmente na forma de íons, e pode ser
classificada como fraca quando o soluto se ioniza incompletamente
em solução.
Reações de precipitação podem ser utilizadas em reações químicas com
caráter qualitativo, ou seja, quando se busca conhecer a identidade de um dos
componentes de uma mistura, como também pode apresentar caráter quantitativo,
quando se busca saber a quantidade da substância presente na solução.
Para finalizarmos, “Ocorre uma reação de precipitação quando duas soluções
de eletrólitos fortes são misturadas e elas reagem para formar um sólido
insolúvel” (ATKINS; JONES, 2006, p. 83).
3.4. Estequiometria de soluções
Uma reação pode ser totalmente dependente do estado no qual os compostos
químicos se apresentam, isso quer dizer que se as substâncias se apresentarem na
forma de soluções, estas reações podem ocorrer de diferentes formas, porém, os
cálculos estequiométricos são os mesmos vistos anteriormente.
Para preparar uma solução, precisamos dos conceitos de molaridade, que
correspondem à quantidade de matéria, em mols presentes em um volume
específico de líquido, geralmente expresso em litros (L). Desta forma, podemos
dizer que uma solução que apresenta concentração de 0,15 molar ou 0,15M
apresenta 0,15 mols do soluto dissolvidos em um litro de solvente, água. Podemos
escrever a fórmula que determina a concentração molar da seguinte forma:
mols do soluto
litros de solução
Molaridade (M)
Forças intermoleculares e cálculos estequiométricos
U3
149
Assim, se tivermos 0,75 mols de carbonato de cálcio (CaCO
3
) dissolvidos em
1 litro de água, possuímos uma solução com concentração de 0,75M de CaCO
3
.
Exemplo 8. Qual será a concentração molar de uma solução preparada com
0,45 mols de hidróxido de sódio dissolvidos em 0,6 L de água?
Resolução. Para resolvermos este problema, utilizamos a fórmula de
molaridade apresentada anteriormente; desta forma, dividimos os mols do soluto
pela quantidade de litros da solução, conforme visto a seguir:
Esta solução apresenta, desta forma, concentração de 0,75M de hidróxido de sódio.
Para preparo de uma solução aquosa, devemos levar em consideração a
procedência da água utilizada, pois alguns tipos de aplicações exigirão alta
qualidade do solvente para que não interfiram na qualidade da solução preparada.
Deste modo, a procedência da qualidade da água deve ser conhecida. Usualmente,
trabalha-se em laboratório com água destilada, que apresenta qualidade adequada
para uma grande quantidade de compostos e finalidades.
Outros cuidados devem ser levados em consideração quando se prepara uma
solução. Devem ser utilizadas vidrarias volumétricas, como balão volumétrico com
volume específico, balança com precisão adequada para pesagem do material
necessário, pureza e umidade do soluto, entre outros fatores. Observados estes pontos,
podemos considerar que a solução preparada possui qualidade adequada para uma
grande gama de aplicações, que podem ser em análises qualitativas e quantitativas.
0,45 mols de NaOH
0,6 litros de solução
Molaridade (M) = 0,75M
1. Qual é a concentração de uma solução preparada dissolvendo
0,88 mols de cloreto de sódio em 1,5 litros de água?
Forças intermoleculares e cálculos estequiométricos
U3
150
2. Qual é a concentração da solução de cloreto de sódio
preparada dissolvendo-se 56,43g de cloreto de sódio em
250 mL de água?
Dados: Massa do Cloro: 35,453 g/mol; Massa do sódio:
22,990 g/mol.
Acadêmico(a), nesta unidade trabalhamos com muitos cálculos
estequiométricos, que são de fundamental importância dentro
da química experimental. Além disso, estudamos as forças de
interação que ocorrem entre moléculas vizinhas e que fazem com
que os compostos químicos possuam estados físicos diferentes,
ou seja, estados sólido, líquido ou gasoso. Nesta unidade
trabalhamos também com as soluções e suas características,
que são muito importantes dentro da área da química.
Nossa unidade foi dividida da seguinte maneira: na Seção 1
trabalhamos com as forças intermoleculares, que são aquelas
que possuem interação com as moléculas vizinhas. Para isso,
iniciamos nosso estudo com as diferenças entre os compostos
sólidos, líquidos e gasosos, pois sua forma é determinada pelas
forças de interação. Em seguida, vimos as forças de interação do
tipo íon-dipolo, que são as que ocorrem entre uma molecular
polar e um composto iônico, e seguindo nosso estudo, vimos
as do tipo dipolo-dipolo, que ocorrem em moléculas polares.
Também trabalhamos com as forças de dispersão de London,
que ocorrem em moléculas apolares e, por fim, a ligação de
hidrogênio, que é a interação intermolecular mais forte entre
todas e é responsável pelas propriedades da água.
Na Seção 2 trabalhamos com cálculos estequiométricos, que
são cálculos relacionados à massa e proporcionalidades dos
compostos químicos presentes em uma fórmula química.
Iniciamos nossa seção com o estudo de massa atômica e
seguida da massa molecular; a partir destas informações,
Forças intermoleculares e cálculos estequiométricos
U3
151
Nesta unidade de ensino trabalhamos com os conceitos
relacionados às forças de interação intermolecular, que são forças
de atração ou repulsão que ocorrem entre moléculas vizinhas.
Trabalhamos também com cálculos estequiométricos, que são
pontos básicos quando falamos em termos quantitativos na área
da química. E para finalizar, conhecemos os conceitos de solução
aquosa e suas características e propriedades, e também como estas
soluções podem ser preparadas. É de fundamental importância o
conhecimento das informações contidas nesta unidade.
Na nossa vida prática, é interessante conhecermos por que a
água em temperatura ambiente se encontra em estado líquido.
Isto ocorre devido às ligações de hidrogênio, que são forças de
interação muito mais fortes que as demais, porém, menos intensas
que uma ligação química. Também é importante saber quais são
as quantidades de reagentes que são necessárias para realizar
uma reação química, para evitar desperdícios. Podemos pensar
começamos a trabalhar com os conceitos de mol e com a
determinação percentual dos compostos em uma fórmula
química. Por fim, vimos como é determinado o reagente
limitante de um processo.
Na Seção 3 trabalhamos com solução, para isso iniciamos
com os conceitos de mistura e as diferenças entre misturas
homogêneas e heterogêneas. Em seguida, os conceitos de
soluções aquosas e suas propriedades foram apresentados.
Nesta mesma seção trabalhamos também com as principais
reações químicas a que as soluções estão expostas, que são as
reações do tipo de precipitação. Para finalizarmos esta seção e
esta unidade, trabalhamos com os cálculos estequiométricos
que são necessários para o preparo de soluções.
Forças intermoleculares e cálculos estequiométricos
U3
152
que esta é igual a uma receita de bolo, pois as quantidades dos
reagentes precisam ser colocadas nas corretas proporções para
evitar desvios daquilo que esperamos. Trabalhamos com outro
ponto importante nesta unidade, que são as soluções aquosas,
que podemos relacionar a um suco de frutas, pois dissolvemos
tudo em água, formando uma solução.
Porém, nosso estudo não precisa parar por aqui, ao longo do
texto foram colocados pontos de reflexão para que possamos
relacionar os problemas do cotidiano com a química. Além disso,
atividades de aprendizadoestão distribuídas ao longo do texto
para facilitar o entendimento. Ao final da unidade, exercícios são
propostos para avaliar todo o entendimento do assunto e para
avaliar sua fixação e aprendizado.
Dentro deste grande contexto da ciência experimental da química,
podemos encontrar vários livros de qualidade que abordam
este assunto. Nas referências bibliográficas podemos encontrar
alguns títulos que servem para consulta e aprofundamento dos
conceitos abordados. Além dos livros, páginas na internet podem
auxiliar nos estudos, principalmente com temas intrigantes
que conduzem o leitor a refletir e pensar. Entre estas páginas
podemos citar a página da Química Nova na Escola (QNESC),
que embora o tema seja escola, ela aborda temas importantes da
química, com textos que apresentam uma didática que facilita a
compreensão e o aprendizado dos assuntos abordados. Podemos
citar também a página da Química Nova, com artigos científicos
dos mais variados assuntos dentro da área da química, vale a
pena conferir. Outras páginas também podem ser consultadas
para aprofundamento de seus conhecimentos, e lembre-se:
nunca deixa de estudar! Um grande abraço!
1. As forças intermoleculares podem ser divididas em várias
categorias, de acordo com a característica da molécula
Forças intermoleculares e cálculos estequiométricos
U3
153
2. Em um pedaço de barra metálica, feito de uma liga
que contém ferro e zinco, foi determinado em testes
experimentais que a massa total da barra metálica é de
231,76g. Sabendo que a barra metálica possui 55% de
ferro e 45% de zinco, quantos átomos de ferro e zinco
estão presentes nesta barra, respectivamente? Dados:
Massa Fe: 55,845 g/mol; Zn: 65,39 g/mol.
a) 1,37 x 1023 e 9,60 x 1023.
b) 1,37 x 1024 e 9,60 x 1023.
c) 1,37 x 1023 e 9,60 x 1024.
d) 1,37 x 1024 e 9,60 x 1024.
3. Uma amostra sólida foi pesada em laboratório onde se
determinou que sua massa total é de 12,67g. Esta amostra
possui, no total, 5 átomos diferentes, determinados por
testes químicos experimentais. Deste total, temos 6% de
átomos de hidrogênio, 65% de átomos de carbono, 12% de
átomos de enxofre, 12% de átomos de oxigênio e o restante
de átomos de nitrogênio. A respeito de sua composição, é
correto afirmar (assinale a alternativa correta):
Dados: Massa H: 1,0079 g/mol; C: 12,011 g/mol; S:
32,065 g/mol; N: 14,007 g/mol; O: 15,999 g/mol.
a) A amostra possui 4,15 x 1024 átomos de carbono.
b) A amostra possui 6,23 x 1023 átomos de hidrogênio.
que irá originar suas forças. Porém, uma molécula
pode apresentar mais de um tipo de força de interação
intermolecular simultaneamente. Se considerarmos que
uma molécula não apresenta um momento dipolar, quais
são os tipos de interações intermoleculares que podemos
esperar? Justifique sua resposta.
Forças intermoleculares e cálculos estequiométricos
U3
154
c) A amostra possui 5,56 x 1025 átomos de enxofre.
d) A amostra possui 2,72 x 1022 átomos de nitrogênio.
4. Uma substância pura é aquela que apresenta apenas
átomos ou moléculas de um determinado composto. Já
em uma mistura, temos duas ou mais substâncias que
estão inseridas em um mesmo recipiente. A respeito das
misturas, é correto afirmar (assinale a alternativa correta):
a) Mistura homogênea é aquela que apresenta apenas
moléculas de um composto puro em estado líquido, por
exemplo, um princípio ativo que será utilizado em um
medicamento.
b) Mistura heterogênea é aquela formada por duas ou
mais substâncias que apresentam estados físicos diferentes
ou características de afinidade diferentes, por exemplo,
água e areia ou óleo e água.
c) Mistura homogênea é aquela formada por dois ou
mais compostos que apresentam as mesmas afinidades
químicas, por exemplo, óleo e água.
d) Mistura heterogênea é aquela que apresenta o
mesmo estado físico, deste modo, a mistura tem aparência
de um composto puro, exemplo, cloreto de sódio dissolvido
em água.
5. Deseja-se preparar uma solução de nitrato de sódio em
laboratório com a concentração de 0,15 mol/L. Para isso,
o laboratório conta com um balão volumétrico de 500mL
e uma balança com precisão de ±0,001g. O nitrato de
sódio sólido possui grau P.A. (Para Análise), que garante a
pureza do reagente e a qualidade da solução preparada.
Para preparar 500mL desta solução, é necessário (assinale
a alternativa correta):
Forças intermoleculares e cálculos estequiométricos
U3
155
a) Pesar ± 63,7g de nitrato de sódio, previamente seco
para retirada de umidade e, em seguida, transferir todo
o conteúdo para o balão volumétrico e completar o seu
volume com água de pureza garantida.
b) Pesar ± 0,637g de nitrato de sódio, previamente seco
para retirada de umidade e, em seguida, diluir o material e
transferir todo o conteúdo para o balão e completar o seu
volume com água de pureza garantida.
c) Pesar ± 6,374g de nitrato de sódio, previamente
seco e diluir em água, em seguida transferir todo o material
para o balão e completar o seu volume, utiliza-se para
diluição água de pureza garantida.
d) Pesar aproximadamente 6,5g de nitrato de sódio
na balança e transferir todo o conteúdo para o balão, em
seguida, completar o seu volume com água, que pode ser
de torneira.
Forças intermoleculares e cálculos estequiométricos
U3
156
U3
157Forças intermoleculares e cálculos estequiométricos
Referências
ATKINS, P.; JONES, L. Princípios de química: questionando a vida moderna e o
meio ambiente. 3. ed. Porto Alegre: Bookman, 2006. 968p.
BRADY, J. E.; RUSSELL, J. W.; HOLUM, J. R. Química: a matéria e suas
transformações. 3. ed. Rio de Janeiro: LTC – Livros Técnicos e Científicos Editora
S. A., 2002. 474p. v. 1.
BROWN, T. L.; et al. Química: a ciência central. 9. ed. São Paulo: Pearson Prentice
Hall, 2005. 972p.
FELTRE, R. Química: Química geral. 7. ed. São Paulo: Editora Moderna, 2008. 527p.
v. 1.
ROCHA, W. R. Interações Intermoleculares. Cadernos Temáticos da Química
Nova na Escola, São Paulo, n. 4. p. 31-36. Maio, 2001. Disponível em: <http://qnesc.
sbq.org.br/online/cadernos/04/interac.pdf>. Acesso em: 16 mar. 2015.
RUSSELL, J. B. Química geral. 2. ed. São Paulo: Pearson Makron Books, 1994. 621p.
v. 1.
SPENCER, J. N.; BODNER, G. M.; RICKARD, L. H. Química: estrutura e dinâmica, 3.
ed. Rio de Janeiro: LTC – Livros Técnicos e Científicos Editora S.A., 2007. 452p. v. 1.
Unidade 4
QUÍMICA INORGÂNICA
Objetivos de aprendizagem:
Caro(a) acadêmico(a), o objetivo desta unidade é:
• Identificar as quatro funções inorgânicas;
• Reconhecer os grupos funcionais pertencentes à química inorgânica;
• Realizar a nomenclatura dos compostos inorgânicos, conforme as
regras da IUPAC (União de Química Pura e Aplicada);
• Diferenciar as propriedades das funções inorgânicas;
• Identificar a ocorrência dos compostos inorgânicos em nosso cotidiano.
Edson Torres
Caro(a) acadêmico(a)! Nesta seção iremos estudar duas importantes
funções inorgânicas, que são os ácidos e as bases ou hidróxidos, assim
como vamos conhecer sua classificação e nomenclatura. Também vamos
conhecer e estudar o que é o número de oxidação e sua determinação,
ionização e dissociação, grau de ionização e os indicadores ácido/base.
Caro(a) acadêmico(a)! Nesta seção iremos estudar mais duas
importantes funções inorgânicas, que são os sais e os óxidos, assim como
vamos conhecer sua classificação, propriedade e nomenclatura. Também
vamos conhecer e estudar quais são as reações de neutralização dos sais,
assim como suas propriedades funcionais.
Seção 1 | Ácidos e bases ou hidróxidos
Seção 2 | Sais e óxidos
Química inorgânica
U4
160
Química inorgânica
U4
161
Introdução à unidade
A química inorgânica estuda os elementos químicos e as substâncias que não
possuem o carbono como cadeias coordenadas. Para que possamos compreender a
importância da química inorgânica na natureza e na indústria, é necessário estudarmos
as substâncias ácidas e básicas, assim como os sais e os óxidos.
No que diz respeitoà química inorgânica na natureza, podemos citar que muitos
metais têm um papel importante nos sistemas vivos, uma vez que se ligam e interagem
com moléculas biológicas como proteínas e apresentam afinidade por moléculas
importantes para a vida, como o oxigênio; logo, a evolução natural incorporou os
metais às funções essenciais à vida.
Na indústria, a química inorgânica está associada à produção de petroquímicos,
agroquímicos, produtos farmacêuticos, polímeros, tintas, metais, entre outros.
São utilizados processos químicos, incluindo reações químicas, para formar novas
substâncias, separações baseadas em propriedades como a solubilidade ou a carga
iônica, e destilações, além de transformações por aquecimento ou por outros métodos.
Portanto, nesta unidade veremos mais detalhadamente os processos natural e
antrópico relacionados à química inorgânica, com a preocupação de que você tenha
um preparo suficiente e que possa utilizá-lo com os seus alunos na atuação profissional.
Para enriquecer o seu conhecimento, apresentaremos algumas bibliografias que
atuarão como auxílio e atualização dos conhecimentos; bem como atividades de
estudo que contribuirão na fixação e aplicação dos conteúdos abordados.
Desejamos a você um ótimo aprendizado, e que ao final consiga aplicar os conceitos
no meio profissional, que a cada dia se torna mais competitivo, sendo necessária a
busca do conhecimento. Bons estudos!
Química inorgânica
U4
162
Química inorgânica
U4
163
Seção 1
Ácidos e bases ou hidróxidos
Introdução à seção
Prezado(a) acadêmico(a)! Nesta seção veremos que uma função química é
um conjunto de substâncias com propriedades químicas funcionais semelhantes.
Nesta seção iremos estudar duas importantes funções inorgânicas, que são os
ácidos e as bases ou hidróxidos. Para o estudo de qualquer função inorgânica
é muito importante conhecer a sua formulação, ou seja, a sua composição
molecular. O conhecimento do número de oxidação (nox) das espécies químicas
é indispensável para tal formação (SHRIVER; ATKINS, 2003).
1.1 Nox: número de oxidação
O nox (número de oxidação) é a carga positiva ou negativa que um átomo
apresenta ao realizar uma ligação química, iônica, por exemplo. No geral, nox é o
valor da carga de uma espécie química (SARDELLA; FALCONE, 2004).
Cada átomo em um elemento (ou substância simples) apresenta número de
oxidação igual a zero. O número de oxidação do Cu no cobre metálico, assim
como para cada átomo em I
2
ou S
8
é zero (0).
Para íons monoatômicos, o número de oxidação é igual à carga do íon.
Elementos dos grupos periódicos 1A-3A formam íons monoatômicos com uma
carga positiva e número de oxidação igual ao número do grupo. O magnésio
forma Mg2+, e, portanto, seu número de oxidação é +2 (KOTZ et al., 2012).
Exemplo:
1º) No composto NaCl.
O sódio (Na) está presente na família 1A da tabela periódica e por isso se estabiliza
formando um cátion monovalente, como nox = +1 (Na+), e o cloro, que pertence à
família 7ª, se estabiliza formando um ânion monovalente, com nox = -1 (Cl-).
Química inorgânica
U4
164
Assim, a fórmula molecular é: NaCl.
Logo, as cargas ou nox (números de oxidação) desses íons se anulam, pois
possuem valores iguais e sinais contrários.
O flúor sempre tem número de oxidação -1 em compostos com todos os outros
elementos. Já o cloro (CI), bromo (Br) e iodo (I) sempre têm número de oxidação
-1 em compostos, exceto quando combinados com oxigênio ou flúor. Isso significa
que o CI tem número de oxidação -1 em NaCI (Na é +1, conforme previsto pelo fato
de que ele é um membro do Grupo 1A). Porém, no íon ClO-, o CI tem número de
oxidação +1 (e o oxigênio tem número de oxidação -2) (KOTZ et al., 2012).
O número de oxidação do hidrogênio (H) é +1 e do O é -2 na maioria de seus
compostos. Embora essa regra se aplique a um grande número de compostos,
existem exceções importantes. Quando o H forma um composto binário com um
metal, o metal forma um íon positivo e o H torna-se um íon hidreto (H-). Assim,
em CaH
2
, o número de oxidação do Ca é +2 (igual ao número do grupo) e o do
H é -1. O oxigênio pode ter número de oxidação -1 em uma classe de compostos
chamada de peróxidos. Por exemplo, na molécula H
2
O
2
(peróxido de hidrogênio),
o H recebe seu número de oxidação normal, +1, assim, o número de oxidação do
O é -1 (KOTZ et al., 2012).
A soma algébrica dos números de oxidação em um composto neutro deve
ser zero. Já em um íon poliatômico, a soma deve ser igual à carga do íon. Por
exemplo, no HCIO
4
, atribui-se +1 ao átomo de H e -2 ao átomo de O. Isto significa
que o átomo de CI deve ser +7.
Caro(a) acadêmico(a), então por que é importante estudar os números de
oxidação?
A importância de se estudar os números de oxidação é para ser capaz de
identificar quais reações são de oxirredução, qual é o agente oxidante e qual é o
agente redutor em uma reação.
Os números de oxidação refletem a carga elétrica real sobre um átomo em
uma molécula ou íon? À exceção dos íons monoatômicos como o Cl- ou o Na+,
a resposta é não. Os números de oxidação pressupõem que os átomos em uma
molécula são íons positivos ou negativos, o que não é verdade. Por exemplo, em
água (H
2
O), os átomos de H não são íons H+, e os átomos de O não são íons O2-.
Isso não quer dizer, entretanto, que os átomos nas moléculas não possuem uma
carga elétrica de algum tipo. Na água, por exemplo, cálculos indicam que o átomo
de O tem uma carga de aproximadamente -0,4 (ou 40% da carga do elétron), e os
átomos de H têm uma carga de +0,2 cada.
Então, por que usar números de oxidação? Os números de oxidação fornecem
Química inorgânica
U4
165
um meio de dividir os elétrons em uma molécula ou íon poliatômico. Em uma
reação redox, essa distribuição dos elétrons se altera. Usamos isso como uma
maneira de determinar se uma reação redox de fato ocorreu, para distinguir os
agentes de oxidação e redução e como forma de balancear equações de reações
redox (KOTZ et al., 2012).
1.2 Determinação do nox
Algumas regras podem ser utilizadas para facilitar a determinação do número
de oxidação.
1°- Toda substância simples apresenta número de oxidação (nox) igual a ZERO.
Podemos verificar alguns exemplos no Quadro 4.1 abaixo.
2° - Em relação aos elementos do grupo A (elementos representativos) da
Tabela Periódica, podemos verificar os números de oxidação, conforme o Quadro
4.2 a seguir.
OBS.: O nox do hidrogênio (H+) normalmente é +1, podendo em alguns casos
apresentar nox = -1.
Note no Quadro 4.2 que até a Família 3A, os números de oxidação são positivos
Átomo Substância Simples NOX
Hidrogênio H
2
zero
Oxigênio O
2
, O
3
zero
Cloro Cl
2
zero
Ferro Fe zero
Quadro 4.1 | Número de oxidação (nox) das substâncias simples
Fonte: O autor.
Famílias grupo A 1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A
Nox +1 +2 +3 +4; -4 -3 -2 -1
Quadro 4.2 | Número de oxidação (nox) dos elementos representativos da Tabela Periódica
Fonte: O autor
Química inorgânica
U4
166
(cátions) e a partir da Família 5A, os números de oxidação são negativos (ânions). Já
na família 4A o número de oxidação pode ser positivo ou negativo, isso depende
da composição molecular da substância formada, porém geralmente o nox usado
é o positivo.
3° - Nas fórmulas moleculares (moléculas), a soma dos números de oxidação
de todos os átomos deve ser igual a zero.
Exemplo: Determine o nox de todos os átomos formadores do ácido nítrico
(HNO
3
).
Resolução:
Para que a soma de todos os nox seja igual a zero, o nitrogênio (N) apresentará
NOX= +5.
Observe que ao somarmos os valores dos nox positivos tem-se +1 +5 = +6.
Como se tem três átomos de oxigênio, multiplicamos: 3 x -2 = -8. Assim +8 -8 =
0. Logo, a soma das cargas positivas e negativas se anula.
Caro(a) acadêmico(a), consulte em sua Tabela Periódica, na parte
posterior, a tabela de cátions e ânions, lá você encontrará íons com
nox fixo e íons com nox variável.
Fórmula H N O
3
Cada átomo +1? -2
Soma +1 +5 -6
Nox +1 +5 -2
Química inorgânica
U4
167
4º No caso de íons oxigenados, a soma das cargas (nox) deve ser igualada à
carga do íon, para que no final a soma total seja nula.
Exemplo: Cr
2
O
7
-2
Neste caso, teremos que determinar o nox do cromo (Cr) para que a soma total
das cargas (nox) seja nula. Como o Cr
2
O
7
-2 é um íon, a soma das cargas será igual
à sua carga, -2. Assim:
Na química, uma das maiores preocupações é a de verificar todas as
características químicas e físicas das substâncias existentes na natureza.
Caracterizando quimicamente uma substância, conseguimos diferenciá-la. Como
exemplo, podemos citar as substâncias eletrolíticas, que conduzem corrente
elétrica, e as substâncias não eletrolíticas, que não conduzem corrente elétrica.
A verificação de condução elétrica de uma substância deve ser realizada em
soluções aquosas, ou seja, deve-se dissolver a substância em água.
1.3 Ionização e dissociação
A palavra ionização se refere aos íons, cátions e ânions, já a palavra dissociação
significa a separação, dissipação. Quando dissolvemos compostos iônicos
Quando a fórmula molecular apresentar três elementos, teremos que
encontrar um valor de nox para o elemento central (do meio) de tal
forma que as cargas (nox) positivas sejam iguais à carga negativa, para
que no final as cargas sejam zeradas.
-2+14
2
x =
2x - 14 = -2
x = +6
Química inorgânica
U4
168
(formados por um metal (cátion) e um não metal (ânion)) em água, como o sal de
cozinha (NaCl), teremos uma solução eletrolítica, ou seja, que conduz corrente
elétrica devido às diferenças de cargas (polos contrários se atraem) (REIS, 2001).
A água que se bebe diariamente e os oceanos contêm concentrações pequenas
de muitos íons, a maioria dos quais resulta da dissociação de materiais sólidos
presentes no ambiente.
Exemplo: água do mar, rica em sais minerais, cátions como Na+1, K+1, Ca+2 e
ânions como Cl-1, NO
3
-1.
Já nos compostos moleculares, que não apresentam metais em sua composição,
ou seja, não apresentam íons, a condução de corrente elétrica é muito baixa, ainda
somente quando dissolvidos em água. A solução que não conduz corrente elétrica
é chamada de solução não eletrolítica.
Exemplo: açúcar em água.
Quando compostos iônicos são dissolvidos (misturados) em água, ocorre um
fenômeno chamado de dissociação iônica ou dissociação eletrolítica, onde o
cátion se dissocia (se separa) do ânion. Note na reação (R-1) a seguir, que o sal,
cloreto de potássio, se dissociou.
Exemplo:
K+Cl-
(s)
K+
(aq)
+ Cl-
(aq)
A dissociação de um sólido iônico implica a separação de cada íon dos
íons de carga oposta que o rodeiam no estado sólido. A água é especialmente
boa para dissolver compostos iônicos, porque cada molécula de água tem
uma extremidade positivamente carregada e uma extremidade negativamente
carregada. Consequentemente, uma molécula de água pode atrair um íon positivo
à sua extremidade negativa ou pode atrair um íon negativo à sua extremidade
positiva. Quando um composto iônico se dissolve em água, cada íon negativo
fica cercado por moléculas de água com suas extremidades positivas apontando
para o íon, e cada íon positivo fica cercado por extremidades negativas de diversas
moléculas de água (KOTZ et al., 2012).
Em relação às substâncias moleculares, não podemos garantir a ocorrência da
dissociação.
Os ácidos, por exemplo, são substâncias que quando dissolvidas em água,
sofrem o processo da ionização, gerando como único cátion o íon hidrônio ou
hidroxônio (H
3
O+).
ÁGUA
R - 1
Química inorgânica
U4
169
Verifique, na reação a seguir (R-2), como ocorre a ionização do ácido bromídrico,
gerando uma solução eletrolítica, ou seja, que conduz corrente elétrica:
HBr + H
2
O H
3
O+ + Br-
São esses íons formados através da dissociação os responsáveis pela condução
de corrente elétrica. Os íons envolvidos por água, que são resultado da dissolução
de um composto iônico, são livres para se movimentar em solução. Sob condições
normais, o movimento de íons é aleatório, e os cátions e ânions de um composto
iônico encontram-se dispersos uniformemente na solução. Entretanto, se dois
eletrodos (condutores de eletricidade, como um fio de cobre) são introduzidos
na solução e conectados a uma bateria, o movimento dos íons deixa de ser
aleatório. Os cátions positivos migram da solução para o eletrodo negativo, e os
ânions negativos movem-se para o eletrodo positivo. Se uma lâmpada for inserida
no circuito, ela se acende, mostrando que há íons disponíveis em solução para
transportar as cargas, assim como os elétrons conduzem a carga na parte do
circuito composta pelos fios. Os compostos cujas soluções aquosas conduzem
eletricidade são chamados de eletrólitos, e todos os compostos iônicos que são
solúveis em água são eletrólitos (KOTZ et al., 2012).
1.4 Tipos de eletrólitos
A classificação dos eletrólitos é realizada como fortes ou fracos. Quando
os compostos iônicos como o cloreto de sódio se dissolvem em água, os íons
separam-se ou dissociam-se. Para cada mol de NaCI que se dissolve, 1 mol de íons
Na+ e 1 mol de íons Cl- entram em solução, conforme observado na reação (R-3)
(KOTZ et al., 2012).
CÁTION
HIDROXÔNIO
ÂNION
BROMETO
R - 2
O cientista Svante August Arrhenius estabeleceu conceitos sobre os
ácidos e bases ou hidróxidos (funções inorgânicas) e também sobre o
grau de ionização (α).
Química inorgânica
U4
170
NaCl
(s)
Na+
(aq)
+ Cl-
(aq)
100% de dissociação =
eletrólito forte
R - 3
CH
3
CO
2
H
(aq)
CH
3
CO
2
-
(aq)
+ H+
(aq)
íon acetatoR - 4
Como o soluto dissocia-se completamente em íons, a solução será um bom
condutor de eletricidade. As substâncias cujas soluções são bons condutores
elétricos devido à presença de íons são chamadas de eletrólitos fortes.
Existem substâncias que dissociam-se parcialmente em solução, assim são
condutoras fracas de eletricidade. Estas substâncias são conhecidas como
eletrólitos fracos. Por exemplo, quando o ácido acético (um ingrediente
importante no vinagre) dissolve-se em água, apenas algumas moléculas em cada
cem moléculas do ácido acético são ionizadas para formar íons acetato e íons
hidrogênio, conforme observado na reação (R-4) (KOTZ et al., 2012).
Muitas outras substâncias dissolvem-se em água, mas não se ionizam. Essas são
chamadas não eletrólitos, porque suas soluções não conduzem eletricidade. Alguns
exemplos de não eletrólitos incluem o açúcar (C
12
H
22
O
11
), o etanol (CH
3
CH
2
OH) e o
etilenoglicol (anticongelante para radiadores) (HOCH
2
CH
2
OH) (KOTZ et al., 2012).
1.5 Grau de ionização (α)
O grau de ionização é calculado para medir a “força” da ionização ou dissociação
iônica. A força dos ácidos, por exemplo, pode ser determinada através do grau de
ionização (COVRE, 2001).
O cálculo do grau de ionização é realizado através da relação entre o número
total de moléculas ionizadas (final) e o número total de moléculas dissolvidas
(inicial), no final multiplica-se o resultado por cem, para se ter a relação em
porcentagem. Conforme representado a seguir:
NÚMERO TOTAL DE MOLÉCULAS IONIZADAS
NÚMERO TOTAL DE MOLÉCULAS DISSOLVIDAS
α =
Química inorgânica
U4
171
Exemplo 1: 100 moléculas de ácido clorídrico (HCl) foram misturadas em água,
e 92 moléculas se ionizaram (H+ e Cl-).
Para medirmos o grau de ionização faremos:
Exemplo 2: 100 moléculas de ácido fluorídrico (HF) foram dissolvidas em água
e apenas 8 moléculas se ionizaram (H+ e F-).
Dependendo do grau de ionização, os eletrólitos podem ser classificados em:
Eletrólito forte: quando o α≥ 50%.
Eletrólito moderado: quando o α variar de 5% ≤ α< 50%.
Eletrólito fraco: quando o α< 5%.
1.6 Ácidos
As funções inorgânicas são compostas com propriedades químicas semelhantes,
que pertencem à parte da química inorgânica, ou seja, dos compostos minerais.
Diferente da química orgânica, na qual as suas funções orgânicas são compostos
derivados do elemento carbono.Nas funções inorgânicas, as substâncias apresentam grupos funcionais em
92
100
α = 0,92 * 100 = 92% de ionização
8
100
α = 0,08 * 100 = 8% de ionização
Caro(a) acadêmico(a): Sabemos que a química orgânica tem
papel fundamental na medicina, porém, será que a química
inorgânica também é importante para a medicina?
Química inorgânica
U4
172
comum. Por exemplo, os ácidos apresentam um único cátion, o H+1, e as bases
ou hidróxidos apresentam um único ânion, a hidroxila OH-1. É através da presença
destes grupos funcionais que poderemos caracterizar as funções inorgânicas.
Caro(a) acadêmico(a), são quatro as funções químicas inorgânicas que iremos
estudar, sendo que agora iremos conhecer os ácidos.
Um ácido é toda substância que, ao ser dissolvida em água, sofre ionização e
apresenta como único tipo de íon positivo o cátion hidrogênio (H+1), conforme
observado na reação (R-05) (COVRE, 2011).
Os ácidos são substâncias que, no geral, apresentam sabor azedo, como no
vinagre (ácido acético), na laranja, limão, abacaxi (ácido cítrico), na uva (ácido
tartárico), na vitamina C (ácido ascórbico). São corrosivos aos metais e apresentam
baixos valores de pH.
HNO
3(l)
H+1
(aq)
+ NO
3
-1
(aq)
ÁGUA
R - 5
Note que os ácidos apresentam como primeiro elemento na fórmula
molecular, o único cátion o H+, seguido de um ânion qualquer. Para
verificar a carga do ânion (nox), consulte sua tabela de cátions e ânions.
Portanto, um ácido é uma substância que quando dissolvida em água
aumenta a concentração de íons hidrogênio, H+
(aq)
, na solução.
Química inorgânica
U4
173
1.7 Potencial hidrogeniônico
Os ácidos produzem os íons hidrogênio (H+) em solução aquosa, conforme
já vimos. Os ácidos de ocorrência natural e as soluções ácidas compartilham a
característica de que a concentração do íon hidrogênio na solução aumenta quando
o ácido se dissolve. O vinagre, que contém o ácido acético (ácido fraco), tem uma
concentração de íon hidrogênio de apenas 1,6 x 10-3 M, e a água pura da chuva tem
2,5 x 10-6 M. Esses valores extremamente pequenos podem ser expressos usando-
se a notação científica, mas isso é inadequado. Uma forma mais conveniente de
expressar tais números é a escala logarítmica de pH (KOTZ et al., 2012).
Portanto, o pH (potencial hidrogeniônico) é uma medida de acidez. Quanto
menor o valor do pH, mais ácida é a substância. Você pode verificar na Figura 4.1.
O pH de uma solução é o negativo do logaritmo na base 10 da
concentração do íon hidrogênio, conforme segue a equação: pH =
-log [H+]. Temos que os números menores do que 1 têm logs negativos.
Portanto, ao definir o pH como -log [H+], obtemos um número positivo.
Figura 4.1 | Escala de pH
Fonte: Disponível em: <http://www.universidadedavida.com.br/index.php/como-vai-voce/560-uma-coisa-de-
cada-vez-agua> Acesso em: 30 mar. 2014.
Química inorgânica
U4
174
Na Figura 4.1 podemos notar a ordem crescente de pH. De zero a 6,9 temos
valores de pH ácidos. Acima de sete temos valores de pH básicos ou alcalinos.
Repare que, quanto menor o valor do pH, mais ácida será a substância, e quanto
maior o valor de pH, mais alcalina ou básica será a substância. No sete, encontra-se
o valor de pH neutro.
Utilizando o vinagre, a água pura, o sangue e a amônia como exemplos,
pH do vinagre = -log 0,6 x 10-3 M) = -(-2,80) = 2,80
pH da água pura (a 25 DC) = -log (1,0 x 10-7 M) = -(-7,00) = 7,00
pH do sangue = -log (4,0 x 10-8 M) = -(-7,40) = 7,40
pH da amônia = -log (1,0 x 10-11 M) = -(-11,00) = 11,00
Observa-se que os ácidos têm um pH relativamente baixo, enquanto a amônia,
uma base comum, tem uma concentração muito baixa de íon hidrogênio. O sangue,
por questões biológicas, deve ter um pH nem muito alto, nem muito baixo, onde
apresenta um pH próximo de 7. De fato, para soluções a 25 °C, podemos dizer que
os ácidos terão um valor de pH menor do que 7, as bases terão um valor maior do
que 7 e o pH 7 representa uma solução neutra (KOTZ et al., 2012).
Caro(a) acadêmico(a), a água altamente purificada, classificada como
neutra, tem um pH de exatamente 7, a 25°C. Essa é a linha divisória
entre substâncias ácidas (pH < 7) e substâncias básicas (pH > 7).
Caro(a) acadêmico(a), você sabia que um refrigerante à base de
cola apresenta pH = 2,5, o que o torna muito ácido e agressivo
Química inorgânica
U4
175
Uma vez que você conheça o pH de uma solução, para encontrar a concentração
de íons hidrogênio, você obtém o antilog do pH. Portanto, para realizar este cálculo
é utilizada a equação [H+] = 10-pH.
Para verificarmos um exemplo, o pH de um refrigerante dietético é 3,12, e a
concentração de íons hidrogênio da solução será:
[H+] = 10-3,12
[H+] = 7,6 x 10-4 M
O pH aproximado de uma solução pode ser determinado usando-se uma
variedade de corantes ou indicadores. O tornassol que se usa no laboratório contém
um corante extraído de uma variedade de líquen, mas muitos outros corantes
também estão disponíveis. Medidas mais exatas do pH são feitas com um pHmetro,
onde um eletrodo de pH é mergulhado na solução a ser testada, e o pH é lido no
instrumento (KOTZ et al., 2012).
1.8 Definição segundo Arrhenius
Os ácidos são compostos moleculares, que sofrem ionização quando
misturados em água, gerando como único íon positivo o H
3
O+ (íon hidrônio ou
hidroxônio). “Ionização é o nome dado ao processo pelo qual a água forma íons
que não existiam” (COVRE, 2011, p. 151).
Exemplo: reação de ionização do ácido clorídrico (HCl), repare que o hidrogênio
do ácido se separa do ânion Cl e se liga aos dois hidrogênios da água, formando
assim o íon hidrônio ou hidroxônio H
3
O+, conforme a reação (R-6) abaixo.
ao nosso estômago, que já produz o ácido clorídrico, e auxilia
na reação de digestão? Pense nisso.
HCl
(l)
+ H
2
O
(l)
H3O+
(aq)
+ Cl-
(aq)
ÍON HIDRÔNIO
OU HIDROXÔNIO
R - 6
Química inorgânica
U4
176
A ionização ocorre em etapas, o que depende do número de hidrogênios
ionizáveis, ou seja, se o ácido apresenta um hidrogênio ionizável, a ionização
ocorrerá em uma única etapa.
Se apresentar três hidrogênios ionizáveis, a ionização ocorrerá em três etapas. E
ainda, o número de hidrogênios ionizáveis indicará o número de íons H
3
O+ formados.
OBSERVAÇÃO: ocorreu a formação de dois íons hidrônios ou hidroxônio (2H
3
O+),
justamente porque o ácido sulfúrico (H
2
SO
4
) possui dois hidrogênios ionizáveis.
Construção da fórmula molecular de um ácido:
OBS.: o número de hidrogênios do ácido deriva da carga (nox) do ânion. Basta
fazer a inversão de cargas de cima para baixo na diagonal.
Exemplos:
Repare que no ácido bromídrico as cargas se anulam, pois têm o mesmo valor,
porém, com sinais contrários. Já no ácido bórico, a carga do ânion (BO3)3- desceu
na diagonal, formando três hidrogênios.
1.9 Classificação
1.9.1 Quanto ao número de elementos diferentes
Química inorgânica
U4
177
Binários: são ácidos que apresentam dois elementos diferentes em sua fórmula
molecular. Exemplo: HI (ácido iodídrico).
Ternários: são ácidos que apresentam três elementos diferentes em sua fórmula
molecular. Exemplo: HCN (ácido cianídrico).
Quaternários: são ácidos que apresentam quatro elementos diferentes em sua
fórmula molecular. Exemplo: HSCN (ácido tiocianídrico).
1.9.2 Quanto ao número de hidrogênios ionizáveis
Monoácidos: são ácidos que apresentam apenas um hidrogênio ionizável em
sua fórmula molecular. Exemplo: HNO
2
(ácido nitroso); H
3
PO
2
(ácido hipofosforoso,
este ácido é uma exceção, pois ioniza apenas um hidrogênio em água).
Diácidos: são ácidos que apresentam dois hidrogênios ionizáveis em sua fórmula
molecular. Exemplo: H
2
SO
3
(ácido sulfuroso), H
3
PO
3
(ácido fosforoso, este ácido é
uma exceção, pois ioniza apenas dois hidrogênios em água).
Triácidos: são ácidos que apresentam três hidrogênios ionizáveis em sua fórmula
molecular. Exemplo: H
3
BO
3
(ácido brômico); H3
PO
4
(ácido fosfórico).
Tetrácidos: são ácidos que apresentam quatro hidrogênios ionizáveis em sua
fórmula molecular. Exemplo: H
4
SiO
4
(ácido silícico).
1.9.3 Quanto à presença de oxigênio
Hidrácidos: ácidos que não possuem oxigênio na molécula. Exemplo: HF (ácido
fluorídrico).
Oxiácidos: ácidos que possuem oxigênio na molécula. Exemplo: H2SO4 (ácido
sulfúrico).
1.9.4 Quanto à força
A força dos ácidos está relacionada com o grau de ionização (α). Assunto visto
anteriormente. No geral, seguimos a regra descrita a seguir, porém a maneira de se
determinar a força dos hidrácidos difere dos oxiácidos:
Ácidos Fortes: α > 50%
Ácidos Moderados: 5% ≤ α ≤ 50%
Química inorgânica
U4
178
Ácidos Fracos: α < 5%
1.10 Força dos oxiácidos
Para determinar a força dos oxiácidos, usaremos a fórmula Y- X, onde: Y=
número de oxigênios e X = número de hidrogênios.
Quando:
Y – X = 3 – oxiácido muito forte
Y – X = 2 – oxiácido forte
Y – X = 1 – oxiácido moderado
Y – X = 0 – oxiácido fraco
Exemplo: H
3
PO
4
→ Y – X → 4 – 3 = 1 → oxiácido moderado.
O ácido sulfúrico é um oxiácido forte e há muitos anos é o produto químico
produzido em maior escala nos Estados Unidos e em muitos outros países
industrializados. Aproximadamente 40-50 milhões de toneladas são produzidas
anualmente nos Estados Unidos. O ácido sulfúrico é tão importante para a economia
das nações industrializadas que alguns economistas afirmaram que a produção de
ácido sulfúrico é uma medida da força da indústria de uma nação (KOTZ et al., 2012).
O ácido sulfúrico é um líquido incolor, viscoso, com uma densidade de 1,84
g/mL e um ponto de ebulição de 337°C. Este ácido possui diversas propriedades
importantes, o que faz com que ele seja largamente utilizado:
• Sua produção é mais barata do que a de outros ácidos;
• É um ácido forte;
• Pode ser armazenado em recipientes de aço;
• Reage com muitos compostos orgânicos para produzir outros produtos
úteis;
• Reage prontamente com a cal (CaO), uma base menos cara e de maior
disponibilidade (KOTZ et al., 2012).
A primeira etapa na preparação industrial do ácido sulfúrico é combustão do
Química inorgânica
U4
179
enxofre em ar para formar o dióxido de enxofre: S
8(s)
+ 8O
2(g)
→ 8SO
2(g)
.
Este gás é combinado então com mais oxigênio, na presença de um catalisador,
para formar o trióxido de enxofre: 2SO
2(g)
+ O
2(g)
→ 2SO
3(g)
, que pode formar o ácido
sulfúrico quando absorvido pela água: SO
3(g)
+ H
2
O
(aq)
→ H
2
SO
4(aq)
.
Atualmente, mais de dois terços da produção são utilizados na indústria de
fertilizantes à base de fosfato, que faz o fertilizante superfosfato por meio do
tratamento de rochas de fosfato com ácido sulfúrico:
2Ca
5
F(PO
4
)
3(s)
+ 7H
2
SO
4(aq)
+ 3H
2
O
(aq)
→ 3(Ca(H
2
PO
4
)
2
.H
2
O
(s)
+ 7CaSO
4(s)
+ 2HF
(g)
O restante de ácido sulfúrico produzido é utilizado para fabricar pigmentos,
explosivos, álcool, polpa de madeira e papel, detergentes e como um componente
das baterias de armazenamento de energia. Portanto, alguns produtos dependem
do ácido sulfúrico para sua manufatura ou uso (KOTZ et al., 2012).
1.11 Força dos hidrácidos
Devido aos valores do grau de ionização (α), a definição das forças dos hidrácidos
pode assim ser resumida:
a) Hidrácidos fortes: HCl, HBr e HI.
b) Hidrácido moderado: HF.
O ácido cianídrico (HCN) apresenta um α = 0,008%, que o classifica
como fraco, contudo quando o seu gás é inalado, causa a morte em
pouco tempo. É um ácido muito usado nas câmaras de gás aplicadas
à pena de morte. O ácido sulfúrico (H
2
SO
4
) apresenta um α = 61%, que
o classifica como um ácido forte, porém é extremamente corrosivo. O
ácido sulfídrico (H
2
S) apresenta um α = 0,08%, que o classifica como
fraco, porém o seu gás libera um odor desagradável (“ovo podre”),
que pode ser sentido nos esgotos, pois é um produto formado a partir
da decomposição da matéria orgânica. A inalação do ácido sulfídrico
na forma de gás pode levar à morte de forma tão rápida quanto o
ácido cianídrico.
Química inorgânica
U4
180
c) Hidrácidos fracos: os demais HCN, HSCN, H
2
S etc.
1.12 Nomenclatura dos ácidos
1.12.1 Nomenclatura dos hidrácidos
Caro(a) acadêmico(a), para nomear os hidrácidos, basta seguir a regra:
Ácido + nome do ânion + a terminação: ídrico.
Exemplo: HBr – Ácido + brometo+ terminação: ídrico = Ácido bromídrico.
H
2
S - Ácido + sulfeto+ terminação: ídrico = Ácido Sulfídrico.
1.12.2 Nomenclatura dos oxiácidos
Caro(a) acadêmico(a), para nomear os oxiácidos, basta seguir a regra:
Ácido + nome do ânion + a terminação: ico para o maior ânion + a terminação:
oso para o menor ânion.
Exemplo: H
2
SO
4
– Ácido + sulfato + a terminação: ico = Ácido sulfúrico.
H
2
SO
3
– Ácido + sulfito+ a terminação: oso = Ácido sulfuroso.
Para definir o maior e o menor ânion, deve-se observar o número de oxigênios.
O maior ânion é aquele que apresenta um número maior de oxigênios em sua
composição. Logo, o ânion menor é aquele que apresenta um número menor de
oxigênios em sua composição.
Note que na nomenclatura todos os hidrácidos apresentam a
terminação: ídrico.
Química inorgânica
U4
181
Ainda em relação à nomenclatura, caso o nome do ânion iniciar com o prefixo
“Per” o sufixo será: ico. Caso iniciar com o prefixo “Hipo”, o sufixo será: oso.
Exemplo: HClO
4
– Ácido perclorato – Ácido perclórico.
HClO – Ácido hipocloritoo – Ácido hipocloroso.
OBS.: Quando o ânion for fixo, ou seja, não apresentar variação quanto ao
número de oxigênios, usa-se a terminação ico.
Exemplos: H
2
CO
3
- Ácido Carbônico; H
3
BO
3
- Ácido Bórico.
Verifique a terminação dos nomes dos ânions no Quadro 4.3 e saiba qual
terminação utilizar na nomenclatura do respectivo ácido.
1.13 Os ácidos na natureza
Muitas pessoas, nos Estados Unidos, cultivam ruibarbo em seus jardins, porque
os talos da planta, quando cozidos com açúcar, se tornam uma deliciosa sobremesa
ou recheio para torta ou bolo. Mas as folhas dessa planta podem nos deixar doentes.
Por quê? As folhas de ruibarbo são uma fonte de ácido oxálico (H
2
C
2
O
4
), um ácido
orgânico (KOTZ et al., 2012).
Caro(a) acadêmico(a), consulte sua tabela de ânions para verificar os
ânions e suas variações, quanto ao número de oxigênios.
TERMINAÇÃO DOS NOMES DOS ÂNIONS TERMINAÇÃO DOS NOMES DOS ÁCIDOS
ato ico
ito oso
eto ídrico
Quadro 4.3 | Terminações dos nomes dos ânions e nomenclaturas dos ácidos
Fonte: O autor
Química inorgânica
U4
182
O ruibarbo apresenta em suas folhas uma quantidade muito grande de ácido
oxálico (3.000 a 11.000 ppm, ou seja, partes por milhão). O problema relacionado
à ingestão de ácido oxálico é que ele interfere em elementos essenciais do corpo,
como o ferro, o magnésio e, especialmente, o cálcio. O íon Ca2+ e o ácido oxálico
reagem para formar oxalato de cálcio insolúvel, CaC
2
O
4
, conforme a reação:
Ca2+
(aq)
+ H
2
C
2
O
4(aq)
→ CaC
2
O
4(s)
+ 2H+
(aq)
.
A reação não somente remove efetivamente íons cálcio do corpo, mas também
os cristais de oxalato de cálcio podem provocar o crescimento de dolorosas pedras
nos rins e na bexiga. Por essa razão, as pessoas suscetíveis a ter pedras nos rins
precisam adotar dietas de baixo consumo de ácido oxálico. Muitas pessoas também
devem ter o cuidado de não ingerir muita vitamina C, um composto que pode ser
transformado em ácido oxálico no corpo (KOTZ et al., 2012).
Também é importante salientar que algumas pessoas morreram por terem
ingerido substância anticongelante acidentalmente, porque o etilenoglicol em
anticongelantes, quando dentro do organismo, é convertido em ácido oxálico.
Os sintomas de envenenamento por ingestão de ácido oxálico incluem náuseas,
vômitos, dores abdominais e hemorragia.
O ácido oxálico é encontrado nos caules e nas folhas de muitas plantas além
do ruibarbo, como repolho, espinafre e beterraba. Uma vez que ele é encontrado
também em outras substâncias comestíveis, que incluem coco, amendoime chá,
em média, uma pessoa consome cerca de 150 mg de ácido oxálico por dia. Mas
isso pode matar uma pessoa?
Para um indivíduo que pesa aproximadamente 65,8 kg, a dose letal seria cerca
de 24 g de ácido oxálico puro. Seria necessário comer uma plantação inteira de
folhas de ruibarbo ou beber um oceano de chá para se aproximar da possibilidade
de ingerir uma dose fatal dessa substância. Contudo, em primeiro lugar, a pessoa
teria uma diarreia muito grave, pois o organismo reconhece que o ácido oxálico é
uma toxina natural e é estimulado a eliminá-lo (KOTZ et al., 2012).
Apesar do pequeno risco de se ingerir ruibarbo em excesso, essa planta é
cultivada há milhares de anos, por causa de suas propriedades benéficas à saúde.
Em particular, os herbalistas chineses utilizam o ruibarbo na medicina tradicional há
séculos. Na realidade, essa planta foi considerada tão importante que os imperadores
da China, nos séculos XVIII e XIX, proibiram sua exportação. O ruibarbo também era
cultivado na Rússia e, posteriormente, na Inglaterra. (KOTZ et al., 2012).
Química inorgânica
U4
183
1.14 Bases ou hidróxidos
As bases ou hidróxidos são funções inorgânicas que apresentam pH básico ou
alcalino, ou seja, na escala de pH possuem valores acima de oito, são corrosivas
e apresentam sabor adstringente ou cáustico, como as bananas verdes, caqui,
caju. Ao tato, as bases ou hidróxidos são escorregadias, ensaboadas. As bases são
formadas por um cátion qualquer menos o H+, e o único ânion monovalente, a
hidroxila ou hidróxido (OH-).
Os metais alcalinos, (1A), metais alcalinos terrosos (2A) e os outros metais da
Tabela Periódica, como os metais de transição (grupo B), aparecem como os
cátions das bases ou hidróxidos, ou seja, o primeiro elemento da fórmula molecular.
Para montar a fórmula molecular de uma base ou hidróxido, basta colocar a
carga (nox) do cátion após a hidroxila (OH-), obedecendo à mesma regra já utilizada
para os ácidos: a soma total das cargas deve ser nula. Exemplo: Na+1 → NaOH;
Ca+2 → Ca(OH)
2
;
1. O primeiro reconhecimento da existência de ácidos e de
bases foi baseado no critério do gosto e do tato. Os ácidos
eram azedos e as bases adstringentes, lembrando o sabão.
Com base no texto, complete o quadro a seguir.
Fórmula Nº de H+ Presença de
oxigênio
Força
HI
H
2
SO
3
HCN
HClO4
H
2
S
H
4
SiO
4
H
3
BO
3
Química inorgânica
U4
184
Al+3 → Al(OH)
3
;
Pb+4 → Pb(OH)
4
.
1.15 Indicadores ácido/base
São substâncias que apresentam a capacidade de mudar de cor em presença
de meio ácido ou básico. A fenolftaleína, por exemplo, é um indicador que em
meio ácido permanece incolor e em meio básico ou alcalino apresenta coloração
vermelha, rósea ou violácea.
Observe que quando a fórmula molecular terminar com OH-, o
composto é uma base ou hidróxido!
A maioria dos indicadores usados em laboratório é artificial,
porém alguns são encontrados na natureza, como o
tornassol, que é extraído de certos liquens. No nosso dia a dia,
encontramos esses indicadores presentes em várias espécies:
no repolho roxo, na beterraba, nas pétalas de rosas vermelhas,
no chá-mate, nas amoras etc., sendo que sua extração é
bastante fácil. A maceração de uma folha de repolho roxo,
seguida de sua diluição com água, permite obter uma solução
roxa que mudará de cor tanto na presença de um ácido como
na de uma base (USBERCO; SALVADOR, 1999, p. 146).
Indicador Ácido Base
Tornassol Róseo Azul
Fenolftaleína Incolor Vermelho
Alaranjado de metila Vermelho Amarelo
Azul de bromotimol Amarelo Azul
Quadro 4.4 | Principais indicadores ácido/base
Fonte: O autor
Química inorgânica
U4
185
1.16 Definição segundo Arrhenius
As Bases ou hidróxidos são compostos iônicos, que quando em água sofrem
dissociação iônica, produzindo um único íon negativo monovalente, o OH-
(hidroxila ou hidróxido).
A dissociação iônica ocorre quando uma base ou hidróxido entra em contato
com a água e ocorre a separação dos íons, os cátions e os ânions, conforme a
reação (R-7).
1.17 Classificação das bases ou hidróxidos
1.17.1 Quanto ao número de hidroxilas (OH-1)
Monobases: apresentam apenas uma hidroxila em sua fórmula molecular.
Exemplo: NaOH, LiOH, KOH.
Dibases: apresentam duas hidroxilas em sua fórmula molecular. Exemplo:
Ca(OH)
2
, Mg(OH)
2
, Fe(OH)
2
.
Tribases: apresentam três hidroxilas em sua fórmula molecular. Exemplo:
B(OH)
3
, Al(OH)
3
.
Tetrabases: apresentam quatro hidroxilas em sua fórmula molecular. Exemplo:
Pb(OH)
4
.
1.17.2 Quanto à solubilidade em água
As bases ou hidróxidos solúveis em água são: o hidróxido de amônio (NH
4
OH),
hidróxidos de metais alcalinos (Família 1A). Exemplo: RbOH.
Pouco solúveis em água são: os hidróxidos dos metais alcalinos-terrosos (Família
2A), com exceção do Mg. Exemplo: Ba(OH)
2
.
Insolúveis em água são: os hidróxidos de outros metais, Família 3A e metais de
transição (famílias do grupo B). Exemplo: Pb(OH)
2
.
CaOH
2(s)
+ H
2
O
(l)
Ca2+
(aq)
+ 2OH-1
(aq)
DISSOCIAÇÃO DO CÁTION
(Ca2+) E DO ÂNION (2OH1-)
R - 7
Química inorgânica
U4
186
1.17.3 Quanto à força
Caro(a) acadêmico(a), a força das bases está relacionada ao grau de dissociação
iônica (α), que é a separação do cátion e ânion em água. Porém, utiliza-se uma
regra prática para definir essa classificação.
Bases fortes: formadas por cátions das famílias dos metais alcalinos (Família 1A)
e metais alcalinos terrosos (Família 2A). Exemplo: NaOH, KOH, Ca(OH)
2
e Ba(OH)
2
.
Bases fracas: as demais e o hidróxido de amônio. Exemplo: Al(OH)
3
, Fe(OH)
2
e
NH
4
OH.
1.18 Nomenclatura das bases ou hidróxidos
Quando o cátion, primeiro elemento, apresentar nox (carga) fixa, a regra de
nomenclatura é:
HIDRÓXIDO DE
NOME DO CÁTION
Exemplos:
LiOH - Hidróxido de lítio
NaOH - Hidróxido de sódio
NH
3
OH - Hidróxido de amônia
Quando o cátion (primeiro elemento) apresentar nox (carga) variável, usa-se a
terminação ico para o maior (carga maior) e oso para o menor (carga menor). E
ainda, indica-se a numeração do nox (carga) em algarismos romanos.
Exemplo: CuOH – Hidróxido Cuproso ou de Cu I.
Cu(OH)
2
– Hidróxido Cúprico ou de Cu II.
Observação: aos ácidos que possuem sabor azedo, a maior parte é solúvel em
água, são moleculares e só conduzem corrente elétrica em solução aquosa, as
bases apresentam sabor cáustico ou adstringente (banana verde), a maior parte é
insolúvel em água, são iônicas ou moleculares e conduzem corrente elétrica em
Química inorgânica
U4
187
água e no estado fundido.
Ao juntarmos um ácido e uma base ocorrerá uma reação de neutralização,
também chamada de reação de salinificação, que irá gerar como produtos um sal e
água. Os sais são as próximas funções inorgânicas que iremos estudar.
1. A indústria de bases (ou hidróxido) produz um dos mais
importantes produtos químicos, conhecido como hidróxido de
sódio (NaOH) ou comercialmente como soda cáustica. Com
base no estudo dos hidróxidos, complete o quadro abaixo:
Fórmula Nº de OH Solubilidade
em água
Força
Au(OH)
3
NH
4
OH
Zn(OH)
2
Al(OH)
3
RbOH
Fe(OH)
2
AgOH
Caro(a) acadêmico(a), você sabe se existem outras definições
para os ácidos e as bases diferentes das de Arrhenius?
Química inorgânica
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188
Química inorgânica
U4
189
Seção 2
Sais e óxidos
Introdução à seção
Prezado(a) acadêmico(a), nesta seção vamos verificar que os sais são funções
inorgânicas (compostos), muito frequentes em nosso dia a dia. Eles podem ser
encontrados nos alimentos, pela função de realçar o sabor, como conservantes e,
ainda, como um dos ingredientes fundamentais de vários produtos, tais como, em
xampus, pastas dentais etc. O bicarbonato de sódio (NaHCO
3
), por exemplo, é um
sal muito utilizado em limpezas dentárias.
Já os óxidos são compostos químicos (funções inorgânicas) que nos rodeiam
diariamente. Muitos dos gases poluentes, liberados pela queima de combustíveis
fósseis, são óxidos, como, porexemplo, o dióxido de carbono – CO
2
(gás carbônico),
o monóxido de carbono – CO e o dióxido de enxofre – SO
2
etc. A composição de
muitos materiais também apresenta óxidos, como na areia a presença de óxido de
silício – SiO, na oxidação dos metais o óxido ferroso (ferrugem), assim como na
formação da crosta terrestre, das rochas e de outros planetas.
2.1 Definição e composição dos sais
Os sais são compostos iônicos formados com um cátion qualquer, menos o
hidrogênio (H+), e por um ânion qualquer, menos a hidroxila (OH-). Lembre-se:
para montar a fórmula molecular deve-se descer, no sentido inverso, as cargas do
cátion e do ânion. Quando as cargas forem iguais (mesmo valor), porém, de sinais
contrários, elas se anulam.
Exemplo: Na+1 + Cl-1 → NaCl
Ca2+ + (NO
3
)-1 → Ca(NO
3
)
2
Ca2+ + (PO
4
)-3 → Ca
3
(PO
4
)
2
Química inorgânica
U4
190
2.2 Reação de neutralização
Os sais são gerados a partir da reação de neutralização entre um ácido e uma
base, que formará, como produto, um sal e água. As reações de neutralização ou
salinificação podem ser: neutralização total ou neutralização parcial.
2.2.1 Reações de neutralização total e parcial
Quando o número de hidrogênio (H+) do ácido for igual ao número de hidroxilas
(OH-) da base, gera-se um sal normal ou neutro, neste caso temos uma reação de
neutralização total. Quando o número de hidrogênio (H+) do ácido for superior
ao número de hidroxilas (OH-) da base, o sal será ácido ou hidrogenossal. Se o
número de hidroxila (OH-) da base for superior ao número de hidrogênio (H+) do
ácido, o sal será básico ou alcalino, também chamado de hidroxissal, nesses casos
temos reações de neutralização parcial.
Veja na reação (R-8), a seguir, a neutralização entre o ácido clorídrico e o
hidróxido de sódio. Como o número de hidrogênio do ácido é igual ao número
de hidroxila da base, temos uma reação de neutralização total, assim, forma-se
um sal normal ou neutro, nesse caso, o cloreto de sódio, conhecido como sal de
cozinha e água.
Na reação (R-9) formou-se um sal básico ou alcalino (hidroxissal), pois o número
de hidroxilas da base é três vezes maior que o número de hidrogênios do ácido.
Já na reação (R-10), como o número de hidrogênios do ácido é duas vezes maior
que o número de hidroxilas da base, formou-se um sal ácido (hidrogenossal). Nos
dois exemplos a seguir, temos reações de neutralização parcial.
HCl
(l)
+ NaOH
(s)
NaCl
(s)
+ H
2
O
(l)
Sal neutro ou
normal
R - 8
HCl
(l)
+ AlOH
3(s)
Al(OH)
2
Cl
(s)
+ H
2
O
(l)
Sal básico R - 9
{
Química inorgânica
U4
191
2.3 Nomenclatura dos sais
Para realizarmos a nomenclatura dos sais normais ou neutros, com nox do
cátion fixo, devemos utilizar a seguinte regra:
Nome do ânion + Nome do cátion
Exemplo: KCl – Cloreto de potássio
CaNO3 – Nitrato de cálcio
Na
3
PO
4
– Fosfato de sódio
Observação: caso o cátion tenha carga (nox) variável, usa-se sufixo (terminação)
ico para o maior e o sufixo (terminação) oso para o menor. E ainda, indica-se o
valor do nox (carga) em algarismos romanos. Para verificar a variação do nox dos
cátions, basta consultar sua tabela de cátions e ânions.
Exemplo: CuCl - Cloreto cuproso ou de Cu I
CuCl
2
- Cloreto cúprico ou de Cu II
Para realizar a nomenclatura dos sais ácidos (hidrogenossais) mantemos a regra geral:
Nome do ânion + Nome do cátion, porém adiciona-se o infixo ácido ou
hidrogeno à nomenclatura.
NOME DO ÂNION PREFIXO + BÁSICO DE NOME DO CÁTION
PREFIXO + HIDROXI NOME DO ÂNION DE NOME DO CÁTION
ou
NOME DO ÂNION PREFIXO + ÁCIDO DE NOME DO CÁTION
PREFIXO + HIDRGENO NOME DO ÂNION DE NOME DO CÁTION
ou
H
2
SO
4(l)
+ NaOH
(s)
NaSO
4(s)
+ H
2
O
(l)
Sal ácido R - 10
{
Química inorgânica
U4
192
Exemplo: NaH
2
PO
4
- Ortofosfato diácido de sódio ou Di-hidrogeno-ortofosfato
de sódio.
Observação: o prefixo “di” foi utilizado para indicar a quantidade de hidrogênios
na fórmula molecular do sal, que nesse caso são dois.
Para realizar a nomenclatura dos sais básicos (hidroxissais) mantemos a regra geral:
Nome do ânion + Nome do cátion, porém adiciona-se o infixo básico ou hidróxi
à nomenclatura.
Exemplo: Al(OH)Cl
2
- Cloreto monobásico de alumínio ou Monohidróxi cloreto
de alumínio.
Observação: o prefixo “mono” foi utilizado para indicar a quantidade de hidroxilas
na fórmula molecular do sal, que nesse caso é apenas uma.
2.4 Propriedades funcionais dos sais
Os sais em sua maioria são: sólidos, cristalinos, com sabor “salgado” e
apresentam altos pontos de fusão e ebulição. São compostos iônicos, ou seja,
formados por íons, cátions e ânions, e, desta forma, conduzem corrente elétrica
quando em solução aquosa.
Os sais também podem ser classificados em solúveis ou insolúveis em água,
conforme sua composição molecular. Veja no Quadro 4.5 a solubilidade dos sais
em água formados pelos cátions e ânions.
Ânions Solúveis Sais formados insolúveis
Nitratos (NO3-)
Acetatos (CH
3
–COO-)
-
Cloretos (Cl-)
Brometos (Br-)
AgCl, PbCl
2
, Hg
2
Cl
2
, AgBr, PbBr
2
.Hg
2
Br
2
Iodetos (I-) AgI, PbI
2
, Hg
2
I
2
, BiI
2
Sulfatos (SO
4
2-) CaSO
4
, SrSO
4
, BaSO
4
, PbSO
4
Sais de metais alcalinos (1A) e amônio
(NH
4
)
-
Cátions Solúveis
Tabela 1 | Balanço aproximado da produção de ATP na respiração celular
(continua)
Química inorgânica
U4
193
2.4.1 Sais hidratados
Certos sais sofrem o processo de cristalização em presença de água, esta que é
definida como água de cristalização ou água de hidratação. Os sais que cristalizam
são chamados de sais hidratados ou hidratos e são nomeados em relação ao
número de moléculas de hidratação (água).
Exemplo:
CuSO
4
. 5H
2
O - Sulfato Cúprico ou de cobre II penta-hidratado.
Observação: repare que a nomenclatura do sal carrega a quantidade de
moléculas de água de hidratação, que neste caso, são cinco.
2.4.2 Sais duplos ou mistos
São sais que apresentam em sua composição molecular dois cátions ou dois ânions.
Exemplos:
KNaSO
4
- Sulfato duplo de sódio e potássio ou sulfato de sódio e potássio.
Observação: neste caso, temos um sal duplo ou misto quanto aos cátions, o
sódio e o potássio.
CaBrCl - Cloreto brometo de cálcio.
Observação: neste caso, temos um sal duplo ou misto quanto aos ânions, o
cloreto e o brometo.
Fonte: O autor (2015)
Sulfetos (S2-) Metais alcalinos (1A), alcalinos-terrosos (2A) e amônio (NH
4
)
Hidróxidos (OH-) Metais alcalinos (1A), alcalinos-terrosos (2A) e amônio (NH
4
)
Carbonatos (CO
3
2-) Metais alcalinos (1A) e amônio (NH
4
)
Fosfatos (PO
4
3-)
Metais alcalinos (1A) e amônio (NH
4
)
Sais não citados Metais alcalinos (1A) e amônio (NH
4
)
Química inorgânica
U4
194
1. Com base no conteúdo estudado sobre sais, analise os
cátions e ânions abaixo e monte a fórmula molecular dos
respectivos sais formados.
a) Na+ e SO
4
2- →
b) Ba2+ e NO2- →
c) Al3+ e CO
3
2- →
d) Cu2+ e BO
3
3- →
e) Pb4+ e Cl- →
Caro(a) acadêmico(a), analisando o conteúdo estudado
referente aos sais, você sabe qual é um dos sais mais
importantes para os seres humanos?
2.5 Os óxidos
Os óxidos são compostos binários, ou seja, apresentam apenas dois elementos
em sua composição molecular, onde o oxigênio (O-2) é sempre o segundo elemento
e o mais eletronegativo.
Composição: 1° elemento com o valor de seu nox (carga) + o oxigênio O-2
A regra da “inversão de cargas” é a mesma para a montagem da fórmula
molecular e qualquer função inorgânica, como vimos na seção anterior. A carga
(nox) do primeiro elemento desce, depois do segundo elemento, e a carga (nox) do
Química inorgânica
U4
195
segundo elemento desce depois do primeiro elemento. Veja nos exemplos a seguir:
Al+3 O-2 → Al
2
O
3
Na+1 O-2 → Na
2
O
Quando os valores das cargas (nox) dos dois elementos forem iguais e de sinais
opostos, elas se anulam.
Exemplo:
Ca+2 O-2 → CaO
Ba+2 O-2 → BaO
Quando os valores das cargas (nox) forem múltiplos, deve-se recorrer ao
método da “simplificação” para se obter os menoresíndices possíveis. Índices
são os valores que indicam a quantidade de átomos dos elementos na fórmula
molecular, o que também é chamado de atomicidade. Veja nos exemplos a seguir:
C+4 O-2 → C
2
O
4
→ divide-se tudo por 2 → CO
2
Pb+4 O-2 → Pb
2
O
4
→ divide-se tudo por 2 → PbO
2
2.6 Classificação
Os óxidos podem ser classificados por vários critérios, que veremos a seguir.
Inicialmente, podemos classificá-los quanto ao número de oxigênios presentes em
sua composição molecular.
Monóxidos: apresentam apenas um oxigênio em sua composição molecular.
Exemplo: CO.
Dióxidos: apresentam dois oxigênios em sua composição molecular. Exemplo:
CO
2
.
Trióxidos: apresentam três oxigênios em sua composição molecular. Exemplo:
Al
2
O
3
.
Química inorgânica
U4
196
2.6.1 Óxidos básicos
São óxidos que reagem com um ácido formando sal e água ou reagem com
água, produzindo uma base ou hidróxido, conforme as reações (R-11) e (R-12).
Os óxidos básicos são compostos por metais alcalinos (família 1A), metais
alcalinos terrosos (Família 2A) e por elementos com número de oxidação (+1; +2
ou +3). São compostos iônicos, sólidos que apresentam o único ânion, o oxigênio
(O2-), com elevados pontos de fusão e de ebulição. Os óxidos dos metais alcalinos
(Família 1A e nox = +1) são solúveis em água, os demais são pouco solúveis
(MAHAN; TOMA, 2009).
2.6.2 Óxidos ácidos ou anidridos
São óxidos que reagem com uma base ou hidróxido, produzindo sal e água
ou reagem com água, produzindo um ácido, conforme apresentado nas reações
(R-13) e (R-14).
Os óxidos ácidos são formados geralmente por gases, elementos não metálicos
ou por elementos metálicos com número de oxidação (carga) elevados.
Exemplos:
Cr
2
O
3
;
Mn
2
O
3
;
Mn
2
CrO
4
.
Li
2
O
+ H
2
O 2LiOH
R - 11
SO
3
+ H
2
O H
2
SO
4
R - 13
Li
2
O
+ 2HBr 2LiBr + H
2
O
R - 12
SO
3
+ 2KOH K
2
SO
4
+ H
2
O
R - 14
Química inorgânica
U4
197
2.7 Nomenclatura dos óxidos
Para realizarmos a nomenclatura dos óxidos, devemos ter em mãos a tabela de
cátions e ânions e seguir as regras citadas a seguir.
Óxido + nome do elemento (quando este apresentar carga (nox) fixa)
Exemplos:
CaO – Óxido de cálcio
Li
2
O – Óxido de lítio
CO - Óxido de carbono ou monóxido de carbono
Al
2
O
3
– Óxido de alumínio ou trióxido de alumínio
Note que em alguns casos podemos usar a classificação quanto ao número de
oxigênios na própria nomenclatura.
Caso o elemento (que antecipa o oxigênio) apresentar carga (nox) variável,
usa-se a terminação ico para o maior e oso para o menor. E ainda, indica-se a
numeração da carga (nox) em algarismos romanos. Veja os exemplos a seguir:
Exemplo:
PbO - Óxido Plumboso ou de Pb II
PbO
2
- Óxido Plúmbico ou de Pb IV
Fe
2
O
3
- Óxido Férrico ou de Fe III
FeO - Óxido Ferroso ou de Fe II
CuO - Óxido Cúprico ou de Cu II
Cu
2
O - Óxido Cuproso ou de Cu I
Caro(a) acadêmico(a), perceba que o número que está depois do
oxigênio, ou seja, o índice ou atomicidade, é exatamente o valor da
carga (nox) do primeiro elemento.
Química inorgânica
U4
198
2.7.1 Óxidos anfóteros
São os óxidos que podem se comportar como óxidos básicos ou como óxidos
ácidos. Os óxidos anfóteros, geralmente, apresentam-se na forma sólida, são
compostos moleculares e insolúveis em água.
Para identificar os óxidos anfóteros, basta atentar em sua composição molecular.
Podem ser formados por:
• Metais de zinco, alumínio, estanho e chumbo, conforme os exemplos
abaixo, respectivamente: ZnO, Al
2
O
3
, SnO, SnO
2
, PbO e PbO
2
• Semimetais de arsênio e antimônio, conforme os exemplos a seguir,
respectivamente: As
2
O
3
e As
2
O
5
, Sb
2
O
3
e Sb
2
O
5
Veja alguns exemplos com as reações (R-15) e (R-16).
2.7.2 Óxidos indiferentes ou neutros
São óxidos que não reagem com água, nem com ácidos e nem com bases.
Não apresentam caráter ácido, nem caráter básico. São compostos gasosos,
moleculares e são formados por não metais. São óxidos indiferentes ou neutros:
CO (monóxido de carbono), N
2
O (monóxido de nitroso) e NO (monóxido nítrico)
(USBERCO; SALVADOR, 2006).
2.7.3 Óxidos duplos, mistos ou salinos
São óxidos formados, a partir de dois outros óxidos, do mesmo elemento químico.
Exemplos: Fe
3
O
4
= FeO + Fe
2
O
3
.
Pb
3
O
4
= 2PbO + PbO
2
.
São óxidos iônicos, metálicos e se apresentam no estado sólido.
ZnO + 2HCl ZnCl
2
+ H
2
O
Óxido básico
R - 15{
2NaOH + ZnO Na
2
ZNO
2
+ H
2
O
Óxido ácido
R - 16{
Química inorgânica
U4
199
Na
2
O
2
+ 2H
2
O 2NaOH + H
2
O
2
R - 17
Na
2
O
2
+ H
2
SO
4
Na
2
SO
4
+ H
2
O
2
R - 18
2.7.4 Peróxidos
São óxidos que reagem com a água ou com ácidos diluídos, produzindo o
peróxido de hidrogênio, conhecido como “água oxigenada” (H
2
O
2
), conforme
apresentado nas reações (R-17) e (R-18).
A nomenclatura segue as mesmas regras dos óxidos, porém utiliza-se como
primeiro substantivo a palavra PERÓXIDO.
Exemplo: Na
2
O
2
- Peróxido de sódio.
H
2
O
2
- Peróxido de hidrogênio.
Os peróxidos mais encontrados são:
• Peróxido de hidrogênio: H
2
O
2
(quando em solução aquosa chama-se “Água
Oxigenada”).
• Peróxidos dos metais alcalinos (1A): Na
2
O
2
, K
2
O
2
(peróxido de potássio), etc.
• Peróxidos dos metais alcalinos terrosos (2A): BaO
2
(peróxido de bário).
O H
2
O
2
(água oxigenada) é um composto líquido molecular (hidrogênio com
o não metal oxigênio); os demais peróxidos são compostos sólidos iônicos, onde
encontramos o ânion O
2
2-, de fórmula estrutural - O - O -. O Nox (carga) do
oxigênio nos peróxidos é -1, justamente para zerar a soma de todas as cargas da
molécula, como estudamos em unidades anteriores.
2.7.5 Polióxidos ou superóxidos
São óxidos que reagem com a água ou com ácidos diluídos, produzindo
peróxido de hidrogênio, “Água oxigenada” (H
2
O
2
) e oxigênio, conforme apresentado
nas reações (R-19) e (R-20).
K
2
O
4
ou KO
2
- Polióxido de potássio.
Química inorgânica
U4
200
K
2
O
4
+ 2H
2
O 2KOH + H
2
O
2
+ O
2
↑
R - 19
K
2
O
4
+ H
2
SO
4
K
2
SO
4
+ H
2
O
2
+
O
2
↑
R - 20
Os polióxidos são compostos sólidos iônicos, formados pelos cátions de metais
alcalinos (família 1A) ou de metais alcalinos terrosos (2A) e pelo ânion polióxido
(O
4
2-). O NOX (carga) do oxigênio nos polióxidos é - ½ justamente para zerar a
soma de todas as cargas da molécula, como estudamos em unidades anteriores
(CANTO; PERUZZO, 2007).
Caro(a) acadêmico(a), repare que nos produtos das reações (R-17) e
(R-18) representadas, há a ocorrência de setas para cima, isso indica a
liberação de gás, que neste caso é o gás de oxigênio (O
2
).
1. Associe os itens, utilizando o código a seguir:
I - Sal ( ) Al
2
O
3
II - Base ( ) H
3
PO
4
III - Óxido ( ) K
2
SO
4
IV - Ácido ( ) NH
3
OH
Agora, assinale a alternativa que apresenta a sequência
CORRETA:
a) I – III – IV – II.
b) III – II – I – IV.
c) III – IV – I – II.
d) II – IV – I – III.
e) I – IV – II – III.
Química inorgânica
U4
201
Caro(a) acadêmico(a), atualmente enfrentamos um grave
problema ambiental chamado de aquecimento global. Você
sabe quais são os dois gases estufa controlados pelo Protocolo
de Kyoto que são óxidos?
Nesta unidade você aprendeu que:
• Os ácidos são compostos moleculares que possuem um
único cátion, H+;
• Os ácidos sofrem ionização em água, gerando um único
íon positivo, o H3O+;
• Os ácidos são classificados quanto ao número de elementos
diferentes em binários, ternários e quaternários;
• Os ácidos são classificados quanto ao número de
hidrogênios ionizáveis em: monoácidos, diácidos, triácidos
e tetrácidos;
• Os ácidos são classificados quanto à presença ou ausência
de oxigênio em: hidrácidos ou oxiácidos;
• Os ácidos são classificados quanto à força, devido ao grau
de ionização, em: fracos, moderados ou fortes;
• Os hidrácidos recebem nomenclaturas distintas à dos
oxiácidos;
• As bases ou hidróxidos sãocompostos que ao se dissociarem
em água, fornecem o único ânion monovalente, hidroxila
ou hidróxido (OH-);
• As bases podem ser classificadas quanto ao número de
hidroxilas: em monobases, dibases, tribases ou tetrabases.
Química inorgânica
U4
202
• Algumas bases podem ser solúveis em água, pouco solúveis
ou insolúveis;
• As bases podem ser classificadas em: fortes ou fracas.
• Os indicadores ácido-base são usados para identificar o pH
ácido ou básico de uma solução;
• Sais são compostos iônicos formados por um cátion
qualquer, menos o hidrogênio, e por um ânion qualquer,
menos a hidroxila.
• Os sais podem ser classificados em normais ou neutros,
ácidos (hidrogenossais), básicos (hidroxissais) e sais duplos.
• As reações de neutralização total dão origem a um sal
normal ou neutro.
• Os sais normais ou neutros recebem nomenclatura
específica.
• As reações de neutralização parcial dão origem a um
sal ácido (hidrogenossal) ou um sal básico ou alcalino
(hidroxissal).
• Os sais ácidos (hidrogenossal) ou básicos (hidroxissais)
recebem nomenclatura específica.
• Os sais duplos podem ser classificados: duplo pelo cátion
ou duplo pelo ânion.
• Óxidos são compostos binários que possuem o oxigênio
como o elemento mais eletronegativo.
• Os óxidos são classificados em: óxidos ácidos, óxidos
básicos, óxidos indiferentes, óxidos anfóteros, óxidos
duplos, peróxidos e polióxidos.
• Nomenclatura dos óxidos deve seguir a regra: óxido +
nome do elemento que antecipa o oxigênio (quando este
apresentar nox fixo).
Química inorgânica
U4
203
• Caso o elemento (que antecipa o oxigênio) apresentar carga
(nox) variável, usa-se em sua nomenclatura a terminação
ico para o maior e oso para o menor. E ainda, indica-se a
numeração da carga (nox) em algarismos romanos.
Caro(a) acadêmico(a), a química inorgânica é muito importante
para embasar estudos mais aprofundados, tanto na área da biologia,
agronomia, ambiental, como na própria química. Agora vocês são
capazes de buscar o aprofundamento necessário conforme a área
de preferência. Assim, como sugestão para aprofundamento no
assunto estudado, seguem algumas referências, como o livro de
química inorgânica e o periódico da Química Nova na Escola:
QUÍMICA NOVA NA ESCOLA. Disponível em: <http://qnesc.sbq.
org.br/>.
SHRIVER, D. F.; ATKINS, P. W. Química inorgânica. 3. ed. Porto
Alegre: Bookman, 2008.
Caro(a) acadêmico(a)! Para fixar melhor o conteúdo estudado, vamos exercitar
um pouco. Leia as questões a seguir e responda-as em seu Caderno de Estudos.
Bom trabalho!
1. O ácido clorídrico (HCl) consiste no gás cloreto de
hidrogênio, que é bastante solúvel, dissolvido em água. O
estômago secreta esse ácido para auxiliar na digestão dos
alimentos. Quando impuro, é vendido no comércio com
Química inorgânica
U4
204
2. Verifique abaixo a montagem das fórmulas moleculares
das bases a partir dos respectivos cátions.
I. Fe+3 Fe(OH)
3
II. Au+1 Au(OH)
2
III. Sn4+ Sn(OH)
4
IV. Li+1 LiOH
V. Cr+4 CrO
4
É correto o que afirma em:
a) As assertivas I, II e IV, apenas.
b) As assertivas I, II e V, apenas.
c) As assertivas I, III e IV, apenas.
d) As assertivas II e III, apenas.
e) As assertivas II e V, apenas.
o nome de ácido muriático, sendo usado principalmente
na limpeza de pisos e de superfícies metálicas antes do
processo da soldagem. Na extração do petróleo, o ácido
clorídrico é introduzido no bolsão rochoso, dissolvendo
uma parte das rochas e facilitando o fluxo do petróleo até a
superfície. Algumas vezes, esse procedimento pode ajudar
a tornar o poço de petróleo mais rentável. Como esse
ácido é classificado com relação ao número de hidrogênios
ionizáveis, quanto à presença de oxigênio e força?
Assinale a alternativa correta.
a) Monoácido, hidrácidos e forte.
b) Quaternário, oxiácido e fortes.
c) Diácidos, hidrácidos e moderado.
d) Monoácido, oxiácido e forte.
e) Triácidos, hidrácidos e fraco.
Química inorgânica
U4
205
3. O ácido sulfúrico (H
2
SO
4
) é um líquido incolor, oleoso e
solúvel em água, formado da solução aquosa denominada
de ácido sulfúrico. Esse ácido é muito importante em todos
os setores da química e, por isso, é fabricado em grandes
quantidades. Um dos indicadores do desenvolvimento
econômico de um país é o consumo desse ácido. Ele é
usado, por exemplo, na fabricação de fertilizantes, velas,
explosivos, corantes e baterias de automóveis.
Referente aos ácidos, analise se a nomenclatura apresentada
está correta para a respectiva fórmula molecular.
I. HF Ácido fluorídrico
II. HNO
3
Ácido nitroso
III. HCN Ácido cianídrico
IV. H
2
S Ácido sulfuroso
V. H
2
CO
3
Ácido carbônico
É correto o que afirma em:
a) As assertivas I, II e IV, apenas.
b) As assertivas I, III e V, apenas.
c) As assertivas I, III e IV, apenas.
d) As assertivas II e III, apenas.
e) As assertivas II e V, apenas.
4. Alguns sais acabam reagindo na presença de água e
formando a cristalização, chamada de água de hidratação.
Estes sais são denominados de sais hidratados. Com base
no texto, assinale a alternativa que apresenta a fórmula
molecular de um sal hidratado.
a) RbNO
3
.
b) KNaSO
4
.
Química inorgânica
U4
206
5. Alguns óxidos gasosos, como o dióxido de enxofre,
o monóxido de carbono e o dióxido de nitrogênio, são
altamente tóxicos ao meio ambiente. O dióxido de enxofre
provoca desde espasmos passageiros dos músculos lisos dos
bronquíolos até inflamações graves nas mucosas. O dióxido
de nitrogênio, além de irritar olhos e mucosas em geral,
pode provocar enfisema pulmonar. O monóxido de carbono
combina-se com a hemoglobina, produzindo asfixia.
A respeito desses três óxidos, classifique V para as sentenças
verdadeiras e F para as falsas.
( ) O dióxido de enxofre, ao reagir com a água, origina
ácido sulfuroso, um ácido considerado fraco.
( ) O CO, por ser um óxido neutro ou indiferente, não
reage nem mesmo com o oxigênio.
( ) A reação do NO
2
com a água pode ser representada por:
2NO
2
+ H
2
O → HNO
3
+ HNO
2
.
Agora, assinale a alternativa que apresenta a sequência
CORRETA:
a) V – F – V.
b) V – V – F.
c) F – V – V.
d) F – V – F.
e) V – F – F.
c) NaH
2
PO
4
.
d) Al(OH)Cl
2
.
e) CuSO
4
.5H
2
O.
U4
207Química inorgânica
Referências
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Paulo: Moderna, 2007.
COVRE, Geraldo José. Química total. São Paulo: FTD, 2001.
KOTZ, J. C.; TREICHEL, P. M.; WEAVER, G. C. Química geral e reações químicas.
São Paulo: Cengage Learning, 2012.
LEMBO, Antônio. Química: realidade e contexto. São Paulo: Ática, 2000.
MAHAN, Bruce M.; TOMA, Henrique Eisi (Coord.). Química: um curso universitário.
São Paulo: Edgard Blücher, 2009.
REIS, Martha. Completamente química: química geral. São Paulo: FDT, 2001.
SARDELLA, Antônio; FALCONE, Marly. Química série Brasil. São Paulo: Ática, 2004.
SHRIVER, D. F.; ATKINS, P. W. Química inorgânica. 3. ed. Porto Alegre: Bookman,
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USBERCO, João; SALVADOR, Edgard. Química. 5. ed. São Paulo: Saraiva, 2006.
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U
N
O
PA
R
Q
U
ÍM
IC
A
G
ERA
L E EX
PERIM
EN
TA
L
Química Geral
e Experimental