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QUÍMICA FGB 2ºANO Teoria atômico molecular Quantidade de matéria Aula 7 Volume 13 FTD (Conteúdo da P2) Lisandra Catalan do Amaral Até o momento já estudamos: Reações Químicas- Classificação páginas FTD: páginas 24,25,26,27 Reações Químicas – Balanceamento páginas FTD: páginas 20,21, 22 Reações Químicas Reações Químicas – Equações Químicas –– Estequiometria das Reações Reação Química Aktins,P; Jones, Loreta Princípios de Química. Bookman. Porto Alegre, 2001. Processo de mudança química Reagentes → Produtos Exemplos: 2NaOH(aq) + H2SO4(aq) → Na2SO4(aq) + 2H2O(l) Hidróxido Ácido Sulfato de de sódio Sulfúrico sódio 2Na3PO4(aq) + 3Pb(NO3)2(aq) → 6NaNO3(aq) + Pb3(PO4)2(s) Fosfato de Nitrato de Nitrato de Fosfato de Sódio Chumbo II Sódio Chumbo II Equação Química Quantidade de matéria Massa atômica Massa molecular Número de mol Massa molar Unidade de massa atômica Unidade de massa atômica (u) é igual 1/12 da massa de um isótopo de carbono 12 C12 Isótopos são átomos de um elemento químico cujos núcleos têm o mesmo número atômico Z mas diferentes massas atômicas, A. Hoje é possível determinar experimentalmente, por espectroscopia de massas, que a unidade de massa atômica (u) vale aproximadamente 1,66.10-24grama. Átomo de C12 Massa = 12 ( u ) Massa Atômica • Massa atômica é a massa do átomo medida em unidades de massa atômica (u); • A massa atômica indica quantas vezes o átomo considerado é mais pesado que 1/12 do isótopo do C 12. Unidades de Massa Atômica A massa dos átomos é dada c/ base na massa do isótopo carbono -12 Ao Carbono -12 foi atribuída a massa 12 A massa de um átomo é dada em unidades de massa atômica (u) Uma unidade de massa (u) atômica corresponde a massa de 1/12 da massa do C-12. A unidade massa atômica (u): 1,66 x 10-24 g Massa atômica (MA) dos elementos químicos Os elementos químicos são misturas de isótopos Cada isótopo tem uma porcentagem em massa (abundância relativa) Isótopo Abundância na natureza Massa atômica Cl - 35 75,4% 34,969 u Cl - 37 24,6% 36,966 u A massa atômica é uma média ponderada da mistura dos isótopos 75,4 x 34,969 u + 24,6 x 36,966 u 75,4 + 24,6 = 35,46 uMA = Determinação da média ponderada Exemplo para o Cloro: 34,969 . 75,4 + 36,966 . 24,6 ~ 35,460 u 75,4 + 24,6 Portanto, a massa atômica do elemento químico cloro encontrada na tabela periódica é 35,453. (UFPE) O cobre consiste em dois isótopos com massa 62,96u e 64,96u e abundância isotópica de 70,5% e 29,5%, respectivamente. A massa atômica do cobre é: a) 63,94u b) 63,00u c) 63,80u d) 62,55u e) 63,55u 70,5 x 62,96 u + 29,5 x 64,96 u 75,4 + 24,6 = 63,55 uMA = - O elemento químico neônio apresenta-se na natureza com a seguinte composição isotópica: - 90,00% de Ne20 ; 0,27% de Ne21 ; 9,73% de Ne22 - Calcule a massa atômica do elemento Ne. Massa Molecular (MM) Soma das massas atômicas (u) dos átomos de uma molécula Por exemplo, a massa molecular do CO2 é: H2SO4 MM = 2x(1,008 u) + 32 u + 4x(16 u) = 98 u C12H22O11 MM = 12x(12u) + 22x(1,008 u) + 16x(11 u) = 342 u CH4 MM = 1x(12u) + 4x(1,008 u) = 16 u Mais exemplos: O OC 16 u 12 u 16 u MM = 16 u + 12 u + 16 u = 44 u Massa Molecular • Massa molecular é a massa da molécula medida em unidades de massa atômica (u); O C O 16 + 12 + 16 Massa molecular = 44 u Molécula de CO2 Soma das massas atômicas dos átomos Exemplos das massas moleculares: ácido sulfúrico: H2 S O4 1.2 + 32 + 16.4 = 98 u sacarose: C12 H22 O11 12.12 + 1. 22 + 16. 11 = 342 u Sulfato cúprico penta-hidratado: CuSO4 .5H2O Cu S O4 5 H2 O 63,5 + 32 + 16.4 + 5.(1.2 + 16) = 249,5 u Calcule a massa molecular das moléculas abaixo: a) NH3 b) C2H4O2 c) SO3 Átomo Massa atômica (u) C 12 N 14 O 16 H 1 S 32 1 𝑢 × 3 + 14 𝑢 = 17 𝑢 12 𝑢 × 2 + 1 𝑢 × 4 + 16 𝑢 × 2 = 60 𝑢 32 𝑢 + 16 𝑢 × 3 = 80 𝑢 Exemplo: Quantos mols têm em 88 g de CO2? Sabe-se que a M do CO2 é 44 g·mol-1 Isso significa que: em 1 mol de moléculas de CO2 há 44 g de CO2, logo: 44 g de CO21 mol de moléculas de CO2 88 g de CO2n n = 88 g.mol = 44 g = 2 mols de CO2 Então temos a fórmula: 𝑛 = 𝑚 𝑀 Número de mols Massa da amostra (em gramas) Massa molar (em g·mol-1) Massa molar Massa molar A massa molar (M) é a massa, em gramas, presente em 1 mol da espécie química. Unidade: g·mol-1 A massa molar (em g/mol), em termos numéricos, é igual a massa molecular (em u) Massa molecular do CO2 = 44 u M CO2 do = 44 g·mol-1 Massa atômica do Ca = 40 u M Ca do = 40 g·mol-1 Exemplo: Quantos mols têm em 88 g de CO2? É possível transformar gramas (g) em mols (n) Definição de Mol Na química o mol é usado para descrever o número de átomos, íons e moléculas. 1 mol de um dado objeto corresponde a 6,0221 x1023 partículas desse objeto. Como chegar nesse valor? a massa de 12 g de C-12 dividida pela massa do átomo Número de átomos de Carbono (NAC) 12 g 1,99265 x 10−23 g = 6,0221 x 1023NAC = Massa do átomo de C-12 O número 6,0221 x 1023 é chamado de constante de Avogadro, NA Definição de Mol Formalmente, o mol é a unidade para expressar quantidade de substância (n), que é comumente chamada de número de mols Cientista italiano Amedeo Avogadro Tenha em mente que: 1 mol de átomos de C-12 É igual 6,02 x 1023 átomos de C-12 1 mol de moléculas de H2O É igual 6,02 x 1023 moléculas de H2O 1 mol de íons NO3 - É igual 6,02 x 1023 íons de NO3 - “sob as mesmas condições de temperatura e pressão, volumes iguais de todas as substâncias gasosas contêm a mesma quantidade de moléculas, independente de suas propriedades químicas e físicas”. • Assim estabeleceu-se a ideia de que em um mol de qualquer substância existe sempre a mesma quantidade de átomos ou moléculas: o número de Avogadro. MOL • É a quantidade de matéria de um sistema que contém tantas entidades elementares quantos átomos existem em 0,012 kg de carbono 12. A palavra MOL (1896) significa “monte”, “amontoado” ou “quantidade”. MOL Uma amostra de um elemento, com massa em gramas numericamente igual à sua massa atômica, apresenta sempre o mesmo número de átomos (N). N átomos de ferro pesam 56 gramas Ao conjunto de N partículas foi dado o nome de MOL 1 átomo de ferro pesa 56 u • Atualmente A constante de Avogadro é de 6,02214 x 1023 mol-1 e é determinado por meio da difração de raios X, em que se obtém o volume de alguns átomos de um retículo cristalino, desde que se conheça a densidade e a massa de 1 mol de átomos da amostra. O mesmo raciocínio sobre mol pode ser feito em relação a moléculas, íons etc. Quanto vale esse número N? O valor de N = 602.000.000.000.000.000.000.000 Ou 6,02 . 1023 partículas / mol Constante de Avogadro 602.200.000.000.0 00.000.000.000 Número de Avogadro Amedeo Avogadro (1776-1856) 6,02214199 x 1023 O número de partículas em um mol de qualquer substância é igual ao número de Avogadro. • O sistema Internacional estabelece que quando se utiliza o mol, as entidades elementares dever ser especificadas; 1 mol de moléculas contém 6,02 . 10 23 moléculas 1 mol de átomos contém 6,02 . 10 23 átomos 1 mol de íons contém 6,02 . 10 23 íons 1 mol de elétrons contém 6,02 . 10 23 elétrons O mol deve ser entendido como quantidade de matéria ligada a um número de partículas; Um mol S = 32,0 g/mol Mg = 24,31 g/mol Sn = 118,7 Si = 28,06 g/mol Cu = 63,55g/mol http://www.iq.usp.br/wwwdocentes/fmvichi/html/qfl137.htm Massa Molar (M) Definição: Massa molar (M) é a massa, expressa em gramas, de um mol da substância ou elemento ou íons, etc. Exemplos: Massas atômicas do Ca = 40 u, Na = 23 u, Massa molecular do CO2 = 44 u.Massa molar do Ca → M = 40 g/mol Massa molar do CO2 = 44 g/mol Massa molar do Na = 23 g/mol Um Mol Massa Molar http://www.iq.usp.br/wwwdocentes/fmvichi/html/qfl137.htm • Usualmente as quantidades das substâncias, dos elementos, dos íons são dadas em gramas, no entanto, em química, expressamos as quantidades de matéria na unidade mol. • Portanto, devemos converter as unidades de gramas para mols. Para resolver as questões: n= m M Onde: n = quantidade de matéria em mols m = massa dada (em gramas) M = massa molar (em g/mol) Exemplo 1: • Quantos mols correspondem a 88g de dióxido de carbono CO2 ? Massas atômicas: C = 12; O = 16 44 g de CO2 → 1 mol de moléculas de CO2 88 g de CO2 → n n= ? mols de moléculas de CO2 Exemplo 2: • Quantos mols correspondem a 100g de cálcio? Massa atômica do cálcio = 40 40 g de Ca 1 mol de átomos de Ca 100 g de Ca n n = ? de átomos de Ca Exemplo 3: • Quantas moléculas existem em 88g de CO2? Massas atômicas: C = 12; O = 16; constante de Avogadro = 6,02 . 10 23 1 mol de CO2 → 44g 6,02 . 1023 moléculas 88g x X = ______________ moléculas de CO2 Exercício: • Determine o número de moléculas contidos em 100,0 g de etanol (C2H6O). Massa atômicas: C =12, H = 1, O = 16 PROBLEMA: Uma pastilha de magnésia bisurada (antiácido estomacal) é composto, entre outros componentes, de 67 mg de carbonato de magnésio(MgCO3). Qual a quantidade, em mols, de carbonato de magnésio presente em cada pastilha? Volume Molar • É o volume ocupado por um mol de qualquer gás nas CNTP 1 mol de um gás ocupar 22,4 L a 0oC e 1 atm de Pressão. Para qualquer outra condição fora das CNTP: Equação Geral dos gases: P1V1 = P2V2 T1 T2 ou PV = nRT Balancear pelo método das tentativas as seguintes reações: 1.Ag2O → Ag + O2 2.Al + O2 → Al2O3 3.Al(OH)3 + H4SiO4 → Al4(SiO4)3 + H2O 4.BaCl2 + H2SO4 → HCl + BaSO4 5.BaO + As2O5 → Ba3(AsO4)2 6.C2H4 + O2 → CO2 + H2O 7.C3H2 + O2 → CO2 + H2O Equações Químicas 4Fe(s) + 3O2(g) → 2Fe2O3(s) 4 átomos de Fe + 3 moléculas de oxigênio formam 2 molécula de óxido férrico 4 mols de Fe + 3 mols de oxigênio formam 2 mol de moléculas de óxido férrico Lei da Conservação da matéria - Mesmo número de átomos no início e no final de uma reação. Balanceamento da Equação Química Whitten, K.W.;Davis,R.E.;PeckM.L.General Chemistry with Qualitative Analysis.6ª ed.Saunders College Publishing,2000. Ferro queimando em gás oxigênio puro Estequiometria das Reações Químicas ►É o cálculo das quantidades (massa, volume, no de moléculas.....) envolvidas em uma reação química. http://www.iq.usp.br/wwwdocentes/fmvichi/html/qfl137.htm Por exemplo: Mg metálico queima ao ar, formando o óxido de magnésio 2Mg + 1O2 → 1MgO Problema: Qual a massa de magnésio metálico necessária para produzir 4,0 de óxido de magnésio? Zinco reage com ácido clorídrico produzindo gás H2. a) Partindo de 10,0 g de Zn determine que massa de HCl é necessária para converter completamente o Zn? b) Determine o volume de H2 que é produzido nas CNTP. Calcule a massa molecular das moléculas abaixo: a) NH3 b) C2H4O2 c) SO3 Átomo Massa atômica (u) C 12 N 14 O 16 H 1 S 32 1𝑢 × 3 + 14 𝑢 = 17𝑢 12𝑢 × 2 + 1𝑢 × 4 + 16𝑢 × 2 = 60𝑢 32𝑢 + 16𝑢 × 3 = 80 𝑢 (UFSE-SE) 1,8.1023 moléculas de uma substância A têm massa igual a 18,0 g. A massa molar de A, em g/mol, vale: (Dados: constante de Avogadro: 6∙1023) a) 18 b) 60 c) 75 d) 90 e) 120 1,8.1023 moléculas 18 g 6,0.1023 moléculas x x = 60 g (FGV-SP) Em um recipiente contendo 200 g de água (H2O) foram dissolvidos 15 g de sacarose (C12H22O11). Considerando as massas molares de água = 18 g/mol e de sacarose = 342 g/mol, os números de mol de água e de sacarose nesta solução são, respectivamente: a) 10,2778 mols e 0,0408 mol b) 11,1111 mols e 0,0439 mol c) 10,2778 mols e 0,0439 mol d) 11,9444 mols e 0,0439 mol e) 11,1111 mols e 0,4390 mol 𝑛á𝑔𝑢𝑎 = 200 𝑔 18 𝑔/𝑚𝑜𝑙 = 11,1111 𝑛𝑠𝑎𝑐𝑎𝑟𝑜𝑠𝑒 = 15 𝑔 342 𝑔/𝑚𝑜𝑙 = 0,0439 01. As massas moleculares do álcool etílico (C2H5OH) e do ácido acético (C2H4O2) são respectivamente: a) 60 u e 46 u b) 66 u e 40 u c) 46 u e 66 u d) 40 u e 66 u e) 46 u e 60 u 02. O ácido oxálico (H2C2O4) é utilizado para tirar manchas de ferrugem em tecidos. A massa molecular do ácido oxálico é: Dados: H = 1 u; C = 12 u; O = 16 u a) 30 u b) 60 u c) 90 u d) 120 u e) 150 u Lista de exercícios 03. (UFRRJ) Um elemento M apresenta os isótopos 79M e 81M. Sabendo que a massa atômica do elemento M é 79,90 u, determine os percentuais de cada isótopo do elemento M. 04. (FUVEST) O carbono ocorre na natureza como uma mistura de átomos dos quais 98,90 % são 12C e 1,10% é 13C. a) Explique o significado das representações 12C e 13C. b) Com esses dados, calcule a massa atômica do carbono natural. Dados: massas atômicas: 12C = 12,000; 13C = 13,003. 05. A massa molecular do gás carbônico (CO2) é 44 u. Se a massa atômica do carbono fosse igual a 20 u, qual seria a suposta massa molecular do gás carbônico? Dado: C = 12 u. 06. (FGV) O cloro é encontrado na natureza em duas formas isotópicas de 35 e 37 unidades de massa atômica. Dado que a massa atômica média do cloro é de 35,45 uma, qual a percentagem dos dois isótopos na natureza? 07. (UNESP) Na Natureza, de cada 5 átomos de boro, 1 tem massa atômica igual a 10 u.m.a (unidade de massa atômica) e 4 têm massa atômica igual a 11 u.m.a. Com base nestes dados, a massa atômica do boro, expressa em u.m.a, é igual a a) 10 b) 10,5 c) 10,8 d) 11 e) 11,5 08. A massa molecular da espécie H4P2Ox é 146 u, logo o valor de "x" é: Dados: H = 1 u; O = 16 u; P = 31 u a) 1 b) 2 c) 3 d) 4 e) 5 9. (UEL) Quantas vezes a massa da molécula de glicose, C6H12O6, é maior que a da molécula de água, H2O? a) 2 b) 4 c) 6 d) 8 e) 10