ㅤㅤㅤ ㅤㅤ

O gráfico dá muitas informações importantes: + Porém, para essa mesma reação, se a tem-
A quantidade de substância P no início da peratura dos reagentes for elevada, a situação
reação é zero. Então essa substância é o pro- ++ muda. Acompanhe:
duto, e R, o reagente;
No início da reação, a concentração de P e a de REAGENTES Quanto mais alta a temperatura, maior é a
R variam muito rapidamente; agitação das moléculas;
Depois, a concentração de ambas as substân- Com velocidade maior, os átomos trombam
cias varia num ritmo mais lento. com maior energia cinética;
Isso faz com que as eletrosferas se confundam,
Teoria das colisões criando um complexo ativado – um estado
de transição entre as substâncias originais
Você sabe: uma reação química ocorre quando (reagentes) e a formação de novas substâncias
as ligações entre átomos ou íons dos reagentes (produtos). Veja:
se quebram e se rearranjam, formando novas
substâncias, os produtos. Mas como e quando +
isso ocorre?
+
Como sempre fazem quando querem entender
um fenômeno impossível de ser visto diretamen- +
te, os químicos criaram um modelo para explicar
o que ocorre durante uma reação química, com COMPLEXO ATIVADO PRODUTOS
base no que é observado em experimentos. Esse
modelo é a teoria das colisões. De acordo com NA PRÁTICA
essa tese, para que uma reação ocorra, as partí-
culas dos reagentes devem colidir entre si numa COLISÕES EFETIVAS
determinada velocidade e com certa frequência.
Para que a reação NO3 (g) + CO (g) NO2 (g) + CO2 (g)
Numa substância, a cada segundo ocorrem ocorra, três condições têm de ser satisfeitas:
bilhões de colisões entre átomos, íons ou mo-
léculas. Mas poucas dessas colisões iniciam ONO ONO CO
uma reação – ou seja, ocorre um número muito
menor de colisões efetivas. Isso depende de O OC O
dois fatores: a energia e a orientação do choque.
1. Orientação correta A colisão pode ter energia suficiente,
A energia do choque é cinética – ou seja, mas essa orientação não é adequada porque o choque se dará
aquela relacionada à velocidade das molé- entre os átomos de oxigênio, que não reagem entre si. Neste
culas. É fácil de entender: se um carro co- caso, não ocorre a reação.
lidir com um poste a 100 km/h, o estrago
será maior do que se o choque se desse a ONO ONO CO
50 km/h. Assim também acontece com as molé-
culas e os íons: para que as ligações se quebrem, O CO O
é preciso que a colisão tenha a energia cinética
adequada. Quanto maior a energia, maior a ORIENTAÇÃO 2. Energia suficiente Nesta segunda possibilidade, a
velocidade da reação. É importante a orientação das partículas dos reagentes é adequada: o átomo
posição dos átomos C quebrará as ligações de NO3 para roubar um átomo O. Mas a
Quanto maior o número de colisões entre as na hora do choque. colisão ocorre numa velocidade muito baixa. Não há energia
partículas, maior a possibilidade de conseguir Uma orientação suficiente para provocar uma reação.
a energia necessária para quebrar as ligações adequada é aquela
dos reagentes. Mas essa efetividade depende, que põe em contato ONO CO +O N O
ainda, de uma orientação adequada. direto os átomos que O C
vão estabelecer as O O
A teoria das colisões propõe também uma ex- novas ligações.
plicação para o fato de que nem todas as colisões 3. Tudo certo A velocidade com que as partículas se chocam
desencadeiam uma reação. Acompanhe: fornece energia suficiente para a quebra das ligações. E
a orientação das partículas dos reagentes é adequada: o
Moléculas que se movem lentamente têm átomo C baterá num átomo O.
baixa energia cinética;
Ao colidirem, as eletrosferas dessas moléculas
não se interpenetram. Ao contrário, se repe-
lem, por causa da carga dos elétrons. Assim,
não há quebra de ligações nem formação de
novas substâncias.

53GE QUÍMICA 2017

AS TRANSFORMAÇÕES CINÉTICA QUÍMICA

No complexo ativado, as ligações estão enfra- ENERGIA DE ATIVAÇÃO O que influi na velocidade
quecidas, prestes a se romper. Quando o sistema Podemos então dizer
atinge a energia mínima necessária para rompê- que a energia de ESTADO FÍSICO DOS REAGENTES A velocidade
las, a reação se completa com a formação de novas ativação é a energia das partículas de uma substância depende
substâncias. Romper essa barreira energética mínima necessária do estado físico em que ela se encontra. A
significa atingir a energia de ativação (Ea) – para que uma reação velocidade é baixa no estado sólido, cresce
aquela necessária para desencadear a reação. seja desencadeada. no estado líquido e atinge o máximo no es-
tado gasoso. Quanto maior é a velocidade
A energia de ativação é sempre maior que a VARIAÇÃO DE ENERGIA das partículas, maior é a energia do sistema
energia original dos reagentes. Essa variação pode 1. As moléculas dos dois e mais veloz é a reação, então as reações com
ser representada em gráfico. reagentes viajam a uma reagentes gasosos costumam ser as mais
velocidade que dá ao rápidas.
Para a reação CO + NO2 → CO2 + NO, o gráfico conjunto a energia
de energia seria este: cinética adequada NA PRÁTICA
2. Se no choque a energia superar
OC ON a barreira da energia de ativação, ESTADO FÍSICO
os átomos, por um instante,
2. Complexo ativado O confundirão seus elétrons, Quando misturadas, as substâncias cloreto de
enfraquecendo as ligações sódio (NaCl) e nitrato de prata (AgNO3) fazem uma
Energia potencial, KJ Ea1= 134 kJ 3. Reorganizados os átomos em reação de dupla troca que resulta em dois produtos:
novas substâncias, a energia do nitrato de sódio (NaNO3) e o precipitado de cloreto
O sistema volta a cair de prata (AgCl). Mas esse precipitado só aparece
O CON quando a reação se dá em uma solução. Separados
ENERGIA E VELOCIDADE pela água e livres, os íons Ag+ e Cl– colidem com
1. Reagentes Pelo pico da curva em cada boa velocidade, reagem e formam o precipitado.
um dos gráficos percebe-se Já quando os reagentes estão no estado sólido, os
Ea2= 360 kJ que a energia de ativação da íons estão presos no retículo cristalino do sal – a
reação II é mais alta que a reação não ocorre.
OCO NO energia de ativação da reação
I. Isso significa que a barreira SUPERFÍCIE DE CONTATO Experimentalmente
3. Produtos energética que os reagentes da se verifica que a velocidade de uma reação
reação II têm de ultrapassar é tanto maior quanto maior for a superfície
Caminho da reação para reagir entre si é mais alta. de contato entre as substâncias reagentes.
Então, a reação II é mais lenta Nesse sentido, sistemas gasosos e líquidos
Entre duas reações que ocorram nas mesmas do que a reação I. oferecem condições mais favoráveis que os
condições, a que tem menor energia de ativa- sistemas sólidos. Explica-se: uma reação
ção (Ea) se dará com maior rapidez, pois mais acontece entre os átomos de uma substância.
facilmente as moléculas atingirão a energia de No estado sólido, só os átomos da superfície
ativação e, por consequência, o estado de com- entrarão em contato com os da substância
plexo ativado. Compare as reações mostradas com que deveriam reagir. Assim, quanto mais
nos dois gráficos abaixo: pulverizado for o sólido, maior será a super-
fície de contato entre os átomos e maior a
REAÇÃO I velocidade da reação.

Energia potencial Ea NA PRÁTICA
Reagentes
Produtos SUPERFÍCIE DE CONTATO
REAÇÃO II Caminho da reação
Um comprimido de vitamina C colocado em água
Energia potencial Ea provoca efervescência. Inteiro, somente os átomos
Reagentes da superfície entrarão em contato com a água, e a
Produtos reação vai ocorrendo lentamente à medida que os
Caminho da reação átomos vão paulatinamente sendo expostos. Se o
comprimido for quebrado em vários pedacinhos, a

54 GE QUÍMICA 2017

reação ocorrerá mais rapidamente, pois mais áto- Catalisadores
mos serão expostos à água ao mesmo tempo. Daí,
mais colisões ocorrem num mesmo intervalo de São substâncias químicas que aumentam a
tempo, e maior é a velocidade da reação. velocidade de uma reação sem participar dire-
tamente dela, ou seja, sem serem consumidas.
TEMPERATURA Quanto mais alta a temperatura, Os catalisadores alteram o mecanismo de uma
maior a velocidade da reação. Isso porque a reação, baixando a barreira da energia de ativa-
temperatura tem relação direta com a ve- ção. Ao final da reação, os catalisadores podem
locidade das partículas e, portanto, com a ser recuperados e reaproveitados.
energia cinética do sistema. Quanto maior
a temperatura, maior é a energia cinética Veja no gráfico abaixo como uma reação
das moléculas e, portanto, maior será a pro- tem a velocidade alterada com o emprego de
babilidade de um choque efetivo – aquele um catalisador:
que ocorre com a energia suficiente e na
orientação adequada. O QUE ISSO TEM Energia potencial, KJ Reação não catalisada
A VER COM
NA PRÁTICA x
MATEMÁTICA Reação catalisada
TEMPERATURA Leitura de gráficos
Ea
A influência da temperatura na velocidade das é conhecimento Ea
reações tem várias aplicações no dia a dia. Por muito pedido
exemplo, o cozimento de feijão (ou qualquer outro nas provas de Reagentes
alimento) em panela de pressão. A pressão mais
alta eleva a temperatura no interior da panela, e matemática, física e Variação entre energia inicial
o feijão cozinha mais rápido. No sentido inverso, química. Você deve e energia final da reação
a baixa temperatura no interior de uma geladeira saber como ler um
retarda o processo de apodrecimento dos alimentos. gráfico como este. Produtos

A cada valor do Caminho da reação
eixo x (Caminho
MÃOZINHA AMIGA Repare que as duas reações começam no mesmo
da reação) patamar de energia. E veja a diferença de altura das duas curvas.
corresponde um Na reação não catalisada, os reagentes têm de alcançar uma energia
de ativação muito mais alta do que na reação catalisada. Então, a
valor do eixo y velocidade da reação catalisada é maior.
(Energia potencial).
Os catalisadores não provocam uma reação,
CONCENTRAÇÃO É a quantidade de moléculas apenas a aceleram. E cada reação tem um cata-
existentes em determinado volume de rea- lisador específico. Nos seres vivos, as enzimas,
gentes. Quanto maior é a concentração de produzidas pelas células, fazem o papel de cata-
um reagente, mais moléculas dessa substân- lisadores nas reações do metabolismo – as trans-
cia existem em determinado volume. Como formações que as substâncias sofrem no interior
a velocidade de uma reação depende do nú- das células. Sem essas reações, as células não
mero de colisões efetivas, então quanto mais podem crescer nem se reproduzir nem exercer
próximas estiverem as moléculas, maiores suas funções específicas. As enzimas aceleram
serão as chances de ocorrer colisões efetivas. o metabolismo, e sua carência leva a desordens
Por isso, um aumento na concentração dos metabólicas que causam doenças no fígado, nos
reagentes eleva a velocidade da reação. rins ou nos músculos, por exemplo.

NA PRÁTICA Outros fatores

CONCENTRAÇÃO Outras condições podem acelerar a velocidade
de uma reação, como a eletricidade e a luz. No meio
Qualquer combustão depende da reação do com- natural, a reação entre os gases hidrogênio e oxigê-
bustível com o oxigênio. Uma palha de aço posta nio para formar água é muito lenta, pode levar anos.
sobre uma chama queima-se relativamente rápido, Mas, quando se passa uma corrente elétrica pelo
porque o ar contém certa concentração de oxigênio. sistema, a reação ocorre instantaneamente. Assim,
Mas a combustão será muito mais veloz se for provo- a eletricidade influi na velocidade da reação. Mas
cada num recipiente fechado, que contenha apenas não pode ser considerada um catalisador, porque
oxigênio. A concentração de oxigênio no ar é menor não é uma substância química. É uma forma de
do que num ambiente de oxigênio puro, é claro. energia que ajuda o sistema reacional a atingir a
energia de ativação. O mesmo ocorre com a luz.

55GE QUÍMICA 2017

COMO CAI NA PROVA

1. (IFSP 2016) O ácido maleico, C2H2(COOH)2, pode ser totalmente queimado, • Quanto maior a temperatura, maior será a velocidade, pois o aumento da
temperatura aumenta a energia cinética (a agitação) das partículas. Com isso,
segundo a equação: novamente, maior é a probabilidade de choques que promovam a reação.
C2H2(COOH)2 + O2 � CO2 + H2O
Analisando as alternativas:
Se essa equação for corretamente balanceada, os coeficientes são os seguintes: a) Correta. Quanto maior a superfície de contato (triturado, pulverizado, dividido)
a) 1, 4, 3, 2.
b) 1, 4, 2, 3. entre os reagentes, maior contato entre os reagentes, possibilitando o choque.
c) 1, 2, 4, 3. Com o aumento de choques, a possibilidade de choques efetivos (geometria
d) 1, 3, 4, 2. adequada e energia suficiente) aumenta e, por isso, mais rápida é a reação.
e) 2, 3, 4, 1. b) Incorreta. A pulverização aumenta a área de contato. O que reduziria a energia
de ativação seria um catalisador.
RESOLUÇÃO c) Incorreta. Temperaturas mais altas aumentam agitação das partículas, o que
faz com que ocorram mais choques efetivos.
Para balancear a reação, o número de átomos do lado esquerdo deve ser igual ao d) Incorreta. Qualquer fator que reduza a frequência das colisões reduz também
número do lado direito. Para isso, definimos os coeficientes estequiométricos. Na a velocidade da reação. A pulverização, como já vimos, aumenta a frequência,
reação C2H2(COOH)2+ O2 � CO2+ H2O , temos: acelerando a reação.
e) Incorreta. A pólvora não age como catalisador, pois é consumida durante o
Lado esquerdo Lado direito processo de queima.
4 átomos de C 1 átomo de C Resposta: A
4 átomos de H 2 átomos de H
6 átomos de O 3 átomos de O 3. (UFSM 2015) Os portugueses tiveram grande influência em nossa cultura

• Para igualar os quatro C do lado esquerdo, ficamos com 4 CO2. e hábitos alimentares. Foram eles que trouxeram o pão, produzido à base de
• Para os quatro H, ficamos com 2 H2O. cereais, como o trigo, a aveia e a cevada.
• Repare que, depois dos passos acima, ficamos com dez átomos de oxigênio – oito
em 4 CO2 e dois em 2 H2O. Voltamos ao lado esquerdo e acrescentamos um coe- Fonte: Universidade Federal de Brasília.
ficiente em O2 – 3 O2. A equação balanceada é C2H2(COOH)2+ 3 O2 � 4 CO2+ 2 H2O A contribuição dos portugueses. ATAN/DAB/SPS/MS
Resposta: D
Para fazer a massa de pães e bolos aumentar de volume, é comum o uso de

algumas substâncias químicas:

I. O bromato de potássio era comumente utilizado no preparo do pão francês;

2. (UFSM 2015) Os sais estão presentes nos shows pirotécnicos. Os fogos de no entanto, nos dias atuais, essa substância está proibida, mesmo em pequenas

artifício utilizam sais pulverizados de diferentes íons metálicos como, por exemplo, quantidades. O bromato de potássio era utilizado para proporcionar um aumento
o sódio (cor amarela) e o potássio (cor violeta), misturados com material explosivo,
como a pólvora. Quando a pólvora queima, elétrons dos metais presentes sofrem de volume no produto final devido à formação de O2 conforme a reação
excitação eletrônica, liberando a energia na forma de luz. 2 KBrO3 (s) ------D---- 2 KBr(s) + 3 O2(g)

Sobre a cinética da reação, é correto afirmar: II. A adição de fermentos, como o bicarbonato de sódio no preparo de bolos, é
a) Quanto maior a superfície de contato entre os reagentes, mais rápida é a reação;
utilizada desde a antiguidade até os dias atuais, e resulta no crescimento da
assim, quanto mais dividido o reagente sólido, mais a reação será acelerada.
b) A queima dos fogos de artifício é facilitada pelo uso de sais pulverizados, pois massa e na maciez do bolo. O bicarbonato de sódio, devido à liberação de gás

estes diminuem a energia de ativação da reação. carbônico, é utilizado para expandir a massa e deixá-la fofa, conforme a reação
c) A temperatura gerada na queima de fogos de artifício reduz a frequência dos 2 NaHCO3(s) ------D---- Na2CO3(s) + CO2(g) + H2O

choques entre as partículas de reagentes, tornando a reação mais rápida. Sobre essas reações, é correto afirmar que:
d) A reação é mais rápida, pois, ao se utilizar o sal pulverizado, a frequência das a) a primeira é de síntese e a segunda é de deslocamento.
b) a primeira é de decomposição e a segunda é de deslocamento.
colisões é menor, favorecendo, assim, a reação. c) a primeira é de síntese e a segunda é de decomposição.
e) A pólvora age como um catalisador, diminuindo a energia de ativação total d) as duas são de decomposição.
e) as duas são de síntese, pois formam O2 e CO2 respectivamente.
da reação química.
RESOLUÇÃO
RESOLUÇÃO
Lembrando: as reações são classificadas como:
Você deve se lembrar dos fatores que influem na velocidade de uma reação: • reação de síntese ou adição: duas ou mais substâncias resultam num único
• Quanto maior a superfície de contato, maior a velocidade, porque o número de produto;
choques entre os reagentes aumenta e, assim, maior é a probabilidade de um • reação de análise ou decomposição: um único composto se separa em subs-
choque com energia suficiente e na orientação adequada para promover a reação; tâncias mais simples;
• Catalisadores: são substâncias que aumentam a velocidade de uma reação • reação de deslocamento ou simples troca: uma substância simples reage com
sem que sejam consumidas. Os catalisadores diminuem a energia de ativação. uma substância composta, produzindo outros dois compostos;

56 GE QUÍMICA 2017

RESUMO

• reação de dupla troca: íons de cargas iguais trocam de posição, produzindo As transformações

outros dois compostos.

Analisando as duas reações, vemos que um único composto se decompõe em ÁCIDOS, BASES E SAIS Ácidos são substâncias moleculares.
Dissolvidos em água, sofrem ionização e liberam cátions H+.
outros, mais simples, pela simples ação do calor (indicado pelo símbolo D). Bases (hidróxidos) são compostos iônicos que contêm ânions
22NKaBHrOCO3 (3s()s)---------D----D------- OH–. Em solução aquosa, as bases sofrem dissociação iônica.
2 KBr(s) + 3 O2(g) Sais são compostos iônicos que também sofrem dissociação
Na2CO3(s) + CO2(g) + H2O iônica quando dissolvidos em água. Podem ser obtidos da rea-
Temos, então, duas reações de decomposição
ção entre um ácido e uma base, no processo de neutralização.
Resposta: D

4. (Udesc 2015) Um estudante de química obteve uma solução indicadora ÁCIDOS ...CORRESPONDEM A
TERMINADOS EM... ÍONS TERMINADOS EM
ácido-base, triturando no liquidificador algumas folhas de repolho roxo com
água. Em seguida, ele dividiu a solução obtida em três tubos de ensaio (A, B e ÍDRICO ETO
C) e no primeiro tubo adicionou uma pequena quantidade de vinagre (solução
de ácido acético); no segundo, alguns cristais de soda cáustica (NaOH), e no ICO ATO
terceiro, alguns cristais de sal para churrasco (NaCl), obtendo o resultado
conforme mostra o quadro: OSO ITO

Tubo de ensaio Substância Coloração Coloração REAÇÕES QUÍMICAS Ocorrem quando as ligações químicas
adicionada inicial final de uma substância são quebradas e os átomos se combinam
em novas substâncias. Tipos de reações:
A Vinagre Roxa Vermelha • Síntese: A + B → C
• Decomposição: A → B + C (pirólise, eletrólise)
B Soda cáustica Roxa Verde • Simples troca: A + BC → AC + B
• Dupla troca: AB + CD → AD + CB
C Sal para Roxa Roxa
churrasco ÓXIDOS São compostos binários em que o oxigênio é o ele-
mento mais eletronegativo. Óxidos iônicos: o oxigênio se
Se o estudante realizar outro experimento adicionando no tubo A, KOH, no liga a um metal. A maioria reage com a água e forma uma
B, HNO3,e no C, KNO3, contendo a solução inicial extraída do repolho roxo, a base. Óxidos moleculares: o oxigênio se une a um ametal,
coloração final, respectivamente será: em ligação covalente. Muitos são gases. Podem reagir com
a) roxa, verde, roxa. a água e formar ácidos. Óxidos moleculares, como CO2 , SO2
b) roxa, vermelha, verde. e NO2 , se transformam em ácido na atmosfera e contribuem
c) verde, roxa, vermelha. para aumentar a acidez da chuva, de mares e solos.
d) vermelha, verde, roxa.
e) verde, vermelha, roxa. VELOCIDADE DAS REAÇÕES É a rapidez com que uma reação
ocorre, em razão dos produtos formados ou dos reagentes
RESOLUÇÃO consumidos. Em geral, a quantidade de reagentes diminui
enquanto a de produtos aumenta. Para ocorrer uma reação,
Um indicador ácido-base é uma solução que mostra se uma substância é um ácido é preciso que as partículas se choquem com velocidade sufi-
ou uma base. Se não mudar de cor, a substância adicionada não é nem ácido, nem cientemente grande para gerar energia acima da energia de
base (pode ser um sal). Você deve conhecer a função química de cada composto ativação, e na orientação adequada (os átomos que vão se
e as regras básicas de nomenclatura e fórmula. combinar devem entrar em contato direto). Complexo ativado:
estado intermediário entre substâncias iniciais e finais de uma
• Vinagre é uma solução de ácido acético – portanto, um ácido. Segundo o enun- reação. Catalisadores: substâncias químicas que reduzem a
ciado, a cor do indicador mudou para vermelho. Então essa é a cor para ácidos; energia de ativação e, assim, aceleram as reações.
• Soda cáustica é hidróxido de sódio. Hidróxidos (que contêm o ânion OH–) são sem-
pre bases. Se a cor mudou para verde, essa é a cor esperada para bases em geral. BALANCEAMENTO DE EQUAÇÃO Numa reação química a
• E o sal de cozinha (NaCl), o nome já indica: sal. Como não é nem ácido nem base, quantidade de matéria não se altera. A quantidade de átomos
é natural que o indicador não mude de cor. ou moléculas dos reagentes deve ser igual à soma das quan-
tidades dos produtos. Balancear a equação é encontrar essa
Agora basta identificar sua natureza. E, para isso, você deve conhecer as regras proporção, definindo o número de compostos que entram na
básicas da construção de fórmulas: reação. Para isso, usamos os coeficientes. Para balancear a
• KOH: o radical (OH –) indica que se trata de uma base: a cor mudará para verde. equação H2 + O2 → H2O precisamos acrescentar o coeficiente
• HNO3 : o cátion H+ indica que se trata de um ácido: a cor muda para vermelho 2 diante do H2 e do produto H2O: 2 H2 + O2 → 2 H2O.
• KNO3: repare que este composto é a união do cátion K+, da base KOH, com o ânion
NO3–, do ácido HNO3 , acima. A ligação entre dois íons liberados da combinação
de ácido com base resulta num sal. No indicador ácido-base, a cor não se altera.
Resposta: E

57GE QUÍMICA 2017

3 CÁLCULOS QUÍMICOS

CONTEÚDO DESTE CAPÍTULO

Infográfico: concentração de álcool no organismo..............................60
Grandezas........................................................................................................... 62
Cálculos estequiométricos............................................................................66
Concentração de soluções.............................................................................70
Como cai na prova + Resumo.......................................................................76

Balanço da Lei Seca

Pesquisas indicam que o endurecimento
da lei, em 2012, levou a uma queda no número
de pessoas que bebem antes de pegar na direção

A Lei Seca vem alterando os hábitos do A Lei Seca que entrou em vigor em 2008 admi-
brasileiro. Na pesquisa Vigilância de Fa- tia que o motorista apresentasse um teor alcoólico
tores de Risco e Proteção para Doenças de até 0,1 mg por litro. Em 2012, a legislação foi
Crônicas por Inquérito Telefônico (Vigitel) de endurecida e instituiu a tolerância zero para o
2014, 5,9% de adultos admitiram dirigir após álcool. O motorista pego com qualquer quanti-
consumir qualquer quantidade de bebida al- dade de álcool no sangue pode ser multado, ter a
coólica. Em 2012, antes de ser instituída a to- habilitação suspensa e ser detido. O Brasil é um
lerância zero ao álcool, essa proporção era de dos 25 países do mundo que têm legislação assim
7%. Isso representa uma queda de 16% em dois rígida, e um dos 130 que utilizam bafômetros para
anos. A Vigitel é feita por entrevista telefônica, medir a alcoolemia (concentração de álcool no
com quase 41 mil pessoas maiores de idade, nas sangue) dos motoristas.
26 capitais brasileiras e no Distrito Federal.
Outro indicador dessa mudança de hábitos é a Segundo a Organização Mundial da Saúde
proporção de motoristas flagrados em blitz nas (OMS), os acidentes de trânsito custam à eco-
estradas federais: em 2012, a Polícia Rodoviária nomia global 1,8 trilhão de dólares a cada ano,
Federal (PRF) autuava um motorista a cada 25 matam 1,2 milhão de pessoas e ferem pelo menos
testes; em 2014, um a cada 51 testes. outras 30 milhões. A fim de reduzir esses índices
trágicos, a Organização das Nações Unidas (ONU)
Em termos concretos, a Lei Seca tem resul- incluiu na Agenda 2030 para o Desenvolviment_o
tado numa ligeira redução nos acidentes que Sustentável a meta de
envolvem motoristas alcoolizados. Entre 2012 e reduzir pela metade
2014, segundo a PRF, os casos de acidentes desse o número de mortes O SOPRO QUE DENUNCIA
tipo nas estradas federais caíram cerca de 2,5%. e feridos no trânsito. O Brasil é um dos 25 países
O número de mortes manteve-se estacionado
entre 2014 e 2015, em torno de 500. Apesar de Neste capítulo você que têm tolerância zero ao
parecer pequena, especialistas consideram que revê as grandezas e álcool na direção e um dos
a queda é significativa se levarmos em conta que os conceitos básicos 130 que usam bafômetros
a frota de veículos que trafega pelas estradas usados no cálculo de para medir a concentração
brasileiras aumenta a cada ano concentração de subs- de álcool no sangue dos
tâncias nas soluções. motoristas, em blitz

58 GE QUÍMICA 2017

EDUARDO ANIZELLI/FOLHAPRESS 59GE QUÍMICA 2017

3 CÁLCULOS QUÍMICOS INFOGRÁFICO

O hálito denuncia

A embriaguez e a ressaca são resultado da intoxicação do
organismo por etanol. Esse álcool cai na corrente sanguínea
e passa pelos pulmões, onde participa das trocas gasosas.
É aí que o bafômetro identifica no hálito de um motorista
a proporção de álcool existente no organismo

1 É álcool na veia Etanol

As moléculas de álcool (etanol) não são
digeridas. Parte delas passa direto para o
sangue, através da mucosa da boca, do
estômago e, principalmente, dos intestinos.

2 Uma dose, duas doses...

A concentração de álcool que passa para
o sangue é proporcional à quantidade
ingerida e ao teor alcoólico da bebida.

80

TEOR ALCOÓLICO

A concentração média de
etanol em diferentes tipos
de bebida (% sobre volume)

Máximo Esôfago
Mínimo
Fígado
54 Estômago

50 Intestino

40 40 38 40
37

20
15 16

12

Rum Gim Uísque Cachaça Vodca Saquê Vinho 5
Cerveja
60 GE QUÍMICA 2017

3 Bafômetro em ação 4 Um certo ar de bêbado

Os bafômetros acusam o álcool no hálito por diversas Os gases expirados pelo motorista reagem com as
reações químicas. No caso dos aparelhos descartáveis, o ar substâncias dos tubos. O etanol se transforma em
passa e reage com dicromato de potássio (K₂Cr₂O₇) e ácido acetaldeído, e o dicromato de potássio, em sulfato
sulfúrico (H₂SO₄). O K₂Cr₂O₇ tem uma cor alaranjada. de cromo III – Cr₂(SO₄)₃. O tubo muda de cor.

K2Cr2O7 K2Cr2O7 Acetaldeído
Dicromato REAÇÃO Sulfato de cromo III
de potássio
Etanol
H2SO4
Ácido sulfúrico H2SO4

SEM ETANOL: A COR DO TUBO ESTÁ ALARANJADA COM ETANOL: A COR DO TUBO MUDA PARA VERDE

5 Efeitos

A quantidade exagerada de álcool no sangue intoxica os
neurônios. A pessoa tem a percepção alterada e perde a
coordenação motora. Por isso trança as pernas, enxerga
dobrado, fala de maneira arrastada e tem as reações
retardadas. O etanol também inibe a produção do
hormônio ADH, que retém água no organismo, dando
início a um processo de desidratação.

Pulmão O DIA SEGUINTE

Ao chegar ao fígado, o etanol sofre uma reação de
oxidação, que o transforma em acetaldeído e volta
à corrente sanguínea. Depois de percorrer todo o
organismo, o acetaldeído retorna ao fígado para
ser novamente metabolizado em ácido acético.
E só numa terceira passagem é liberado como água
e dióxido de carbono.

Dióxido de carbono
e água
(CO2 + HO2)

Fígado Etanol Acetaldeído Ácido acético
(CH3CH2OH) (CH3CHO) (C2H4O2)

O acetaldeído é dezenas de vezes mais tóxico que o etanol
e pode permanecer no organismo por horas. Para
metabolizar essa substância, o fígado ativa enzimas que
deveriam estar produzindo glicose. É a carência de glicose
no sangue que dá o mal-estar da ressaca, no dia seguinte.
A boca seca e a sede são sintomas da desidratação.

61GE QUÍMICA 2017

3 CÁLCULOS QUÍMICOS GRANDEZAS

CILADA ATÔMICA
Isto é uma roda de
48 átomos de ferro (picos
amarelos) sobre uma
superfície de cobre.
As ondas azuis, no centro,
são elétrons de átomos de
cobre, presos na armadilha

Pequeno,
pequeno, mesmo

Para definir a massa dos minúsculos
átomos, os cientistas criaram um
padrão, fatiando o átomo de carbono

MULTI/SP A quantidade de uma substância no orga- mica tem também padrões especiais para medir
nismo humano costuma ser dada em mi- quantidades no mundo atômico – o número de
ligramas (mg) ou em mililitros (mL). Mas, átomos e moléculas de uma amostra e a massa
para medir grandezas como massa e volume de de cada uma dessas partículas de matéria.
corpos minúsculos, como átomos e moléculas, os
químicos precisam de padrões especiais. O con- O padrão massa atômica
junto de átomos na imagem acima, por exemplo,
mede alguns nanômetros. Um nanômetro é um Um átomo é tão pequeno que no ponto final
bilionésimo de metro (10–9 m, ou 0,000000001 desta frase existem milhões deles. A maior parte
metro). Isso é muito pequeno, mesmo: você da massa de um átomo está no núcleo. Por isso,
chega a 1 nanômetro se dividir 1 milímetro em quando falamos em massa do átomo, conside-
1 milhão de partes e separar apenas uma. A quí- ramos apenas a massa de prótons e nêutrons.
Mas essa medida é absurdamente pequena para

62 GE QUÍMICA 2017

ser expressa em qualquer padrão usado no dia Massa molecular
a dia, como o grama (g). Em química, o padrão
para expressar a massa dos átomos é a unidade É a massa de todos os átomos que formam uma
de massa atômica (u). molécula. Para descobrir a massa molecular
(MM) de uma substância, basta, então, somar
Uma unidade de massa atômica foi definida a massa atômica (MA) dos elementos que a
tomando por base o átomo de carbono-12 – o constituem. O gás hidrogênio (H2), por exemplo,
isótopo de carbono que tem número de massa leva dois átomos de hidrogênio. A MM do gás
igual a 12. Ao átomo de C-12 foi atribuída arbi- hidrogênio é 2 u, a soma da MA de cada átomo.
trariamente massa atômica (MA) de 12 unidades
de massa atômica (12 u). Então, uma unidade NA PRÁTICA
de massa atômica equivale a 1/12 da massa
atômica do carbono-12. CÁLCULO DA MASSA MOLECULAR

ÁTOMO DE CARBONO-12 Unidade de massa atômica = TOME NOTA MM da água (H2O): pela tabela periódica, sabemos que
MA de H = 1 u e MA de O = 16 u. Se a molécula de água tem
(dividido em 12 partes iguais) 1/12 da massa do núcleo do C-12 O número de massa (A) dois átomos H e um átomo O, a MM da água é 18 u. Veja:
é o total de partículas
H Unidade de massa atômica que definem a massa de H2 O
um átomo – prótons e
Átomo de hidrogênio nêutrons no núcleo (veja 2 . 1 u + 1 . 16u = 18 u
o capítulo 1).
A massa atômica (MA) é a MMágua = 18 u
medida dessa massa.
MM da sacarose: dadas a fórmula da sacarose e a mas-
A massa atômica medida sa atômica dos elementos químicos que integram essa
molécula (H = 1 u, C = 12 u e O = 16 u), temos que uma
Como o nome diz, o padrão unidade de massa molécula de sacarose é 342 vezes mais pesada que a
unidade de massa atômica.
atômica (u) é usado para medir a MA dos áto-
C12H22O11
mos. O átomo do hidrogênio (H), o mais leve
12 . 12 u + 22 . 1 u + 11 . 16 u = 342 u
de todos os elementos, tem massa de 1 u – ou
1 MMsacarose = 342 u
seja, sua MA é 12 vezes a massa de um átomo
de carbono-12. MM do sulfato de alumínio: a fórmula desse sulfato
mostra que a substância é composta de três ânions
O hidrogênio, que tem apenas um próton, tem sulfato e dois cátions alumínio. Esses três íons contêm
três átomos de enxofre (S) e 12 átomos de oxigênio (O).
MA = 1 u. Podemos comparar a massa de todos A MA de cada elemento químico é:

os átomos à do hidrogênio. Então, por exemplo, Para Al, MA = 27 u
Para S, MA = 32 u
a massa atômica do alumínio (Al) é 27 u. Isso Para O, MA = 16 u.

significa que são necessários 27 átomos H para Al2 ( S O4 )3

chegar à massa de um átomo Al. Portanto, um 2 . 27 u + 3 . 32 u + 12 . 16 u = 342 u

átomo Al tem MA = 27 u. MM sulfato de alumínio = 342 u

A massa atômica de cada elemento foi medida

experimentalmente em laboratório. E esse dado é

fornecido nas tabelas periódicas mais completas.

No geral, aparecem com valores arredondados.

DON EIGLER/IBM ALMADEN RESEARCH CENTER TOME NOTA

Não confunda massa atômica (MA) com número de massa (A):

• A = número de prótons + número de nêutrons
• MA = massa do átomo

63GE QUÍMICA 2017

3 CÁLCULOS QUÍMICOS GRANDEZAS

O mol Massa molar

Contar o número de átomos, moléculas ou A massa molar (M) é a massa de 1 mol de
íons de uma substância é tarefa impossível a átomos, moléculas ou íons, dada em gramas.
olho nu. Apenas microscópios eletrônicos, de Se conhecemos a massa atômica (MA) de um
varredura, conseguem captar alguma imagem elemento químico, podemos calcular a massa
dos átomos, como a da foto da página 60. Para molar, ou seja, a massa de 1 mol de átomos desse
calcular quantos átomos, moléculas ou íons elemento. É o mesmo que calcular o preço de
existem em determinado volume de uma subs- uma dúzia de barras de chocolate, sabendo-se
tância, a química usa a grandeza chamada mol quanto custa apenas uma delas.
(pela regra oficial, não existe plural de mol: 1
mol, 2 mol, 3 mol etc.). NA PRÁTICA

Mol mede simplesmente a quantidade de MASSA MOLAR
matéria. E tem o mesmo papel que a palavra
dúzia. Assim como uma dúzia contém 12 uni- Para o carbono-12 (C-12):
dades, um mol contém cerca de 6 . 1023 unida- • Sabemos que 1 mol de átomos C-12 = 6 . 1023
des. Assim como a dúzia pode ser usada para átomos;
bananas, ovos ou parafusos, a unidade mol é • E sabemos que 1 mol de C-12 tem massa de 12 g;
empregada para medir o número de átomos, • Na linguagem da química, a massa molar do C-12 é
íons ou moléculas. 12 g/mol.

O mol foi adotado para todos os átomos e subs- Para o ferro (Fe):
tâncias também com base nos átomos de C-12. • 1 mol de Fe contém 6 . 1023 átomos;
Por medição direta, os químicos descobriram que • Os átomos Fe têm MA = 56 u;
12 gramas de C-12 contêm 6,02 . 1023 átomos – • Então a massa molar (M) do Fe = 56 g/mol.
valor que arredondamos para 6 . 1023. Daí surgiu
o padrão chamado constante de Avogadro: O mesmo é válido para as moléculas de uma
1 mol = número de átomos em 12 gramas de substância composta: a massa molar, aquela de 1 mol
C-12 = 6 . 1023 átomos. de moléculas, corresponde à massa molecular.

Esse número padrão foi adotado para contar NA PRÁTICA
o número de qualquer tipo de partícula: átomos,
moléculas ou íons: MASSA MOLAR DA ÁGUA

1 mol de moléculas são 6 . 1023 moléculas • Fórmula da água: H2O;
1 mol de átomos são 6 . 1023 átomos • A massa de uma molécula (MM) de água é a soma
1 mol de íons são 6 . 1023 íons
da massa atômica dos dois átomos H e do único
Podemos calcular quantos átomos existem em 1 TOME NOTA átomo O;
mol de determinada substância. É como calcular • Para H, MA = 1; para O, MA = 16;
o número de patas em um rebanho: se cada boi A massa molar é • A fórmula da água contém dois átomos H e um
ou vaca tem quatro patas e se o rebanho tem 80 numericamente igual à átomo O. Então a massa molecular MM = 18 u;
reses, o número de patas é 320. Agora imagine massa molecular (MM) ou • Mas 1 mol de água contém 6 . 1023 moléculas;
que vamos contar o número total de patas do re- à massa atômica (MA). Só • Então a massa molar (M) da água é 18 g/mol –
banho de 80 reses mais dez galinhas. Pelo mesmo o que muda é a unidade: ou seja, 1 mol de moléculas de água tem
raciocínio, teremos 80 . 4 + 10 . 2 = 340 patas. Para para MM, a unidade é u massa de 18 gramas.
contar o número de átomos de um mol de água (unidades); para a massa
fazemos o mesmo: molar (M), a unidade é E quantos átomos existem nesses 18 gramas, ou seja,
g/mol (grama por mol). em 1 mol de água?
A fórmula da água: H2O; • Pela fórmula, cada molécula H2O tem 3 átomos;
1 mol de água contém 6 . 1023 moléculas H2O. • Então cada mol de moléculas contém 3 . 6 . 1023
átomos;
Então 1 mol de água contém: • Em 1 mol de água existem 18 . 1023 átomos.
Uma molécula de água contém dois átomos
H e um átomo O;
1 mol de átomos O: 6 . 1023 átomos
2 mol de átomos H: 2. 6 . 1023
No total, 1 mol de moléculas de H2O contém
(12 + 6) . 1023 átomos = 18 . 1023 átomos, ou
1,8 . 1024 átomos.

64 GE QUÍMICA 2017

A equivalência entre massa atômica, massa Com esses conceitos, podemos, também, cal- TOME NOTA
molecular e a massa em gramas de uma subs- cular a massa de um único átomo ou de uma
tância é muito útil para comparações. única molécula. Sabemos que 6 . 1023 moléculas • 18 u é a massa
de água têm massa de 18 gramas. Então, qual a molecular (MM) da
NA PRÁTICA massa de uma molécula? água, isto é, quantas
vezes a molécula de
Basta montar uma regra de três: água é mais pesada
em relação a u;
EQUIVALÊNCIA DE MASSAS Massa molar Moléculas
6 . 1023 • 18 g é a massa molar
Comparando dois sistemas, um com gás carbônico { 18 gramas de H2O (1 mol) da água, isto é, a
(CO2) e outro com gás etano (C2H6): x gramas de H2O 1 massa que contém
6 . 1023 moléculas de
Sistema I água;

x = 18 g / 6 . 1023 moléculas • a massa de uma
molécula de água
Fazendo as contas e arredondando o resultado, (H2O), em gramas,
temos que uma molécula de água tem massa é 3 . 10 – 23 g.
de 3 . 10–23 grama, que equivale a
Sistema II 0,00000000000000000000003 grama.
CO2
Podemos definir uma fórmula para auxiliar
nos cálculos de quantidade de matéria (n), por
uma simples regra de proporção (regrinha de
três): 1 mol tem sua massa molar. Então n mol
têm massa m. Veja:

C2H6 1 mol corresponde a massa molar (M)
n mol corresponde a massa (g)
Pela ilustração, sabemos que os dois sistemas contêm
seis moléculas. A figura também mostra que cada Resolvendo a regra de três:
molécula de CO2 tem três átomos, e cada molécula de
C2H6, oito átomos. Ainda que o número de moléculas massa (g)
em cada sistema seja igual, os elementos químicos e n (mol) =
o número de átomos dessas moléculas são diferentes.
Então, a massa do Sistema I não é igual à massa do M (g/mol)
Sistema II. Calculando a massa molar (em gramas) de
cada um desses sistemas: NA PRÁTICA

• Da tabela periódica temos que NÚMERO DE MOLÉCULAS
C = 12 u, H = 1 u e O = 16 u;
• MM de CO2 = 12 u + 2 . 16 u = 44 u; Num laboratório há dois frascos: em um deles
• MM de C2H6 = 2 . 12 u + 6 . 1 u = 30 u; há 1,8 g de glicose, e em outro, 1,8 g de água.
Em qual dos dois há maior número de moléculas?
(Dados: H2O = 18 g/mol e C6H12O6 = 180 g/mol)

Com esses dados podemos montar a tabela: Acompanhe o raciocínio:

Quantidade Massa Massa p/ H2O n= 1,8g n = 0,1 mol de moléculas
de matéria molecular molar 18g/mol
(mol) (u) (g/mol) Número de Número
moléculas de átomos p/ C6H12O6 n = 1,8g n = 0,01 mol de moléculas
180g/mol

1 mol 44 44 6 . 1023 3 . 6 . 1023
de CO2
30 30 6 . 1023 8 . 6 . 1023 Ora, 0,01 mol é menos que 0,1 mol de moléculas.
1 mol Então, há mais moléculas em 1,8 g de água que em
de C2H6 1,8 g de glicose.

65GE QUÍMICA 2017

CÁLCULOS QUÍMICOS CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS

A proporção
entre reagentes
e produtos

A quantidade de matéria
que participa de uma
reação pode ser medida
em massa ou em mol

RECEITA FURADA Como um bolo, uma reação química só ocorre com a proporção exata dos ingredientes

Estequiometria ou cálculo estequiométrico (O2) formam-se duas moléculas de dióxido de
são os cálculos feitos para determinar as carbono (2 CO2). Porém, na prática, é impos-
quantidades dos reagentes e produtos sível trabalhar apenas com uma ou duas mo-
numa reação química. Do mesmo modo como, léculas. É aí que entra a grandeza quantidade
para fazer um bolo, precisamos de uma receita de matéria, o mol, que vale aproximadamente
que traga a quantidade de farinha, leite, ovos e 6 . 1023 átomos ou moléculas.
açúcar, precisamos saber quanto de reagente
usamos para certa quantidade de produto. Uma Na equação da reação de síntese do dióxido
equação em que essas proporções estão corretas de carbono, mantendo a proporção do número
é uma equação balanceada (veja o capítulo 2). de moléculas, dada pelos coeficientes, podemos
Observe a equação abaixo: dizer que “2 mol de CO reagem com 1 mol de O2
para formar 2 mol de CO2”. Perceba que não se
2 CO(g) + O2 (g) 2 CO2 (g) fala mais em moléculas, isoladamente, mas em
mol de moléculas. Mas a proporção se mantém.
A equação está balanceada, pois a quantidade Então concluímos que, numa equação balan-
de átomos nos reagentes é igual ao número ceada, os coeficientes dão a proporção, em
deles no produto: mol, das substâncias empregadas.

dois átomos de carbono (C) Mol e massa
quatro átomos de oxigênio (O2).
A equação dá a receita da reação: a cada duas Além de relacionar mol à quantidade de mo-
moléculas de monóxido de carbono (em 2 CO) léculas ou átomos, podemos também associá-lo
que reagem com uma molécula de gás oxigênio à massa de uma substância, por meio da massa
molar (veja a pág. 64). Observe:

EQUIVALÊNCIA ENTRE MOL, MOLÉCULAS E MASSA

Em mol 2 CO (g) + 1 O2 (g) → 2 CO2 (g)
2 mol de CO reagem com 1 mol de O2 produzindo 2 mol de CO2

Em moléculas 2 . 6 . 1023 moléculas de CO reagem com 6 . 1023 moléculas de O2 produzindo 2 . 6 . 1023 moléculas de CO2

Em massa 2 . 28 g de CO reagem com 32 g de O2 produzindo 2 . 44 g de CO2

66 GE QUÍMICA 2017

Quantidade de um gás Volume molar de um gás

Lembrando: todo e qualquer gás tem carac- É o volume ocupado por 1 mol de um gás
terísticas especiais: nas condições normais de temperatura e pres-
são (CNTP): a 0 °C e 1 atm. Nessas condições,
ocupa todo o volume disponível e é facil- qualquer gás ocupa um volume de 22,4 L. Fi-
mente comprimido; xado isso, podemos estabelecer a equivalência
expande-se com o aumento da temperatura; entre mol e volume. Veja na tabela a seguir
quanto mais comprimido estiver, maior essa equivalência na reação entre o monóxido
será a pressão. de carbono (CO) e o oxigênio gasoso (O2) que
produz dióxido de carbono (CO2).
Por essas características, a quantidade de
um gás qualquer num recipiente varia, depen- EQUIVALÊNCIA ENTRE MOL E VOLUME
dendo de seu volume, sua temperatura e da
pressão à qual está submetido. Esses fatores são Em mol 2 CO (g) + 1 O2 (g) → 2 CO2 (g)
as variáveis de estado de um gás. A medida 2 mol de CO reagem com 1 mol de O2 produzindo 2 mol de CO2
de quantidade de um gás depende, então, de reagem com 22,4 L de O2 produzindo 2 . 22,4 L de CO2
conhecermos essas variáveis: Em volume (CNTP) 2 . 22,4 L de CO

Volume é o espaço ocupado pelas par- NA PRÁTICA
tículas do gás. Depende da temperatura
e da pressão do sistema. As unidades de MASSA MOLAR
volume mais comuns são litro (L), metro A formação da amônia ocorre segundo a reação
cúbico (m3) e seus submúltiplos.
A pressão é resultado do choque das molé- N2 + 3 H2 2 NH3
culas de um gás com as paredes do recipiente Sabendo que 2,8 g de nitrogênio gasoso reagem com a quantidade adequada
que o contém. A pressão sobe quando a tem-
peratura sobe, ou quando o volume diminui. de hidrogênio gasoso para formar amônia, calcule a massa do gás hidrogênio
A unidade mais utilizada em química para
medir a pressão de um gás é atmosfera (atm). consumida nessa reação.
A temperatura termodinâmica é a me-
dida da energia cinética das partículas do Passo a passo, a solução:
gás. Quanto maior é a temperatura de um 1. Verificamos se a equação química está balanceada comparando o número de
gás, mais agitadas ficam as partículas. Se a átomos dos dois lados da equação: em N2 + 3 H2 2 NH3 temos 2 átomos N e
temperatura sobe, a pressão também sobe,
e maior será a pressão exercida sobre as pa- 6 átomos H nos reagentes e também no produto. Então, a equação está balanceada.
redes do recipiente.
2. Mantendo a proporção da equação e substituindo a grandeza, de número de
A temperatura termodinâmica é geralmente moléculas para mol, sabemos que 1 mol de N2 reage com 3 mol de H2 para
medida em Kelvin (K) e, assim como a escala
Celsius (oC), é centígrada (dividida em 100 formar 2 mol de NH3.
graus). Zero Kelvin (0 K) corresponde a -273 °C.
Para transformar a temperatura de Celsius (oC) 3. Mas o exercício utiliza a grandeza massa. Precisamos, então, da equivalência
para Kelvin (K): T = t + 273, em que t é a tem- entre a massa molar de cada reagente e produto. Aí vem novo passo:
peratura em °C, e T, a temperatura em Kelvin.
• Consultando a tabela periódica, descobrimos a massa atômica dos átomos N

(MA = 14 u) e H (MA = 1 u).

4. Mantendo a proporção acima (coeficientes) em mol e considerando a
informação de que 2,8 g do gás nitrogênio (N2) reagem de maneira correta para
produzir amônia, temos:

• O gás nitrogênio (N2) tem dois átomos N. Então, sua massa molecular (MM) = 28 u.

n mol Um gás ocupa certo Como a massa molar é numericamente igual à MM, temos que a massa molar
volume a determinada
de N2 = 28 g/mol;
temperatura
• O mesmo raciocínio para o hidrogênio (H2): MA = 1 u; então, H2 tem MM = 2 u.

Então, M = 2g/mol e 3 H2 = 6 g.

5. Pela regra de três:
N2 + 3 H2 2 NH3
1 mol + 3 mol 2 mol
28 g de N2 reagem com 6 g de H2
n mol 2,8 g de N2 reagem com m g de H2
Daí que m = 2,8 . 6
Se o gás for comprimido Se a temperatura 28
(aumento de pressão), subir, a pressão
o volume se reduz também aumenta A massa de H2 consumida na formação da amônia a partir de 2,8 g de N2 é de 0,6 g.

67GE QUÍMICA 2017

CÁLCULOS QUÍMICOS CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS

NA PRÁTICA Essa é a quantidade das duas substâncias, em
massa e mol. Se mantivermos a proporção entre
QUANTIDADE DE MOL produtos e reagentes, podemos comparar qualquer
medida. Por exemplo, o volume de CO2 formado em
Uma das substâncias presentes no gás de cozinha CNTP. Lembrando: em CNTP, 1 mol de qualquer gás
é o propano. Durante a queima do propano, o gás ocupa 22,4 L.
oxigênio (O2) é consumido e ocorre a produção de
dióxido de carbono (CO2) e vapor d’água. Qual a Então, 3 mol de CO2 ocuparão 3 . 22,4 L = 67,2 L. Para
quantidade, em mol, de oxigênio consumido na descobrir o volume V de CO2 produzido:
queima de 8,8 g de propano (C3H8)?
C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O
• Escrevemos a equação que representa a reação:
44 g 3 . 22,4 L
C3H8 + O2 → CO2 + H2O
8,8 g V (L)
• Balanceamos a equação:
67,2 . 8,8 = 44 . V
C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O
V = 67,2 . 8,8 → V = 13,44 L
• Utilizando as proporções mol e massa, temos: 44

C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H20 O volume de CO2 produzido na queima de 8,8 g
propano é de 13,44 L.
1 mol 5 mol 3 mol 4 mol

44 g de C3H8 reagem com 5 mol de O2
8,8 g de C3H8 reagem com n mol de O2

5 . 8,8 = 44 . n → n = 1 mol de oxigênio (O2)

A queima de 8,8 g de propano (C3H8) exige 1 mol de
oxigênio (O2).

Pureza dos reagentes móveis, a queima da gasolina é uma reação entre
a gasolina e as moléculas de oxigênio (O2) do ar
O grau de pureza é uma medida relacionada atmosférico. Porém, o ar não contém só oxigênio.
a misturas. O grau de pureza de uma substância Na verdade, esse gás corresponde a menos de 20%
– esteja ela no estado líquido, sólido ou gasoso de qualquer volume de ar atmosférico. E 78%
– indica a porcentagem dessa substância que desse volume é de nitrogênio (N2). Só que o N2
efetivamente interessa numa reação, quando não entra na queima da gasolina. O que interessa
essa substância está numa mistura. Grau de é só o oxigênio. Então, dizemos que o grau de
pureza é o mesmo que teor. pureza do ar em relação ao oxigênio é de 20%.

Para as transformações químicas, o grau de
pureza é muito importante. No motor dos auto-

[1]

68 GE QUÍMICA 2017

DEPENDE DO USO Rendimento de uma reação
O grau de pureza desejável
para um material depende Teoricamente, todas as reações têm 100%
do que se espera dele. de rendimento – ou seja, toda quantidade de
O latão é uma liga metálica reagentes se transforma em produtos. Foi isso
que tem pureza de apenas o que consideramos em todos os cálculos feitos
30% de zinco. Os restantes até aqui, nesta aula. Porém, na prática, as rea-
70% são de cobre ções sempre apresentam alguma perda. Nem
todo reagente é consumido; portanto, nem todo
[2] produto é formado.

NA PRÁTICA Quando o rendimento de uma reação é di-
ferente de 100%, a quantidade de produto é
PUREZA menor que a esperada. O rendimento de uma
reação depende de vários fatores, que, por sua
Considere a reação FeS + 2 HCl → FeCl2 + H2S. Qual é a vez, dependem das condições em que a reação
massa de cloreto de ferro II (FeCl2 ) obtida pela reação é realizada.
de 1.100 g de sulfeto de ferro II (FeS), 80% de pureza
com excesso de ácido clorídrico (HCl)? Preste atenção: o cálculo do rendimento de
uma reação segue o mesmo raciocínio que fize-
Primeiro, uma observação: a expressão “com exces- mos para encontrar o produto da reação de um
so”, no enunciado, significa que nem todo HCl vai ser reagente com grau de pureza inferior a 100%.
utilizado na reação. A diferença é que a medida do grau de pureza
é feita antes dos cálculos estequiométricos. Já a
O enunciado fornece a equação já balanceada. Tam- medida do rendimento é feita depois dos cálculos
bém é informado o grau de pureza de FeS (80%) e a estequiométricos.
massa que entra na reação (1.100 g). Isso significa que
o FeS está misturado a outras substâncias e que, dos NA PRÁTICA
1.100 g dessa mistura, apenas 80% são de FeS. Só essa
quantidade reage com o ácido clorídrico (HCl). RENDIMENTO

Calculando a massa de FeS: Queimando-se 30 g de carbono puro, com rendimento
de 90%, qual é a massa de dióxido de carbono (CO2)
obtida, conforme a equação C + O2 CO2?

mFeS = 80% de 1.100 g O enunciado informa a equação, e ela já está balan-
mFeS = 880 g ceada. O enunciado também afirma que o rendimento
da reação é inferior a 100%. Então, a massa do pro-
duto também será menor do que a esperada. Vamos
calcular a massa do produto se a reação tivesse 100%
de rendimento:

Na tabela periódica, consultamos a massa atômica de C + O2 CO2
cada elemento envolvido na reação química e encon- 1 mol 1 mol 1 mol
tramos a massa molar. E, pela regra de três, a massa 12 g 32 g 44 g
necessária:

FeS + 2 HCl → FeCl2 + H2S Montamos a regra de três para a quantidade de
carbono puro envolvida na reação:

1 mol 2 mol 1 mol 1 mol

88 g de FeS produzem 127 g de FeCl2 12 g de C produzem 44 g de CO2
880 g de FeS produzem m g de FeCl2 30 g de C produzem m g de CO2
12 . m = 30 . 44
m = 110 g de CO2

88 . m = 880 . 127 Então, uma reação com 100% de rendimento produziria
m= 1.270 g 110 g de CO2. Mas a reação tem rendimento de 90%. Então
é só calcular 90% de 110 g. Assim, a reação de 30 g de C
Essa é a massa de FeCl2 que será produzida pela reação com 90% de rendimento resulta em apenas 99 g de CO2.
entre HCl e 1.100 g de FeS com 80% de pureza.
69GE QUÍMICA 2017
[1] FERNANDO GONSALES [2] ISTOCK

CÁLCULOS QUÍMICOS CONCENTRAÇÃO DE SOLUÇÕES

CHUÁÁÁ... A água é um
solvente universal – nela

se dissolve quase tudo.
Os peixes, por exemplo,
dependem do oxigênio
dissolvido nos mares e rios

O que se dissolve em quê

A solubilidade de uma solução depende de reações
entre as moléculas do solvente e dos solutos

R ecordando: as misturas podem ser homo- o átomo O atrai os elétrons com maior intensidade,
gêneas ou heterogêneas, dependendo do os elétrons ficam mais próximos a esse átomo. Isso
número de fases que apresentam. Com cria uma polaridade na molécula. Uma molécula
uma única fase, homogênea; com mais de uma, polar é aquela em que os elétrons não estão
heterogênea. As misturas homogêneas também distribuídos de forma igual entre os átomos.
são chamadas de soluções, e seus componentes, Esse tipo de molécula tem um polo positivo (H,
de solutos e solventes. O soluto é aquele cujas com menos elétrons perto) e um polo negativo
partículas se distribuem homogeneamente pelo (O, com mais elétrons perto).
solvente no processo da dissolução (sobre so-
luções, veja o capítulo 1). A concentração de Já o cloreto de sódio (NaCl) é um composto
uma solução indica a quantidade de soluto iônico que no estado sólido tem os íons Na+ e Cl–
distribuída numa solução. organizados em retículo cristalino. Esse retículo
se mantém unido porque os íons se atraem devi-
Dissolução do a suas cargas opostas (sobre íons, moléculas e
eletronegatividade, veja o capítulo 1).
Para que um soluto se dissolva num solvente,
é preciso que suas partículas (moléculas ou íons) entre os átomos de hidrogênio e oxigênio.
interajam. Veja o que ocorre quando se dissolve Mas ficam mais próximos do oxigênio
sal de cozinha em água:

A água é um composto molecular. Os átomos
que formam a molécula da água, o hidrogênio (H)
e o oxigênio (O), têm diferentes graus de eletro-
negatividade: o átomo O é muito eletronegativo
(tem grande poder de atrair elétrons), enquanto o
átomo H é pouco eletronegativo (menor poder de
atração). Na molécula, o átomo O e os dois átomos H
estão ligados – ou seja, compartilham elétrons. Se

70 GE QUÍMICA 2017

O cloreto de sódio (NaCl) se dissolve em água formação de polos. Resultado: a solubilidade do
porque as moléculas da água (H2O) interagem oxigênio em água é muito pequena.
com os íons do sal (Na+ e Cl–) por meio de seus
dois polos: o polo negativo (O) interage com os A interação entre as partículas não é o único
íons positivos (Na+), e o polo positivo (H) interage fator que define se uma substância é ou não
com os íons negativos (Cl–). Como resultado desse solúvel em outra. Tanto é que nem todo com-
puxa de cá, puxa de lá, a água consegue separar os posto iônico é solúvel em água, mas esses outros
íons do sal, intrometendo suas moléculas entre os fatores não são estudados no Ensino Médio.
íons. A solução fica saturada – sobra soluto sem
ser dissolvido – quando as moléculas de água não Solubilidade
são suficientes para separar os íons do sal.
A água tem moléculas que interagem com
ADEUS, RETÍCULO um imenso número de substâncias. Por isso é
O sal se dissolve quando suas ligações iônicas são quebradas chamada solvente universal – o mais impor-
pelas moléculas de água. Acompanhe: tante para o estudo de solubilidade. Esses dados
são obtidos experimentalmente, e com eles
NaCl(s) água Na+ + Cl– podemos construir gráficos chamados curvas
de solubilidade.
Água 2
Sal Na+ A curva de solubilidade indica a quantidade
Na+ máxima de uma substância capaz de se dissolver
Cl– em 100 gramas de água, a uma dada temperatura.
1 Veja o gráfico:
3 Coeficiente de
solubilidade (g/100g de água) 140 KNO3
Cl–
120
1. Enquanto não se dissolve, o sal permanece com os íons Na+ e
Cl– unidos no retículo cristalino; 100 K2CrO4
2. Quando as moléculas de água entram em contato com o retículo
cristalino, o átomo de oxigênio atrai o íon positivo Na+ e... 80
3. ... os átomos de hidrogênio atraem o íon negativo Cl–.
60 NaCl
Toda dissolução envolve a interação entre as
partículas do soluto e do solvente. Mas atenção: 40
nessa interação não há compartilhamento de
elétrons, apenas aproximação. A dissolução por 20 Ce2(SO4)3
polaridade não ocorre apenas entre moléculas e
íons, mas também entre dois tipos de molécula. O 20 40 60 80
açúcar, por exemplo, não é um composto iônico, temperatura (oC)
mas molecular, e também se dissolve em água.
Isso porque as moléculas de açúcar, assim como UNS MAIS, OUTROS MENOS O gráfico mostra a curva de solubilidade
as de água, também são polares. Dessa forma, de quatro sais. Repare que o coeficiente de solubilidade é dado em
todas elas interagem. gramas da substância a cada 100 gramas de água. Perceba, também,
que, para três desses sais, a solubilidade aumenta conforme a
Se não há interação, a dissolução é mínima temperatura se eleva – algumas vezes, muito rapidamente, como no
ou praticamente não ocorre. O gás oxigênio caso do sal KNO3. Mas, para um desses sais, o Ce2(SO4)3, quanto mais
(O2), por exemplo, dissolve-se muito pouco em quente fica a água, mais difícil é sua dissolução.
água. É que as moléculas formadas por átomos
iguais (como O2) não apresentam diferença de ATENÇÃO
eletronegatividade. Por quê? Ora, porque os
dois átomos são do mesmo elemento químico. Alguns autores chamam de solvente a substância
Sem diferença de eletronegatividade não há a que participa da solução em maior quantidade;
para outros, solvente é a substância que se
ISTOCK encontra no mesmo estado físico da solução,
independentemente da quantidade. A água,
porém, é sempre considerada solvente. E,
quando se fala em solução, sem especificar o
solvente, subentende-se solução aquosa.

71GE QUÍMICA 2017

CÁLCULOS QUÍMICOS CONCENTRAÇÃO DE SOLUÇÕES

ATENÇÃO Concentração Importante: concentração de uma solução
não é o mesmo que densidade de uma solução.
Nas expressões Concentração de uma solução é a quantida- Ambas as medidas são uma relação entre massa
químicas, a de de soluto distribuída numa determinada e volume. Mas veja a diferença:
concentração em quantidade de solução. Pela concentração con-
mol/L é indicada por seguimos determinar quanto do soluto existe em Concentração é a massa de soluto em uma
dois colchetes [ ] determinado volume ou determinada massa de solução;
uma solução. Assim como a solubilidade, a con- Densidade é a massa de determinado volume
ATENÇÃO centração também é uma proporção: de solução, dada pela expressão:

O cálculo da concentração = quantidade de soluto d= massa de solução unidades: g/mL, g/L, kg/L
concentração só é quantidade de solução volume de solução
possível quando, numa
solução, a distribuição Essas quantidades de soluto e solução podem Uma solução de NaCl com densidade 1 .200 g/L
do soluto pela solução ser expressas em massa, volume ou em quanti- e concentração de 120 g/L é uma solução em que:
é homogênea e, dade de matéria.
portanto, proporcional
ao volume. Concentração comum (g/L) A cada litro de solução existem 120 gramas
do soluto NaCl (concentração);
72 GE QUÍMICA 2017 É uma forma muito usual de expressar a con- Cada litro de solução (solvente + soluto)
centração (C) de uma solução. Concentração tem massa de 1.200 g (densidade).
comum é a relação entre a massa de soluto e
o volume da solução: Concentração em quantidade de matéria (mol/L)

C= massa de soluto (em gramas) É a relação entre a quantidade de matéria (mol)
volume de solução (em litros) e o volume em litros da solução. Sua representa-
ção pode ser dada pela fórmula do soluto entre
C= msoluto colchetes ou apenas por um par de colchetes
Vsolução fechado. (Lembre-se de que utilizamos a letra n
para representar quantidade de matéria.)

Uma solução de ácido clorídrico (HCl) com [ ]= quantidade de matéria (mol)
concentração de 30 g/L é uma solução em que volume de solução (em litros)
para cada litro têm-se 30 g de HCl.

[ ]= n (mol)
V (em litros)

NA PRÁTICA

CONCENTRAÇÃO EM g/L NA PRÁTICA

Uma solução de hidróxido de sódio tem concentração CONCENTRAÇÃO EM MOL/L
de 40 g/L. Qual seria a quantidade em massa de soluto
presente em 100 mL dessa solução? Se uma solução de hidróxido de sódio (NaOH) tem
concentração de 1,2 mol/L, qual é a quantidade de
Pelo enunciado, sabemos que: matéria do soluto em 300 mL dessa solução?
C = 40 g/L
Vsolução = 100 mL (que corresponde a 0,1 L). Sabemos pelo enunciado que:
[NaOH] = 1,2 mol/L
Usando a fórmula, podemos calcular qual a massa de Vsolução = 300 mL (que corresponde a 0,3 L).
soluto presente nela:
Pela fórmula da concentração em quantidade de
C= msoluto matéria, temos que:
Vsolução
1,2 mol/L = nsoluto → nsoluto = 0,36 mol
40 g/L = msoluto → msoluto = 4g 0,3 L
0,1 L

Ou seja, se em 1 litro de solução existem 40 g de Então, se 1 litro da solução contém 1,2 mol de NaOH, em
hidróxido de sódio, em 100 mL existirão 4 g. 300 mL temos 0,36 mol dessa matéria.

Também podemos utilizar a massa molar Concentração em porcentagem de massa FLÚOR VERSUS CÁRIE
para relacionar a concentração comum, em A adição de flúor nas
g/L, com a concentração em quantidade de É a concentração que relaciona massa de so- pastas dentais é pequena,
matéria, em mol/L. luto por massa de solução (m/m). Geralmente, mas suficiente para
é dada em porcentagem, ou a massa de soluto combater as bactérias que
contida em 100 gramas de solução. corroem os dentes

NA PRÁTICA % em massa = massa de soluto (em gramas)
massa de solução (em gramas)

RELAÇÃO ENTRE g/L E MOL/L
Para a mesma solução de NaOH com concentração de

1,2 mol/L: NA PRÁTICA

Pela tabela periódica, sabemos que a massa molar CONCENTRAÇÃO EM PORCENTAGEM

(M) dessa base é de 40 g/mol Uma solução de hidróxido de sódio (NaOH) a 5% é
aquela que apresenta, a cada 100 g de solução,
(Na = 23 u , O = 16 u e H = 1 u); 5 gramas de NaOH. Ou a cada 1 quilo (1.000 gramas)
de solução, 50 gramas de NaOH.
Sabemos também que a quantidade de uma Note que em 100 g de solução existem 95 g de
solvente:
substância, em mol, é igual à massa da substância
Hidróxido de sódio 5% (m/m)
dividida por sua massa molar:
m
n= M

Então, podemos estabelecer a reação:

n= m 1,2 mol = m m = 48 g
M 40 g/mol

Descobrimos, assim, que 1,2 mol de NaOH tem soluto solvente solução
48 g de massa. Então, a concentração de NaOH na 5g 95g 100g
solução é C = 48 g/L.
Concentração em partes por milhão (ppm)
Esse tipo de cálculo da concentração ainda
permite prever a concentração de íons presentes É uma medida utilizada quando a solução tem
em uma solução. uma quantidade muito pequena de soluto. Pode
ser expressa em massa ou em volume.

em massa 1 mg de soluto ou 1 g de soluto
1 kg de solução 106 g de solução

NA PRÁTICA

CONCENTRAÇÃO DE ÍONS 1 ppm

Uma solução foi preparada dissolvendo-se 0,4 mol de em volume 1 cm3 de soluto ou 1 L de soluto
cloreto de alumínio (AlCl3 ) em água suficiente para 1 m3 de solução 106 L de solução
totalizar 1 litro de solução. Qual é a concentração em
mol/L dos íons presentes na solução?

Acompanhe o raciocínio: SAIBA MAIS
O enunciado nos informa a concentração:
[AlCl3] = 0,4 mol/L Nos cremes dentais há, aproximadamente,
O composto AlCl3 tem um íon positivo Al3+ (cátion) 1.500 ppm de flúor sob a forma de íons fluoreto.
e três íons negativos Cl– (ânions).
Sabemos que a água separa esses íons segundo A relação “partes por milhão” se dá entre
sua polaridade: AlCl3 Al3+ + 3 Cl– . as grandezas de massa: a cada 1 milhão de
Ou seja, para cada mol de AlCl3 dissolvido haverá miligramas de creme dental (106 mg, ou 1 kg),
a formação de 1 mol de íons Al3+ e três mol de íons
Cl–, distribuídos homogeneamente pela solução. existem 1.500 mg de fluoreto.

Então, podemos dizer que
[Al3+] = 0,4 mol/L e [Cl–] = 1,2 mol/L

ALEX SILVA 73GE QUÍMICA 2017

CÁLCULOS QUÍMICOS CONCENTRAÇÃO DE SOLUÇÕES

Proporções Diluição e concentração
corretas
Lidamos com o conceito de concentração
Em laboratório, para realização de experi- comumente no dia a dia. Um café forte é aquele
mentos, os químicos nem sempre utilizam em que a água tem alta concentração das subs-
substâncias puras, mas dissolvidas em tâncias contidas no pó. Um refresco aguado é
soluções aquosas. Em solução, a superfície de aquele em que a quantidade de polpa de fruta
contato entre os reagentes é maior – o que faz é pouca em comparação à quantidade de água
com que a reação ocorra mais rapidamente, e a – ou seja, a polpa está muito diluída. De modo
observação dos fenômenos químicos fica mais geral, pode-se dizer que:
fácil. Nesta aula veremos os vários procedimentos
realizados em laboratório: desde a preparação, Diluir uma solução significa acrescentar
a diluição até a mistura de diversas soluções. solvente à solução. Isso aumenta o volume
final da solução, mas a quantidade de soluto
Preparo de uma solução permanece inalterada. Daí, a concentração
da solução é menor;
Qualquer solução antes de co- Concentrar uma solução significa diminuir
meçar a ser preparada precisa ter a quantidade de solvente. Nesse caso, o
definidos o volume e a concentra- volume da solução diminui, mas a quan-
ção. O preparo de 250 mililitros de tidade de soluto permanece constante, o
uma solução de sulfato de níquel que resulta no aumento da concentração.
[NiSO4] = 0,1 mol/L segue os se- O aumento na concentração pode ser feito
guintes passos: pela evaporação do solvente.

Cálculo da quantidade de soluto Repare que, nos dois processos – de diluição e
necessária para a solução: concentração –, só se altera o volume da solução.
Volume da solução: 250 mL; A quantidade de soluto permanece constante.
Concentração: 0,1 mol/L Assim, podemos estabelecer algumas relações
entre dois momentos de uma mesma solução que
sofre um processo de concentração ou diluição.

Sabemos que [ ] = n Então: Acompanhe:
Considere uma solução com concentração
V inicial C1 (dada em g/L) e volume inicial
n = 0,1 mol/L . 0,25 L V1 (dado em L).
n = 0,025 mol de NiSO4 Sabemos que a concentração é a massa do so-
luto dividida pelo volume da solução, então:
(Lembre-se de que o volume (V)
se refere ao volume da solução, e C1 = m1/V1 m1 = C1 . V1
não apenas da água.)
Se a concentração inicial da solução for alte-
Consultando a tabela periódica, rada, teremos:
sabemos que 1 mol de NiSO4 tem C2 = m2/V2 e, portanto, m2 = C2 . V2, em que
MM = 155 g/mol. C2 é a concentração final e V2, o volume final.

Mas sabemos que a massa do soluto não se
altera. Se m1 = m2 C1 . V1 = C2 . V2

Então, pela regra de três, descobri- Ou seja, numa solução cuja concentração é
mos a massa de 0,025 mol: aumentada ou diminuída, a concentração e o
volume são inversamente proporcionais: se o
1 mol – 155 g volume da solução sobe, a concentração desce;
se o volume da solução desce, a concentração
0,025 mol – m g se eleva.

SEM GELO, POR FAVOR m = 0,025 . 155 = 3,9 g O raciocínio é válido para concentrações
Quanto mais água 1 medidas em quantidade de matéria ([ ], em
se acrescenta, mol/L). A quantidade de matéria não se altera,
mais diluído fica Temos as medidas exatas da solução a ser e a concentração é inversamente proporcional
o suco de laranja preparada: 250 mL de solução com 3,9 g de ao volume: [ ]1 . V1 = [ ]2 . V2
NiSO4.
74 GE QUÍMICA 2017

NA PRÁTICA Mistura sem reação Mistura com reação

DILUIÇÃO Quando se misturam duas soluções, a concen- Em alguns casos, na mistura de duas soluções,
tração e o volume finais dependem do fato de os componentes de uma reagem com os compo-
A 100 mL de uma ocorrer, ou não, alguma reação química entre os nentes da outra, formando novas substâncias.
solução de hidróxido de componentes das soluções misturadas. Para determinar a quantidade final de cada uma
sódio (NaOH) 0,3 mol/L dessas substâncias é preciso analisar os cálculos
adicionamos Na mistura de soluções em que não há reação estequiométricos da reação.
400 mL de água. química entre os componentes, o volume e a
Qual é a concentração concentração dos solutos na solução final são NA PRÁTICA
da nova solução? diferentes dos valores originais.
COM REAÇÃO
• O enunciado dá os Se as soluções misturadas (a, b, c...) têm mes-
mo soluto e mesmo solvente, a quantidade de Numa mistura de solução de nitrato de prata
valores iniciais matéria da solução resultante (nF) é a soma da (AgNO3(aq)) com outra solução, de cloreto de sódio
da solução: quantidade de matéria dos solutos das soluções (NaCl(aq),), ocorre a precipitação do cloreto de prata
[NaOH]1 = 0,3 mol/L e iniciais (nF = na + nb + nc + ...). (AgCl(s) , de M = 143 g/mol), segundo a equação
V1 = 0,1 L (100 mL). AgNO3(aq) + NaCl(aq) AgCl(s) + NaNO3(aq)
Queremos descobrir o E o volume final é a soma dos volumes de cada
valor de [NaOH]2. uma das soluções originais: Num béquer misturaram-se 200 mL de solução 0,4 mol/L
de AgNO3 e 400 mL de solução de NaCl de concentração
• Se recebeu mais água, (VF = Va + Vb + Vc + ...) 0,2 mol/L. Determine a massa do precipitado.
Já para as soluções com solutos diferentes,
a solução foi diluída. no caso de misturas sem reação química, apenas Perceba que só é possível saber a massa do
o volume se altera – o que, por sua vez, altera a precipitado se for conhecida a quantidade de cada
• Para encontrar concentração. O raciocínio é claro: a quantidade soluto. Para isso, fazemos o cálculo estequiométrico:
de matéria permanece a mesma, tanto para a
[NaOH]2, é preciso, substância A quanto para a substância B. Sobe Primeiro, calculamos a quantidade de matéria de
primeiro, descobrir apenas o volume. cada soluto nas soluções iniciais:
o volume final da Para a solução de AgNO3:
solução (V2): a soma do NA PRÁTICA
volume inicial [AgNO3] = 0,4 mol/L
(V1 = 100 mL) com a SEM REAÇÃO V = 0,2 L
água adicionada [ ]=n / V
(400 mL) é Qual é a concentração final de uma solução n= [ ] . V = 0,4 . 0,2 = 0,08 mol
V2 = 100 mL + 400 mL = preparada pela adição de 80 mL de uma solução de
500 mL (0,5 L) KOH 0,5 mol/L a 20 mL de uma solução de mesmo Para a solução de NaCl:
soluto, de concentração 1,2 mol/L?
• Sabemos que [S1] = [KOH] = 0,5 mol/L; V1 = 0,08 L [NaCl] = 0,2 mol/L
[S2] = [KOH] = 1,2 mol/L; V2 = 0,02 L V = 0,4 L
[ ]1 . V1 = [ ]2 . V2 [ ]=n / V
Então: Sabemos que n = [ ] . V . Então: n= [ ] . V = 0,2 . 0,4 = 0,08 mol
0,3 . 0,1 = [NaOH]2 . 0,5 n1 = 0,5 mol/L . 0,08 L = 0,04 mol
[NaOH]2 = 0,06 mol/L n2 = 1,2 mol/L . 0,02 L = 0,024 mol Sabendo quanto de cada soluto reagiu, fazemos o

A concentração da Sabemos, também, que o volume final é a soma cálculo estequiométrico:
solução final de dos dois volumes iniciais:
hidróxido de sódio será V1 + V2 = 0,08 + 0,02 → VF = 0,1 L AgNO3(aq) + NaCl(aq) AgCl(s) + NaNO3(aq)
de 0,06 mol/L.
Se as duas soluções têm o mesmo soluto, a 1mol 1mol 1mol 1mol
quantidade de matéria final é a soma das
quantidades iniciais de matéria: Mantendo a proporção, temos que:
nF = na + nb = 0,04 + 0,024 = 0,064 mol 0,08 mol + 0,08 mol 0,08 mol + 0,08 mol
A quantidade de AgCl precipitado é 0,08 mol
E a concentração final é a relação entre o volume e
a quantidade de matéria finais: Por fim, calculamos a massa desse precipitado
[KOH] = nf = 0,064 m
pela relação n = M
Vf 0,1
[KOH] = 0,64 mol/L 0,08 =1m43 = 11,44 g

A massa do precipitado é de 11,44 gramas.

75GE QUÍMICA 2017

COMO CAI NA PROVA

1. (PUCCAMP 2016) O consumo excessivo de sal pode acarretar o aumento Você deve se lembrar de que a massa molar é numericamente igual à massa mo-
lecular, só que em gramas. Assim, a massa molar do CuSO4 . 5H2O é 249,5 g/mol,
da pressão das artérias, também chamada de hipertensão. Para evitar esse sendo que 159,5 g correspondem ao sulfato cúprico e 90 g correspondem às
problema, o Ministério da Saúde recomenda o consumo diário máximo de 5 g moléculas de água. Para descobrir a massa necessária de sulfato cúprico, basta
de sal (1,7 g de sódio). Uma pessoa que consome a quantidade de sal máxima resolver a regra de três:
recomendada está ingerindo um número de íons sódio igual a 249,5 g de CuSO4 . 5H2O --------------- 159,5 g de CuSO4
Dados: Massa molar do Na = 23,0 g/mol. Constante de Avogadro: 6,0 . 1023 mol–1. m --------------------------------------------------- 0,9 g
a) 1,0 . 1021 m = 1,41g
b) 2,4 . 1021 Resposta: C
c) 3,8 . 1022
d) 4,4 . 1022 3. (PUCRJ 2015, adaptada) Considere as seguintes informações:
e) 6,0 . 1023
I. A quantidade de sais dissolvidos no Mar Morto é da ordem de 40 . 109 ton.
RESOLUÇÃO II. O volume de água no Mar Morto é 122. 10⁹ m3 com os sais dissolvidos.
Calcule a concentração de sais dissolvidos, em g/L, nas águas do Mar Morto.
O sal de cozinha é o cloreto de sódio (NaCl), em que os dois elementos são íons,
Na+ e Cl–. RESOLUÇÃO
Sabemos que esta substância é composta dos íons sódio e cloro. O exercício
informa que em 5 g de sal há 1,7 g de sódio. Questão fácil. Você só tem de dominar o conceito de concentração comum, a
Mol é a unidade que mede a quantidade de matéria em uma amostra. Assim proporção de um soluto em um solvente. Deve se lembrar, também, da conver-
como uma dúzia equivale a 12 unidades, um mol equivale a 6 . 1023 partículas. são de tonelada em grama.
Essas partículas podem ser átomos, moléculas, íons. E massa molar é a massa
de um mol de partículas. No caso deste exercício, essas partículas são íons Na+. Convertendo tonelada para grama:
Sabemos que a massa molar de 6 . 1023 íons Na+ é 23 g. Para descobrir a quanti- 1 ton = 1.000 kg = 1.000.000 g (10 6g)
dade de Na+ em 5 g de sal, basta fazer a regra de três: Assim, para calcular a massa de soluto:
6,0 . 1023 íons Na+ --------------------- 23 g 1 ton --------------------- 10 6 g
x ---------------------------------------------------- 1,7 g 40 . 10 9 ton ---------- m
x = 0,443478 . 1023 íons Na+ � x = 4,4 . 1022 íons Na+ m = 40 . 10 15 g
Resposta: D

2. (Unimontes 2014) Um procedimento depende de 0,9 g de sulfato cúprico O volume de solvente (a água do Mar Morto) é dado m3. Novamente, conversão
de medidas, de m3 para L.
anidro, CuSO4 , porém tem-se disponível o sulfato cúprico penta-hidratado, 1 m3 = 1.000 L. Então,
CuSO4 . 5H2O. Para a realização do procedimento, deve-se pesar uma quantidade 1 m3 ------------------------- 1.000 L
de CuSO4 . 5H2O aproximadamente, igual a... 122 . 109m 3 ---------- v
Dados: Massas atômicas: Cu=63,5; S=32; O=16; H=1 v = 122 . 1012 L
a) 0,58 g.
b) 1,56 g. Calculando a concentração, pela fórmula
c) 1,41 g. C = m soluto
d) 0,90 g.
V solução
RESOLUÇÃO C = 40 . 1015 g = 327,87 g . L–1

Entendendo o enunciado: precisa-se de 0,9 g de CuSO4 . No entanto, dispõe-se 122 . 1012 L
dessa substância misturada a H2O. Para cada molécula de CuSO4 há 5 molécu- Resposta: a concentração de sais no Mar Morto é de 327,87 g/L.
las de água (H2O). O que se pede é a massa de CuSO4 . 5 H2O necessária para se
obter 0,9 g de CuSO4 . Os conceitos envolvidos na questão: massa molecular, 4. (IFSP 2013) O metal manganês, empregado na obtenção de ligas metálicas,
mol e massa molar.
pode ser obtido no estado líquido, a partir do mineral pirolusita, MnO2, pela
1 átomo de cobre (Cu), com massa 63,5 u; reação representada por:
1 átomo de enxofre (S), de massa 32 u; 3 MnO2 (sólido) + 4 Al(sólido) � 3 Mn(líquido) + 2 Al2O3 (sólido)
4 átomos de oxigênio (O), com massa total de 16 . 4 = 64 u Considerando que o rendimento da reação seja de 100%, a massa de alumínio,
Portanto, a massa molecular de CuSO4 é 159,5 u. em quilogramas, que deve reagir completamente para a obtenção de 165 kg
de manganês, é:
O mesmo raciocínio para 5 H2O: Dados: Massas molares em g/mol: Al = 27; Mn = 55; O = 16
10 átomos de hidrogênio (H), com massa 10 u a) 54
5 átomos de oxigênio (O) com massa 80 u b) 108
c) 192
Então a massa de 5 H2O é 90 u. d) 221
A massa total da mistura. CuSO4 . 5 H2O é a soma das massas de cada uma das e) 310
substâncias: 159,5 + 90 = 249,5 u – esta é a massa de um mol CuSO4 . 5H2O.

76 GE QUÍMICA 2017

RESUMO

RESOLUÇÃO CLáolrceumloispqsounímdoiclors

Lembrando: os coeficientes estequiométricos indicam a proporção, em mol, das GGRIAMNCDOERZAESMEAGUNNAIDacAcDuEmSaMma,svsuallaamtô,mcoirceafe(MumA)aéugaumeriats, sai
substâncias empregadas. Pela equação química apresentada no enunciado, dbelaumm, qáutaotm. Loo,rmseeqduidaat loemrerucintiedmadaeccduemmilauslspautantôummimcay (nuit).
sabemos que 4 mol de Al produzem 3 mol de Mn. Pede-se a massa de Al que Unmulalaumniaddaitdeadaedmteatsusma saatnômheicnat lvoarlein1it/1a2dimonassesqaudipoeáxteormoso
deve reagir para produzir 165 kg de Mn. Precisamos então descobrir a massa, ddooidsóotlopr soudmo zCzarirtbaomnoco-1r2er(Csu-1s2tr)u. dMdaussi aetmauotlpecautilnaeru(MguMe)vée-a
em gramas, que equivale a essas quantidades de mol. sloemnima dvaulmluapstsaatedceotnosdeoctseoms záztroitmwoismqoude efol rumlpaumtatuummainmcoinlég-
ceutlaluotduiaummccoommmpolsutomisôannidcoip..A unidade da massa molecular
Cada mol de Al tem massa de 27 g. Portanto, 4 mol tem massa de 108 g. também é u. Mol é a unidade de medida para a quantidade
Cada mol de Mn tem massa de 55 g. Para 3 mol, são 165g. dEeAmFAaCtéIrDiaUcNoTntDidOaLeOmBOceRrtsouvsotrlumd em. aOgmnaolfefuungciiaomnavceonmiaoma
uznzirdilaitdleupdtúazteiampiarriuasotobjceotons,eequéiuemraensútomeeurogaaibt sluoplutatot ,duoseasdeo
Por regra de três , a massa de Al necessária para a produção de 165 kg de Mn: ptartadcooluntavreántiosmamosc,oíonnsesdoumminocliéllcaunldarse: tcaonmtomsomdoi lodneuálltaonmvoesr,
108 g de Al (4 mol) -------------------- 165 g de Mn (3 mol) tsaunsttorsudmmoloddeigmnioalméciuplsaussecticll.am, cor iliquat.
m ------------------------------------------------------ 165.000 g (165 kg) Num volobor eraestionum ing eniatummy nulputem vent amet
m = 108.000 g ou 108 kg CiuÁsLtCoUoLdOigSnEimSTqEuQiUsiIsOaMdÉiaTmRIaClOiqSuaStãoveolsecsáelqculiops que podemos
Resposta: B fazer a partir dos coeficientes de uma reação balanceada. Os
cIoSeNfiUciLeLnAteFsEiUnGdAicIaTmauatpvreonpimornçoãsotrduedcmadinaurtewagisesnetceteempraogdnuibtho,
5. (IFPE 2016) O ácido bórico (H3BO3) ou seus sais, como borato de sódio e eemt nmimol.inEcsislalapnrdorpeodroçãcoosmemmyantoénmhneandciopnetaugfeemugdaoitnlúomboerreo
dmeamgnoilmécualmas, ,qáutiosmcidousies níounllsueptnaatummasvseanditeisnsvaeslenspdéi cgineiss.se-
borato de cálcio, são bastante usados como antissépticos, inseticidas e como nit, sequat. Equat. Ut iliscidunt la commy nostion hendiam
retardantes de chamas. Na medicina oftalmológica, é usado como água GcAoSmEmSoAdqduiat nvteildeandderedreo udmiatg,ávsenl uinmg erexceipliiteantteprdaetpinenesdeecdteats
boricada, que consiste em uma solução de ácido bórico em água destilada. vnaorniáuvlleains dheneisatmaddoodlooregeáts:asmeucovroeludmoee,usufaactiel mutppearta.tOursatoe
Sabendo-se que a concentração em quantidade de matéria (mol/L) do ácido aopdriaemsseãto, vaeqleunetopgraátseet sntoásstuobcmonesteidqou.isElsusallsantrdêrsevmarqiáuvaetiasmse
bórico, nessa solução, é 0,5 mol/L, assinale a alternativa correta para massa indotelor-rreemlavceiolinqaumat:uaelmteirnavnedloes-seequuammanaolntesreafmac-ispeisaims dzzermiuareis..
de ácido bórico, em gramas, que deve ser pesada para preparar 200 litros Temperatura termodinâmica é a medida da energia cinética
desse medicamento. (RagCiItLaIçQãUoA) TdEaTs pVaUrLtLícAuNlaustdeocogmásm, ygenruallmaoernetme imp edroidcaonesmecktetl-
Dados: Massas molares, em g/mol: H = 1; B = 11; O = 16 vliunm, Kve(1l uKlp=utoCve+liq2u73is).exVeorlousmtiengmeonldarrerdoes auumt igliássaté. Loevsotoludmo-e
a) 9.500 olocurppeardcoi tpioodr oulmutmpaotludlloaogáres reiumreCrNitTinPh(ceonnimdiçiuõsecsi bnloarmata. Gisadite
b) 1.200 taetmumpemraotluorraeetieprtesesrãiop)i.sEimssdeivtawloisrl nipusnucma vdaurniat veevliaslael2iq2u,4atL..
c) 6.200
d) 4.500 SNOOLNUUÇÕMEMSOGLraOuBdOeRpEuRrOezeatu, omustaenodr,réema pdoorlcoernpteargaetemmddeoddeuteisr-
e) 3.900 macinidaudnatsvueblsutlâlanmciaetpnreosetontceonreuemt almisiasltiuqruai.pCitovnecnetnatdraigçnãiosiéma
qipusaunstcidipaidt iendDeesl oultulutotadtiasutrtiebmuíidnaciellmanddeitpesrumstinisaddoaeqxuearanetsidtraudde
RESOLUÇÃO deeumsonluisçsãeod. eÉsseqmupartenuonmualppurtovpoolorçreãote, me padoidteersiepredleandiat ienmg
deitvierrilsitaisuureneitdlaadoeres,mcovemraoepssaertqeupisoi.rEmctielhvãuolla(pcpom)m, my nauslslamd,e
A concentração em quantidade do ácido bórico é 0,5 mol/L, ou seja, para cada 1 L ssoisluntuollpuoprtavto, lsuummevedneibsohleulçeãsoto(cgo/nL)u,mounoqnuualnlatifdaacidliet ndiet lmoraetmé-
de solução há 0,5 mol de ácido bórico. Para 200 L do medicamento, então: rdiaelpeostroveoalufmeuei bdleansodlrueçeãuoi t(emtolal/mL). A curva de solubilidade
0,5 mol de H3BO3 -------------------- 1 L de solução indica a quantidade de determinada substância que é capaz
n -------------------------------------------------- 200 L de solução dIeS NseUdLiLsAsoFlEvUerGeAmIT1a0u0t vgernaimmansodsetruádgumai,naudt wadisasetectmepmeargantuibrha.
n = 100 mol de H3BO3 et nim incillandre do commy non hendip eu feugait lobore
TmRaAgNnSimFOaRmM,AqÇuÕisEciSdEuMis nSuOlLluUpÇtÕatEuSmDvileunirituimn vaesloelnudçiãgonsiisgsneinfict,a
Traduzindo: para produzir 200 litros de medicamento, precisaríamos de 100 mol ascerqeusacte.nEtqaurasto. Ulvteinlistceidàusnotlulaçcãoom. Imssyonaoustmioennhteanodviaomlucmome fminoadl,
de H3BO3. Porém, o exercício pede a quantidade de H3BO3 em massa – ou seja, mdiatsvnelãeondarlteeroradaiaqt,uvaenltindgadeex edleitsaotluptroat–inpeosretcatneton,ornedululazna
a massa molar de H3BO3. O enunciado fornece a massa molar de cada um dos choenncieanmtrdaçoãloordeeatsaomlucçoãroe. Ndo eseunftaicdiol uintpvaerts. o, concentrar uma
elementos químicos. Assim, temos solução é diminuir a quantidade de solvente: o volume da so-
luRçCãIoLIcQaUi,AmTaEsTaVqUuLaLnAtNiduatdeecdoemsmolyuntou,lnlaoovraemmeinpteer,opceormnsaencetecte
Para H = 1 g/mol; então para 3 mol de H, a massa é de 3 g/mol; clounmstvaenl utelp. uEtmvemliqisutiusreaxsedroestsionlgueçnõdersefreoistaasutciolims aot.sLmesetosmdoo-s
Para 1 mol de B, a massa é de 11 g/mol; slolrupteorscietiosodlovleuntpteast,unllaasorqeuraiuisrenrãitoinohceonrirmemiusreciabçlõaeast.eGnatrite
Para 1 mol de O = 16, então para 3 mol de O a massa é de 48 g/mol saotluvmenmteosloerseotliuetotes,ear qipuisainmtidiatdweifsilniaplsduemmdautnétrivaeélisaasloiqmuaadt.a
quantidade de matéria de cada soluto e cada solvente: nF = na
Somando a massa molar de todos esses elementos, temos a massa molar do +NnObN+UnMc +M...OOLmOBesOmRoERéOváeltiduompsanradorevmolduomloerpfienraaltdeamsdooludçuãios:
composto H3BO3: VaFc=idVuan+tVvbe+l uVlcla+m.e..tJnáonstaoscmoriseteutraalsiseamliqquuiepiot svecnotmapdoignneinsitmes
3 + 11 + 48 = 62 g/mol. dipasussocliupiçtõinesDreelaugt elumtateanutrte msi,inociclláalcnudliopsduastqisudaonetxidearadeestfriundal
deeucmadnaissceodmepsosenqeunatet noounduolppurtovdoulotoredtaemreaaçdãitoedreipeenledneitd. os
Com a massa molar, calculamos a massa de 100 mol de H3BO3 , novamente por cálculos estequiométricos.
uma simples regra de três:
1 mol de H3BO3 ---------------------- 62 g 77GE QUÍMICA 2017
100 mol de H3BO3 ----------------- m
m = 6.200 g
Resposta: C

4 MATÉRIA E ENERGIA

CONTEÚDO DESTE CAPÍTULO

Infográfico: a energia do petróleo..............................................................80
Termoquímica ...................................................................................................82
Reações de oxirredução.................................................................................87
Energia nuclear ................................................................................................90
Como cai na prova + Resumo.......................................................................94

Os efeitos do petróleo
muito barato

A queda no preço do barril traz consequências
econômicas que afetam empresas petrolíferas
e a balança comercial dos países

Opetróleo responde por quase um terço Países Exportadores de Petróleo (Opep), que reúne
das fontes de energia de todo o planeta. E,
desde 2014, o preço do barril despencou os maiores produtores do planeta, responsáveis
para praticamente um terço do valor de 2013, de
100 dólares para menos de 30 dólares. A notícia pelo fornecimento de 40% de todo o petróleo
não é exatamente boa, porque desequilibra as
forças no comércio internacional e afeta as comercializado no mundo. Mesmo com os preços
empresas petrolíferas e, com elas, a balança co-
mercial de diversos países, inclusive a do Brasil. baixos, a Opep não reduziu a oferta. Com isso,

Um dos fatores para esse barateamento é a ex- os preços continuam baixos e isso compromete
tração de outros tipos de combustível fóssil, como
o gás e o óleo de xisto. Xisto é o nome informal de a rentabilidade dos investimentos em qualquer
uma camada rochosa que guarda bolsões de óleo
e gás. A extração desse combustível depende de outro método de produção.
tecnologia específica. Os Estados Unidos desenvol-
veram essa tecnologia e, com isso, tornaram-se o No Brasil, a queda no preço do petróleo atinge
maior produtor de óleo do mundo em 2014. Com o
gás e o óleo de xisto, os norte-americanos abriram diretamente a balança comercial. Mesmo au-
mão de boa parte das importações de petróleo das
quais dependiam até então. Consequência: sobra mentando o volume de petróleo exportado, o
petróleo no mercado.
baixo valor dessa matéria-prima rende pouco.
A fraca atividade econômica global, no inter-
minável rescaldo da crise econômica de 2008, O barateamento do petróleo atinge também os
também reduz o consumo de petróleo pelas in-
dústrias, que desaceleram a produção. De novo, planos de investimentos no pré-sal – depósitos de
sobra petróleo. E, por fim, contribui para o de-
sequilíbrio entre oferta e demanda de óleo uma petróleo e gás em camadas rochosas muito pro-
guerra de preços promovida pela Organização dos
fundas. Especialistas afirmam que o preço mínimo

do barril, para que os investimentos no pré-sal

valham a pena, é de 45

dólares. Abaixo disso,

a Petrobras é obrigada DEPENDE DO PREÇO

a rever as projeções de Investimentos na exploração

investimentos. das reservas de petróleo

Combustíveis geram do pré-sal, realizadas em

energia quando sofrem plataformas como esta, na

reações químicas. Nes- Bacia de Campos, podem

te capítulo você vê a ser freados pelo baixo valor

relação entre reação do petróleo no mercado

química e energia. internacional

78 GE QUÍMICA 2017

OSCAR CABRAL 79GE QUÍMICA 2017

MATÉRIA E ENERGIA INFOGRÁFICO

Petróleo, preferência internacional

Sim, a queima de combustíveis fósseis tem efeitos prejudiciais ao planeta.
Ainda assim, o petróleo deve continuar movendo o mundo por, pelo
menos, mais algumas décadas. A razão para essa preferência é uma só:
o petróleo é extremamente versátil e tem alto valor energético

QUEREMOS ENERGIA NO USO DA ENERGIA
PETRÓLEO MUNDO
De toda a energia produzida no mundo,
O consumo mundial de derivados Matriz de energia primária de todas as fontes, a maior parte é
de petróleo cresce e deve no mundo, em bilhões de teps* destinada à própria geração de energia
continuar crescendo. Confira no – ou seja, para a transformação de um
gráfico ao lado: entre 1971 e 2030, Combustíveis fósseis tipo de energia em outros tipos.
o consumo mundial de energia As termelétricas, por exemplo, geram
triplicará. Os combustíveis fósseis (petróleo, carvão mineral e gás natural) eletricidade com energia de várias
continuarão respondendo fontes: petróleo, carvão mineral e
pela maior parte do total de Outras fontes lenha (que contém energia química).
energia, mas numa proporção Por outro lado, a eletricidade pode
cada vez menor. (nuclear, hidráulica, eólica, solar, térmica, biomassa) também ser gerada pela força das
águas de um rio (energia mecânica).
De outro lado, as fontes 20
consideradas mais limpas – como
nuclear, eólica e hidráulica – 15
crescem em participação.
10

5

0 2004 2030**

1971

* tep: tonelada equivalente de petróleo. É a massa do
material que, em combustão, gera a mesma quantidade
de energia que o petróleo
** Estimativa
Fonte: AIE/ World Energy Outlook 2004 e 2006

CADEIAS DE CARBONO Alguns hidrocarbonetos o Etanol
Etano
Os combustíveis fósseis são uma Derivado do etano, não é um
combinação de hidrocarbonetos comMULTI/SP Propano hidrocarboneto, mas um álcool
outras substâncias. Todo hidrocarboneto (um H é substituído pelo radical OH)
é um composto que contém átomos de Um dos constituintes
carbono e de hidrogênio, todos unidos do petróleo, C₃H₈ Gasolina
por ligação covalente.
Os hidrocarbonetos do petróleo fazem Butano Representada genericamente
parte de misturas complexas. como C₈H₁₈, tem de 5 a 9
Para separar os componentes, as Outro componente átomos de carbono
refinarias fazem a destilação fracionada. do petróleo, C₄H₁₀
Das variadas frações são produzidos Diesel
diversos derivados.
Cadeias com cerca
80 GE QUÍMICA 2017 de 12 carbonos

NA INTIMIDADE DO MOTOR

A combustão transforma a energia química
dos combustíveis em energia térmica e,
depois, em energia cinética

Gasolina CO2 H2O CO2 H2O
O2
2 NO2
N2
Explosão 3
1 Uma faísca fornece energia para a
combustão. Os átomos de carbono e Expansão
O início de tudo hidrogênio dos hidrocarbonetos se O calor liberado aumenta a
A gasolina é uma mistura de rearranjam em dióxido de carbono e temperatura e, com isso, os gases se
hidrocarbonetos, compostos de água, na forma de vapor. Essa reação expandem. Essa expansão empurra
carbono e hidrogênio. No motor, é exotérmica – libera calor. os pistões do motor, que, por sua vez,
as moléculas põem em movimento os eixos das
se misturam rodas. É esse mesmo calor que faz
com o ar. com que o nitrogênio se agrupe com
o oxigênio, formando óxidos que
provocam a chuva ácida
(veja o infográfico na pág. 98).

O PODER DE AQUECER A ATMOSFERA

Quantos mol de CO2 são liberados a cada mol de combustível queimado

1 MOL DE ETANOL libera 2 MOL CO2 + 3 MOL H2O

1 MOL DE GASOLINA libera 8 MOL CO2 + 9 MOL H2O

1 MOL DE DIESEL libera 12 MOL CO2 + 13 MOL H2O

81GE QUÍMICA 2017

MATÉRIA E ENERGIA TERMOQUÍMICA

LIBERAÇÃO DE ENERGIA Toda combustão é uma reação de uma substância Da matéria,
ou um composto com o gás oxigênio, que libera energia térmica a energia

82 GE QUÍMICA 2017 Uma reação pode absorver ou liberar
energia térmica, dependendo da
entalpia dos reagentes e produtos

Toda transformação da matéria envolve
uma transferência de energia – ou seja,
toda reação química libera ou absorve
energia do ambiente, geralmente na forma de
calor. É o calor da queima do gás butano que
cozinha os nossos alimentos. É também a energia
térmica liberada na combustão do álcool ou da
gasolina que movimenta os veículos. Mesmo
para qualquer ser vivo, a energia das reações
químicas é importante: o metabolismo dos ali-
mentos – uma cadeia de reações químicas –
fornece a energia para manter o funcionamento
das células. A parte da química que estuda essas
transferências de energia é a termoquímica.

Exotérmicas e endotérmicas

Existem dois tipos de reações químicas: as que
fornecem calor ao ambiente e as que consomem
calor do ambiente.

Reações exotérmicas liberam calor. É o que
ocorre, por exemplo, nas reações de combus-
tão de qualquer material. Veja a equação que
representa a queima do etanol:
C2H6O(l) + 3 O2(g) 2 CO2(g) + 3 H2O(g) + calor

Reações endotérmicas absorvem calor. É
uma reação endotérmica a fotossíntese, rea-
lizada pelos vegetais:
6 CO2(g) + 6 H2O(l) + calor C6H12O6(aq) + 6 O2(g)

TOME NOTA

Na equação de uma reação exotérmica, o calor
é somado aos produtos, pois ele foi gerado pela
reação e liberado para o ambiente. Já na equação
de uma reação endotérmica, o calor é somado aos
reagentes, pois é consumido como um deles, ao ser
absorvido do ambiente.

Entalpia TRANSFORMAÇÃO O estado físico das substâncias – gasoso (g);
A lei da conservação Temperatura (25 °C ) e pressão (1 atm) sob as
Energia é a capacidade de produzir traba- de energia diz que quais a reação ocorre;
lho. A energia pode assumir diferentes formas, num sistema isolado A proporção entre reagentes e produtos: um
como química (das ligações entre os átomos a energia se mantém mol de H2 reage com 1 mol de Cl2 para formar
e moléculas), térmica (calor) ou nuclear (das constante. Isso 2 mol de HCl;
partículas do núcleo dos átomos). No Sistema significa que toda A variação de energia para essa reação espe-
Internacional de Unidades (SI), a unidade de energia que parece cífica, que produz 2 mol de HCl, é ≅ –185 kJ.
medida da energia é o joule (J). ter desaparecido Para 1 mol de HCl, ∆H ≅ –92,5 kJ.
terá apenas se Se a variação de entalpia dessa reação é ne-
A energia não pode ser criada nem destruída, transformado de gativa (∆H < 0), então a energia foi liberada
apenas transformada de um tipo em outro. Toda química em outro como calor. Portanto, a reação é exotérmica.
substância guarda certa quantidade de energia tipo de energia, como
química, que se transforma em calor quando reage. elétrica, térmica, Repare que:
O total de energia armazenada nos reagentes e mecânica. A quantidade de energia liberada ou absorvida
nos produtos de uma reação chama-se entalpia é proporcional à estequiometria da reação.
(H), medida em quilojoule (kJ). Numa reação TOME NOTA Na produção de 2 mol de HCl, o calor liberado
química, a entalpia dos produtos e a dos rea- vale, aproximadamente, 185 kJ, então, para a
gentes varia. A variação de entalpia é dada por A combustão do etanol é produção de 4 mol de HCl, essa quantidade
uma reação exotérmica, é duas vezes maior (≅ 370 kJ).
∆H = Hp – Hr , em que libera energia térmica. A quantidade de energia armazenada numa
∆ H é a variação de entalpia; Veja: substância depende de seu estado físico. O
C2H6O(l) + 3 O2(g) estado gasoso é o de maior entalpia, e o sólido,
Hp é a entalpia dos produtos; o de menor. HCl em estado gasoso armazena
2 CO2(g) + 3 H2O(g) + calor mais energia do que no estado líquido porque
Hr é a entalpia dos reagentes. Hr > Hp ∆H < 0 as partículas têm maior energia cinética.
A pressão e a temperatura em que uma reação
Uma reação pode ser exotérmica ou endotérmi- A fotossíntese é uma ocorre também importam. Um gás comprimi-
ca. Numa reação exotérmica – aquela que libera reação endotérmica: do ou aquecido tem mais energia do que um
calor –, a entalpia dos produtos (Hp) é menor que 6 CO2(g) + 6 H2O(l) + calor sob temperatura e pressão normais.
a dos reagentes (Hr). Se Hp < Hr, ∆H < 0. Inversa-
mente, numa reação endotérmica, a entalpia dos C6H12O6(aq) + 6 O2(g) Sempre que ocorre uma mudança do estado
produtos (Hp) é maior que a dos reagentes (Hr). Hr < Hp ∆H > 0 físico, a energia armazenada no sistema se altera
Se Hp > Hr, ∆H > 0. e, consequentemente, a entalpia das substâncias.
Veja:
Entenda bem: a energia química fica arma-
zenada nas ligações entre os átomos dos reagen- sólido líquido gasoso
tes. Quando ocorre a reação, essas ligações se Hs < Hl < Hg
rompem e os átomos se reorganizam em novos Então essas transições são endotérmicas.
compostos. Se a energia necessária para manter
as novas ligações é menor do que aquela que Então, no sentido inverso, quando a tempe-
mantinha as ligações dos reagentes, a diferença ratura cai:
é liberada como calor.
gasoso líquido sólido
Se, ao contrário, a energia necessária para Hg > Hl > Hs
manter as novas ligações é maior, então a reação Essas transições são exotérmicas.
absorve calor do ambiente. Esse calor absorvido
será armazenado nos produtos sob a forma de Sublimação (endotérmica)
energia química.
Fusão Vaporização
Como varia a entalpia (endotérmica) (endotérmica)

Em laboratório é possível medir a energia ab- SÓLIDO LÍQUIDO GASOSO
sorvida ou liberada numa reação. A quantidade
de calor envolvida numa reação é descrita numa
equação termoquímica.

A equação da reação que transforma os gases
hidrogênio e cloro em ácido clorídrico é:

H2(g) + Cl2(g) 2 HCl(g) Solidificação Liquefação
∆H ≅ –185 kJ (25 °C, 1 atm) (exotérmica) (exotérmica)

A equação fornece os seguintes dados: Sublimação (exotérmica)

NANI GOIS 83GE QUÍMICA 2017

MATÉRIA E ENERGIA TERMOQUÍMICA

A variação da entalpia é representada em dia- Sabendo-se a quantidade de calor liberada
gramas de entalpia. Veja o diagrama para uma por diferentes combustíveis, pode-se comparar
reação exotérmica e outra, endotérmica: o valor energético de cada um deles – ou seja,
quanta energia cada um rende no motor de um
Hr H2 (g) + Cl2 (g) H2 (g) + 2 Cl2 (g) � 2 HCl2 (g) veículo, por exemplo.

Entalpia ∆H = – 185 kJ Entalpia-padrão

2 HCl (g) Em laboratório, consegue-se medir apenas a
Hp variação de energia de uma reação. Para fazer
previsões quanto ao calor liberado ou absorvido
Caminho da reação (tempo) de uma reação – e, daí, definir a energia química
de cada substância –, os químicos criaram um
Hp 2 Hl (g) padrão e, a partir dele, uma escala relativa – a
entalpia-padrão (H0).
Entalpia H2 (g) + l2 (g) ∆H = + 52 kJ
Hr H2 (g) + I2 �(g) 2 Hl (g) Numa reação de combustão, falamos em en-
talpia-padrão de combustão. Nas reações que
Caminho da reação (tempo) formam uma substância composta a partir de
substâncias simples, falamos em entalpia-pa-
ENTALPIA VAI, ENTALPIA VEM A primeira reação é exotérmica, CONDIÇÕES-PADRÃO drão de formação. A entalpia-padrão é sempre
e a segunda, endotérmica. Nos diagramas, a medida de As condições-padrão dada para a substância em seu estado físico mais
entalpia está indicada no eixo vertical. O ponto Hr é a medida são: temperatura de comum nas condições-padrão. Por convenção,
de entalpia dos reagentes. Repare que essa entalpia permanece as substâncias simples (compostas de um único
constante enquanto a reação não tem início. Quando a reação 25 °C e pressão de elemento químico, como C(s), O2(g), H2(g) e Fe(s))
se completa, a entalpia dos produtos (Hp) está num ponto 1 atmosfera (atm). têm entalpia zero.
diferente, no eixo vertical – acima ou abaixo do ponto Hr. Isso É nessas condições
significa que a entalpia variou. A diferença de altura entre as que são definidas a Entalpia de formação
duas retas indica a medida da variação de entalpia (∆H) de entalpia de qualquer
cada uma das reações, e o sentido dessa variação mostra se a Os gases hidrogênio (H2) e oxigênio (O2) são
reação é exotérmica ou endotérmica. substância e a substâncias simples e, por isso, têm entalpia-pa-
entalpia-padrão de drão zero. Mas, ao reagir, os dois gases produzem
Combustão água. Essa é uma reação exotérmica:
qualquer reação.
Toda combustão é uma reação na qual um O expoente zero H2(g) + ½ O2 (g) � H2O (l) ∆H0 = – 286 kJ
combustível reage com o comburente oxi- sobre o H, em H0 ou
gênio (O2) liberando energia – ou seja, toda ∆H0, significa que a Como a água é o único produto formado pela
combustão é uma reação exotérmica. entalpia e sua variação reação, podemos dizer que toda a entalpia está
foram calculadas nas moléculas de água. Esse valor é chamado
A combustão completa de uma substância nessas condições. entalpia-padrão de formação (∆H0f). O valor
orgânica (que contém carbono) ocorre quando, da entalpia-padrão de formação é sempre cal-
na reação com o oxigênio do ar, formam-se gás culado para um mol da substância produzida.
carbônico (CO2) e água (H2O). A respiração é
uma combustão completa: o oxigênio inalado Todas as substâncias têm a entalpia de for-
“queima” os alimentos, liberando energia. mação medida em laboratório. Veja a entalpia-
padrão de formação de algumas delas:
Quando falta oxigênio, ocorre a combustão
incompleta, cujos produtos são monóxido de ENTALPIA-PADRÃO DE FORMAÇÃO
carbono (CO) e fuligem. A combustão incompleta
libera menos calor que a completa – ou seja, para Substância ∆H0f (kJ/mol)
uma mesma quantidade de combustível, a com-
bustão incompleta produz menos energia. Veja: LiH –90,5

Combustão completa: BeH2 –19,3
CH4(g) + 2 O2(g) � CO2(g) + 2 H2O(g) B2H6 (g) 35,6
∆H = – 802 kJ/mol CH4 (g)
Combustão incompleta: NH3 (g) –74,8
CH4(g) + 3/2 O2(g) � CO(g) + 2 H2O(g) H2O –46,1
∆H = – 520 kJ/mol HF(g) –285,3
–271,1
84 GE QUÍMICA 2017

NA PRÁTICA • Caminho 1: o CO2 pode se formar por combustão com-
pleta do grafite:
VARIAÇÃO DE ENTALPIA
C (s) + O2 (g) CO2 (g) ∆H = –393 kJ/mol
Nas provas de vestibular, a entalpia-padrão de
formação costuma ser dada no enunciado. Veja como • Caminho 2: o CO2 pode se formar, também, por duas
trabalhar com esses valores: etapas de combustão:

Qual é o calor envolvido na obtenção de gás Etapa I : C (s) + ½ O2 (g) CO (g)
hidrogênio pela reação entre água e gás metano?
Dados: a equação: CH4 (g) + H2O(g) → CO(g) + 3 H2 (g) ∆H1 = –110 kJ/mol (combustão incompleta)
∆Hf0 dos compostos:
• CH4(g) = –75 kJ/mol Etapa II: CO (g) + ½ O2 (g) CO2 (g)
• H2O(g) = –286 kJ/mol
• CO(g) = –108 kJ/mol ∆H2 = –283 kJ/mol (combustão completa)

• A entalpia dos reagentes é a soma da entalpia da Organizando e somando as equações do caminho 2:
Etapa I: C (grafite) + 1/2 O2(g) CO(g) ∆H1 = –110 kJ/mol
água e a do metano: Hr = – 286 – 75 = – 361 Etapa II: CO(g) + 1/2 O2(g) CO2(g) ∆H2 = –283 kJ/mol

• A entalpia dos produtos é a soma da entalpia do CO A soma das equações, passo a passo:

e a do gás hidrogênio: Hp = –108 + 0 = –108 • Eliminamos substâncias que foram formadas na etapa

• A variação de entalpia é ∆H = Hp – Hr 1 e consumidas na etapa 2 – o CO;

Então ∆H = –108 – (–361) = 253 kJ • Somamos o número de moléculas das substâncias
O valor da entalpia é positivo. Portanto, esta reação
é endotérmica. restantes: ½ O2 + ½ O2 = 1 O2;

Lei de Hess • Somamos, também, as variações de entalpia das duas

Em 1840, o russo Germain Henri Hess ve- etapas: ∆H = –110 – 283 = –393 kJ/mol
rificou que a quantidade de energia térmica
liberada numa reação não depende de seu ca- • A equação que resulta da soma é o que se chama reação
minho, apenas dos estados inicial e final da
reação. A lei de Hess afirma que a variação de global – uma equação que representa a reação direta,
energia térmica num processo químico depende sem as etapas intermediárias:
somente das propriedades das substâncias nos
estados inicial e final. Essa variação é a mesma, Etapa I: C (grafite) + 1/2 O2(g) CO(g) ∆H1 = –110 kJ/mol
não importando se o processo se realiza em um Etapa II: CO(g) + 1/2 O2(g) CO2(g) ∆H2 = –283 kJ/mol
ou em diversos estágios.
Reação global: C(grafite) + O2(g) CO2(g) ∆H = –393 kJ/mol

Compare o resultado dessa soma com a reação de com-
bustão completa do carbono (caminho 1). E confirme
a lei de Hess:

• A reação global é a reação do caminho 1;
• A soma das variações de entalpia das duas etapas do

caminho 2 (∆H1 e ∆H2) é igual à variação de entalpia
da reação global.

NA PRÁTICA A lei de Hess num diagrama de entalpia dessa reação:

LEI DE HESS 0 C (grafite) + 1/2 O2 (g)
∆H1 = –110 kJ/mol
O dióxido de carbono (CO2) pode ser gerado da com- CO (g) + 1/2 O2(g)
bustão do carbono grafite, por duas reações distintas. Entalpia –110
Veja: GRAFITE
O grafite é um ∆H = – 393 kJ/mol ∆H2 = –283 kJ/mol
início fim alótropo do carbono –393 CO2(g)
Cgrafite + O2 (g) CO2(g) – ou seja, uma dentre
combustão várias substâncias Caminho da reação
completa compostas apenas de
átomos de carbono.
combustão combustão Outro alótropo do DIRETO OU COM ESCALAS O diagrama mostra a variação de
incompleta completa carbono é o diamante. entalpia de duas reações que, em sequência, produzem CO2.
A diferença entre A reação 2 ocorre entre o CO produzido na primeira reação
CO(g) + 1/2 O2(g) eles é a conformação com O2, resultando em CO2, numa combustão completa.
estado geométrica em que os A soma das duas variações de entalpia é a variação de
átomos se organizam. entalpia da reação global: ∆H = ∆H1 + ∆H2 = –393 kJ/mol.
intermediário

85GE QUÍMICA 2017

MATÉRIA E ENERGIA TERMOQUÍMICA

ATENÇÃO A matemática das reações Trocamos o sinal de ∆H. Ficamos assim:
III. CO2 + 2 H2O → CH4 + 2 O2 ∆H = 889,5 kJ
É comum que as Ao calcular a variação de entalpia pela lei de
equações químicas Hess, comparamos duas ou mais reações quími- • Agora é só somar: eliminar o que foi produzido
tragam coeficientes cas. Nesse caso, é comum que precisemos somar
em frações. É o que as equações. Essa soma segue as regras para a numa etapa e consumido numa etapa seguinte.
acontece na equação da soma de equações matemáticas. E, assim como É fácil identificar, dos dois lados da equação:
formação da água aqui na matemática, em química pode-se usar uma
apresentada, em que série de truques para resolver a conta: multipli- • Na equação I existe 1 O2. Na II existe outro O2. Então
1 H2 reage com car, dividir ou inverter as equações para obter
½ O2. Meio O2 não os coeficientes estequiométricos necessários. temos 2 O2 reagentes. Em III temos os mesmos 2 O2,
significa meia molécula, Entenda, a seguir, a lógica dessa soma. agora como produto. Cancelamos todos os O2.
mas meio mol de
moléculas de oxigênio NA PRÁTICA • Em I temos CO2 como produto. O mesmo CO2
(3 . 1023 moléculas). As
frações são necessárias SOMA DE EQUAÇÕES QUÍMICAS aparece em III, agora como reagente. Cancelamos.
quando se calcula a A formação do metano é uma reação muito
entalpia-padrão (sempre • Em II temos 2 H2O como produto. Em III os mesmos
para um mol) de uma lenta e envolve uma série de reações secundárias.
substância formada. 2 H2O aparecem como reagentes. Cortamos.

A variação de entalpia (∆H) de cada uma dessas Quando não se tem mais nenhum termo a cortar,
chegamos à reação global:
C(graf.) + 2 H2(g) → CH4(g)

reações é dada abaixo :

I. C (graf) + O2(g) CO2(g) ∆H = –393 kJ/mol I. C (graf) + O2 (g) CO2 (g)
II. 2H2 (g) + O2 (g) 2 H2O(l)
II. H2(g) + 1/2 O2(g) H2O(l) ∆H = –285,5 kJ/mol III. CO2 (g) + 2H2O(l) CH4 (g) + 2 O2 (g)

III. CH4(g) + 2 O2(g) CO2(g) + 2 H2O(l) ∆H = –889,5 kJ/mol C (graf) + 2 H2 (g) CH4 (g)

Para calcular a variação total de entalpia nessas Falta apenas calcular a variação de entalpia da reação
reações, somamos as equações. A soma nos leva ao global. A lei de Hess diz que, não importa o caminho,
essencial: a reação global. Passo a passo: a formação de uma substância sempre vai liberar ou
absorver a mesma quantidade de energia. Então, ∆H
• Queremos resumir as três equações na equação dessa reação global é a soma da ∆H de cada uma das
reações parciais:
da reação global. Para isso, precisamos eliminar as ∆H = –393 – 571 + 889,5 = –74,5 kJ
etapas intermediárias – os produtos de uma reação
que são os reagentes da reação seguinte. Repare A reação global da formação de metano e a variação
que, no nosso exemplo, três substâncias aparecem de entalpia dessa reação são, então:
em diferentes equações: C(graf.) + 2 H2(g) → CH4(g) ∆H = –74,5 kJ
• O2 (I , II e III)
• CO2 (I e III)
• H2O (II e III)

• Mas a quantidade da água (H2O) não é a mesma: a ATENÇÃO

reação II produz um mol de água; a reação III produz Na soma de equações químicas, podemos multiplicar,
2 mol. Para igualar essas quantidades, multiplicamos dividir ou inverter as equações para obter os
a equação II por 2. A variação de entalpia é dada coeficientes estequiométricos necessários. Mas não
para cada mol. Então, se dobrarmos a quantidade de se esqueça de que:
mol nessa equação, teremos de dobrar, também, a • Ao inverter uma equação, o sinal algébrico de sua
variação de entalpia. Ficamos com:
∆H também é invertido;
II. 2 H2 + O2 → 2 H2O ∆H = –571 kJ • Se a equação tiver os coeficientes multiplicados

• O que procuramos é a reação global de formação ou divididos, ∆H deve ser multiplicado ou dividido
pelo mesmo valor;
do metano CH4. Mas, nas equações fornecidas, o • Na soma, quando substâncias iguais em reações
metano aparece na equação III como reagente, e diferentes estão de lados opostos, podemos
não como produto. Podemos inverter o sentido cancelá-las (ou simplificá-las, caso seus
da equação. Como a equação é invertida, o fluxo coeficientes sejam diferentes).
de energia também tem de ser invertido, de
exotérmica para endotérmica.

86 GE QUÍMICA 2017

MATÉRIA E ENERGIA REAÇÕES DE OXIRREDUÇÃO

ENERGIA À MÃO A bateria dos celulares é um dispositivo que transforma energia química em energia elétrica

Usinas portáteis

A energia elétrica de pilhas e baterias vem da transferência
de elétrons que ocorre numa reação química

Aenergia elétrica que abastece a maioria que recebe elétrons é o agente oxidante (es-
das residências no Brasil vem das usinas pécie que sofre redução e gera a oxidação da
hidrelétricas, por meio de fios. Mas a ele-
tricidade pode ser gerada e usada sem os fios outra espécie). Mantenha em mente:
de transmissão, em pilhas e baterias. Esses
PILHAS E BATERIAS dispositivos, que transformam energia quími- Agente redutor OXIDAÇÃO oxidado
São dispositivos de ca em energia elétrica, são fundamentais para
tecnologias utilizadas em celulares, notebooks AA
mesma natureza. e aparelhos de MP3.
A diferença é que a B REDUÇÃO B
bateria reúne uma Oxirredução Agente oxidante reduzido

série de pilhas. As pilhas e baterias convertem em energia QUEM DÁ, QUEM TIRA A substância A perde elétrons e, portanto, é oxidada
elétrica a energia química de substâncias em por um agente oxidante (B). A substância B, por outro lado, sofre redução
ESPÉCIE QUÍMICA seu interior, por meio de uma reação de oxir- porque recebe os elétrons cedidos por A, que é o agente redutor.
É a expressão redução ou de oxidação-redução, em que
espécies químicas transferem elétrons de uns
genérica a átomos, para outros. Nas reações por transferência de
íons e moléculas. elétrons, a espécie química que doa elétrons é o
agente redutor, que sofre oxidação. A espécie
ISTOCK
87GE QUÍMICA 2017

MATÉRIA E ENERGIA REAÇÕES DE OXIRREDUÇÃO

Acompanhe o raciocínio no exemplo a seguir O QUE ISSO TEM A Pilhas
de uma reação de oxirredução do zinco metálico VER COM FÍSICA
(na placa) e uma solução de sulfato de cobre: O que ocorre no Você viu: na reação entre a placa de zinco
e o sulfato de cobre, o zinco se oxida ao doar
Cu2+ LÂMINA DE ZINCO interior de uma pilha elétrons aos cátions de cobre soltos na solução.
SO24- (CINZA) ou bateria tem a Por sua vez, os cátions de cobre que recebem
Zn0 os elétrons do zinco se depositam como cobre
CuSO4 Zn(S) Zn(S) ver com conversão metálico na superfície da placa de zinco.
(azul) de energia. Esses
dispositivos, Uma pilha nada mais é do que um dispositivo
APÓS CERTO NA SUPERFÍCIE tratados na física em que essa transferência de elétrons ocorre
TEMPO DO ZINCO DEPOSITA-SE como geradores, de maneira ordenada, ao longo de um fio, que
UM METAL AVERMELHADO transformam a conecta os dois metais. O inglês John Frederic
(Cu(s)) energia química Daniell construiu uma pilha eficiente. Veja:
das substâncias
CuSO4 (aq) A SOLUÇÃO A PILHA DE DANIELL
FICA INCOLOR em seu interior em e–
energia elétrica.
Na placa, os átomos de zinco (Zn) estão unidos 4 fio condutor e–
por ligações metálicas. Essa eletricidade é
Já no sulfato de cobre (CuSO4), que é um sal, conduzida até um 1 ponte 2
os átomos se mantêm coesos por ligações receptor, que fará salina
iônicas (sobre os tipos de ligação atômica, nova conversão, agora Zn2+ e– e– Zn2+
veja o capítulo 1). O sulfato de cobre está da eletricidade para e– e– 6
dissolvido em água (H2O). outra modalidade de
Em solução, as moléculas H2O separam os energia – mecânica Zn2+ e– e– Zn2+ Cu2+ e– e– Cu2+
íons do CuSO4: de um lado, os cátions de cobre e– e– Cu2+
(Cu2+), de outro, os ânions de sulfato (SO42-). (movimento das Zn2+ 3 Zn2+ e– e–
Agora entra o zinco: a reação entre Zn e o lâminas de um
sulfato de cobre libera na solução de íons Zn2+. 5 Cu2+
O cobre metálico fica depositado sobre a placa liquidificador), térmica
de zinco. A equação química que representa (aquecimento do
esse processo é:
Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu chuveiro elétrico) ou
Nessa reação, o zinco transferiu elétrons para radiante (acendendo
o íon Cu2+. O zinco, então, que doou elétrons,
sofreu oxidação, e o íon cobre, que recebeu os faróis de um
elétrons, sofreu redução. Daí o nome reação veículo).
de oxirredução.
11. Uma barra de zinco foi mergulhada numa solução de sulfato de
Essa reação pode ser entendida em duas eta- zinco, carregada de íons de zinco. Esse é o eletrodo de zinco.
pas sequenciais:
2 . Outra barra, de cobre, foi mergulhada numa solução de sulfato de
Oxidação do Zn, que doa dois elétrons e se cobre, que contém íons de cobre. Esse é o eletrodo de cobre.
transforma num cátion:
Zn Zn2+ + 2 e– 3 . Como o zinco tem maior tendência a se oxidar (a perder elétrons),
Redução do cátion Cu2+, que recebe os dois
elétrons cedidos por Zn: a barra solta na solução íons Zn2+. Ficam na placa os elétrons que
Cu2+ + 2 e– Cu
foram abandonados (e–). O zinco sofre oxidação e se torna o polo

negativo da pilha, ou anodo.
44. Um fio condutor faz com que os elétrons cedidos pelo zinco

cheguem à barra de cobre. Se o fio passar por uma lâmpada

elétrica, ela se acenderá.
55. Os elétrons que chegam à barra de cobre se unem aos íons Cu2+

da solução, reduzindo-os e transformando-os em cobre metálico.

O eletrodo em que ocorre a redução é o catodo, ou polo positivo.

66. Um tubo contendo uma solução de sal une as cubas com as duas
soluções. Essa ponte salina tem a finalidade de neutralizar as duas

soluções em torno dos eletrodos – ou seja, equilibrar o excesso de

íons de zinco, de um lado, e a falta de íons de cobre, de outro lado.

TOME NOTA

Oxidação Perda de elétrons 7 Com o tempo, a lâmina de zinco oxidada sofre corrosão e perde massa.
Redução Ganho de elétrons No catodo, por outro lado, a redução faz com que cada vez mais cobre
Agente oxidante Recebe elétrons metálico se prenda à superfície da barra, que ganha massa.
Agente redutor Fornece elétrons

88 GE QUÍMICA 2017

Potência de uma pilha Espontaneidade da reação

A potência de uma pilha é a facilidade com É bom lembrar que todas as pilhas funcionam
por reações espontâneas e apresentam sempre
que ocorre a transferência de elétrons de um um ∆E positivo (∆E > 0). Veja como se avalia a
espontaneidade de uma reação:
eletrodo a outro. Os químicos construíram uma
Fluxo de
escala de potenciais-padrão de redução e de elétrons

oxidação (E0red ou E0ox), que são medidos em
volts (V). A escala é baseada no hidrogênio, a

que foi atribuído potencial-padrão zero. Todas

as substâncias são comparadas ao hidrogênio. Ao Menor Eo Reação Maior Eo
red espontânea red
comparar duas espécies, a de maior E0 recebe
red MMaaeimoieoerdlrélretéteteterdcnroneoodndbanêsêersnnrcciaia Reação Maior tendência
não espontânea de receber
elétrons, e a de menor doa elétrons. elétrons

Tabela de potenciais padrão (25 0C)

Forte poder Forma oxidada Forma reduzida Fraco poder Como escrever a equação global de uma pilha:
oxidante O2(g) + 2 H2O(l) + 4 e– 4 OH–(aq) 0,40 V redutor Escreva a semirreação no sentido da redução
e copie o valor de E0red;
Cu2+(aq) + 2 e– Cu(s) 0,34 V Escreva a semirreação no sentido da oxidação
e inverta o sinal do valor de E0red;
Sn4+(aq) + 2 e– Sn2+(aq) 0,15 V Se necessário, multiplique as equações para
2 H+(aq) + 2 e– H2 (g) 0V igualar o número de elétrons cedidos ao nú-
mero de elétrons recebidos;
Pb2+(aq) + 2 e– Pb(s) – 0,13 V O valor do potencial-padrão dos eletrodos não
deve ser multiplicado, pois não depende da
Ni2+(aq) + 2 e– Ni(s) – 0,26 V quantidade de elétrons doados ou recebidos;
Por fim, some as equações para obter a rea-
Fraco poder Forte poder ção global.

oxidante Cd2+(aq) + 2 e– Cd(s) – 0,40 V redutor

Entenda a tabela:

Todo material com E0 negativo tem menor
red

potencial que o hidrogênio de sofrer redução.

São espécies químicas que tendem a doar

elétrons ao íon H+. NA PRÁTICA

Os materiais com E0 positivo têm maior
red

potencial que o hidrogênio de sofrer redução. EQUAÇÃO GLOBAL

Tendem a receber elétrons de H2.

O potencial de oxidação de um material tem Monte a equação da pilha formada por eletrodos de

o mesmo valor que seu potencial de redução, cobre (Cu) e prata (Ag), dados os potenciais-padrão de

só que com o sinal invertido. Por exemplo: redução abaixo:

Potencial de redução: Zn2+(aq) + 2 e– Zn(s) Cu2+(aq) + 2 e– Cu (s) Ered = + 0,34 V

E0 = – 0,76 V Ag+ (aq) + e– Ag (s) Ered = + 0,80 V
red

Potencial de oxidação: Zn(s) Zn2+(aq) + 2 e– • Das duas substâncias, Cu2+(aq) tem o menor
Eo0x = + 0,76 V
potencial de redução – sofre oxidação. Já Ag+(aq) tem

maior potencial de redução – sofre redução.
• A semirreação do cobre no sentido da oxidação é:
Quanto maior for a diferença de potencial
de redução de duas espécies químicas, maior Cu(s) Cu2+(aq) + 2 e– Eox = – 0,34 V
será a capacidade dessas substâncias de doar
e receber elétrons em uma pilha. Para calcular • A semirreação da prata no sentido da redução é:
essa diferença de potencial (∆E), somamos o
potencial de redução da espécie que sofre re- Ag+(aq) + e– 1 Ag (s) Ered = + 0,80 V
dução ao potencial de oxidação da espécie que • Multiplicamos a reação de redução da prata por
sofreu oxidação. No caso do zinco e do cobre:
2 para igualar o número de elétrons recebidos ao

número de elétrons doados:

2 Ag+ (aq) + 2 e– 1 2 Ag (s) Ered = + 0,80 V
• Somando as equações:
Anodo: Zn(s) Zn2+(aq) + 2e– E0ox = + 0,76 V
Catodo: Cu2+(aq) + 2e– Cu(s) 2 Ag+(aq) + 2 e– 2 Ag(s) E0ox = + 0,80 V
E0 = + 0,34 V Cu(s) Cu2+(aq) + 2 e–
red E0 = – 0,34 V
red

Reação global: Zn(s) + Cu2+(aq) Zn2+(aq) + Cu(s) 2 Ag+(aq) + Cu(s) Cu2+(aq) + 2Ag(s) ∆E = (E0ox + E0 ) = 0,46 V
red

∆E = (Eo0x + E0 ) = 1,10 V Esta é a equação da reação global pedida.
red

89GE QUÍMICA 2017

MATÉRIA E ENERGIA ENERGIA NUCLEAR

Transformações
no núcleo

Quando perde partículas nucleares,
um átomo emite radiação e o
elemento químico se transforma
em outro, mais leve

DIAGNÓSTICO EM DETALHES As imagens de tomografia computadorizada são obtidas da radiatividade emitida por fármacos usados para o exame

O campo de estudo da química não se dedica ISÓTOPO RADIATIVO prótons aumenta muito, a força de repulsão entre
ao estudo do núcleo dos átomos, apenas Os chamados isótopos eles fica tão intensa que quantidade nenhuma de
ao dos elétrons, responsáveis pelas liga- nêutrons é capaz de mantê-los unidos.
ções atômicas. Mas conhecer o comportamento pesados de um
básico das subpartículas nucleares – prótons e elemento químico são Na natureza, a desintegração do núcleo ocorre
nêutrons – é importante para algumas áreas da com átomos que tenham mais de 83 prótons.
química. Por exemplo, para a produção de subs- aqueles que contêm Na tabela periódica, a partir do elemento de
tâncias que, injetadas no organismo humano, per- mais nêutrons que número atômico 84 (Z = 84), todos os núcleos
mitam o diagnóstico por imagem. Para fabricar o tipo mais comum são instáveis. Além disso, praticamente todos
tais medicamentos, os químicos e bioquímicos de isótopo desse os elementos químicos têm algum isótopo ra-
precisam conhecer um pouco de física nuclear. elemento. diativo – aquele em que o número de nêutrons
é muito maior que o de prótons.
Estabilidade nuclear
Na natureza tudo busca a estabilidade. Assim
Comece se perguntando: como é possível que também os núcleos instáveis sofrem alterações
os prótons permaneçam unidos no núcleo, uma espontâneas em sua constituição, em busca
vez que todos têm carga positiva e, portanto, de estabilidade. Para isso, os núcleos emitem
deveriam se repelir? Em primeiro lugar, o núcleo partículas ou energia.
está sujeito a um grande número de forças, mui-
tas delas ainda pouco conhecidas. Ainda assim, TOME NOTA
podemos dizer que a estabilidade do núcleo é
dada pelo equilíbrio entre o número de prótons Existem núcleos instáveis mesmo com Z < 84, pois
e o de nêutrons. Quanto mais prótons existirem, não é somente o número de prótons que determina
mais nêutrons serão necessários para manter o a instabilidade do núcleo, mas também a relação
núcleo inteiro. No entanto, se a quantidade de entre esse número e o de nêutrons.

90 GE QUÍMICA 2017

Emissões radiativas Partículas beta (–1 b0)

A energia e as partículas emitidas por um Elétrons, prótons e nêutrons são formados
núcleo instável são genericamente chamadas pela combinação de outras partículas ainda
de radiação, e os isótopos que as emitem são menores, os quarks. É importante saber que os
denominados radionuclídeos, ou radioisótopos. quarks existem para compreender outro tipo de
Existem três tipos de radiação. emissão radiativa, a radiação beta ( b).

Partículas alfa (2a4) Assim como a radiação a, a b também é emitida
quando um núcleo instável se rearranja para ficar
São emissões nucleares constituídas de partí- estável. Só que, nesse caso, são os quarks dentro
culas que contêm dois prótons e dois nêutrons. de um nêutron que se recombinam. O nêutron
Representamos essa partícula pela letra grega desaparece, transformado em próton, elétron e
a . O radionuclídeo que emite uma partícula a antineutrino (outra subpartícula atômica, não
tem seu número atômico (Z) diminuído em duas estudada no Ensino Médio). Genericamente:
unidades e seu número de massa (A) diminuído
em quatro unidades. nêutron próton + elétron + antineutrino

2a4 Um elétron pode surgir da recombinação dos
quarks. Esse elétron e o antineutrino resultantes
Número de prótons Número de prótons + nêutron são liberados do núcleo e recebem o nome de ra-
(número atômico = Z) (número de massa = A) diação b. As partículas beta são indicadas assim:

Lembre-se: um elemento químico é identifi- –1 b0
cado por seu número de prótons (veja o capítulo
1). Então, se um elemento emite uma partícula O número de Mas o número de massa
alfa – e, portanto, perde dois prótons –, ele se prótons aumenta permanece o mesmo
transforma em outro, com número atômico (Z)
duas unidades menor. Quando isso acontece, A radiação b transforma um nêutron em pró-
dizemos que o elemento sofreu decaimento ton. Então, o número atômico Z do novo núcleo
radiativo. Genericamente: fica maior. Mas o número de massa A (a soma de
prótons e nêutrons) não se altera. Genericamente:
ZXA + Y2 a 4
(A – 4)
(Z – 2)

O elemento ...quando ...libera dois ...se transforma ZXA –1 b 0 + YA
radiativo X, sofre prótons no elemento Y,
com número decaimento... e dois com Z menor em (Z + 1)
atômico Z nêutrons e... duas unidades
e número e A menor em O elemento ...quando ...perde um ...se transforma no
de massa A... quatro unidades. químico X, com sofre nêutron, elemento Y, com um
número atômico decaimento... mas ganha próton (Z + 1) a mais,
Z e número um próton e... mas mesmo número
de massa A... de massa A.

NA PRÁTICA NA PRÁTICA

DECAIMENTO RADIAÇÃO BETA

O elemento químico rádio (Ra), com 88 prótons, faz O elemento césio (Cs) emite uma partícula b e se transforma
parte do grupo de elementos radiativos. Quando sofre em bário (Ba). Mas o número de massa (A) permanece o mesmo.
decaimento, transforma-se no elemento radônio (Rn).

88Ra226 86Rn222 55Cs137 56Ba137

2a 4 b0 Repare que nem o césio (Cs),
nem o bário (Ba) têm Z > 83.
88Ra226 2 a 4 + 86 Rn222 -1 No entanto, como esses
isótopos têm mais nêutrons
Repare que o radônio (Rn) também é radiativo (Z > 84). Então ele deve 55Cs137 –1 b 0 + 56Ba137 do que prótons no núcleo,
decair para outro elemento. ambos são radiativos.

NELLIE SOLITRENICK 91GE QUÍMICA 2017

MATÉRIA E ENERGIA ENERGIA NUCLEAR

Raios gama (0c0) Massa (kg) A MEIA-VIDA EM GRÁFICO

Não são partículas, mas ondas eletromag- 1,2
néticas (semelhantes às da luz). Essas ondas 1
são emitidas pelo núcleo imediatamente após
a saída de partículas a ou b. Ao emitir ondas 0,8
eletromagnéticas, o núcleo não altera suas par- 0,6
tículas, apenas o nível de energia.

NA PRÁTICA 56Ba37 0,4

RADIAÇÃO GAMA 0,2
0
56Ba137 0 10 20 30 40 50 60 Anos

VAI SUMINDO, SUMINDO, SUMINDO... O gráfico “massa por tempo”
mostra o ritmo de decaimento radiativo de um radionuclídeo qualquer.
Veja que a massa inicial era de 1 kg. Passados cerca de 12 anos, essa massa
cai 50% – resta apenas 0,5 kg. Basta ler esse trecho do gráfico para concluir
que a meia-vida desse elemento químico é de cerca de 12 anos.

c0 NA PRÁTICA

-1 A MEIA-VIDA MEIA-VIDA
(ou período de
56Ba137 0 c 0 + 56Ba137 semidesintegração) A meia-vida do césio–137 (Cs137) é de 30 anos. Se
de um radioisótopo tivermos 12 gramas desse elemento, após quanto
O elemento Ba, recém-formado, libera raios gama, mas não é o tempo tempo sua massa será reduzida para 0,75 grama?
altera seu número atômico nem seu número de massa. necessário para
Apenas fica mais estável em termos de energia. a desintegração • Para o Cs137, t½ = 30 anos.
de metade dos • Então, a cada 30 anos, a quantidade de césio cairá
Meia-vida átomos existentes
em qualquer pela metade:
Uma amostra radiativa sempre diminui de massa quantidade desse
com o passar do tempo, pois parte dos átomos se isótopo. Indica-se t 1/2 t 1/2 t 1/2 t 1/2 0,75g
desintegra, transformando-se em átomos de outros meia-vida por t½ . 12g 6g 3g 1,5g
elementos. Quanto maior o tempo transcorrido do
início de uma reação nuclear, menor a quantidade ATENÇÃO 30 anos 30 anos 30 anos 30 anos
de átomos originais que permanecem intactos.
Essa redução sofrida pela amostra é indicada pela Meia-vida refere-se Portanto, serão necessários 120 anos – ou 4 meias-vidas
unidade meia-vida. à quantidade do – para que os 12 g de Cs137se reduzam a 0,75 g.
material radiativo que
A meia-vida do radônio-222 (Rn222), por exem- permanece intacto. Tipos de reação nuclear
plo, é de 3,8 dias. Isso significa que, a cada 3,8 dias, O restante do material,
qualquer massa desse radioisótopo cai pela me- produto do decaimento, A transformação de um elemento químico em
tade. Se a massa inicial for de 10 gramas de Rn222, não desaparece, apenas outro é chamada transmutação. Pela radiativi-
depois de 3,8 dias restarão 5 gramas. Passados não é mais o elemento dade, um átomo pode transmutar-se em outro,
outros 3,8 dias, a quantidade cairá, novamente, químico original. de maneira natural, pela emissão espontânea de
pela metade, para 2,5 gramas, e assim por diante. partículas alfa ou beta. Mas um átomo pode sofrer
transmutação, ainda, pela ação de um agente
Cada elemento tem seu período de semidesin- externo – por exemplo, ao ser bombardeado com
tegração (t1/2). O esquema a seguir mostra como outras partículas.
a massa de uma amostra de elemento radiativo
qualquer cai na proporção de sua meia-vida. Ernest Rutherford realizou a primeira trans-
mutação artificial, em 1919, ao bombardear áto-
100% 50% 25% 12,5% 6,25% mos de nitrogênio com partículas a e obter
amostra átomos de oxigênio mais um próton solto. Foi
inicial a primeira vez que se “fabricou” um elemento
químico a partir de outro, em laboratório. Veja
m0 m0 m0 m0 m0 a reação dessa transmutação:
2 4 8 16

m0 é a massa inicial da amostra radiativa. 7N14 + 2 a 4 8O17 + 1p1

92 GE QUÍMICA 2017

Os nêutrons são os agentes de transmutação TOME NOTA A velocidade em que a reação em cadeia ocor-
mais utilizados, pois são as únicas partículas re faz toda a diferença. Se ela não for controlada,
atômicas que não têm carga elétrica. Assim, Não existe na natureza a reação libera toda a energia num curtíssimo
não são repelidos pelos prótons (positivos) do nenhum elemento período. É a bomba atômica. Mas, se a reação
núcleo do átomo bombardeado. Existem outros for controlada, a energia é liberada aos poucos.
dois tipos de reação nuclear: a fissão e a fusão. químico estável com É o que ocorre nas usinas nucleares, que geram
número atômico acima eletricidade, como a de Angra dos Reis, no Rio
Fissão nuclear de Janeiro.
de 92. Mas vários
Se um isótopo pesado de determinado ele- podem ser fabricados Fusão nuclear
mento químico é bombardeado com nêutrons em laboratório, a partir
de alta energia, esse isótopo pode se quebrar de bombardeamentos. Outro modo de transmutar um elemento
em núcleos menores. É o que se chama fis- químico em outro é fundindo seus núcleos. A
são nuclear. A fissão nuclear foi conseguida Todos esses átomos fusão nuclear é um processo inverso ao da fis-
em laboratório, pela primeira vez, em 1938, na superpesados se são. Nele, núcleos menores se unem e formam
Alemanha, quando uma amostra de urânio foi núcleos maiores. A reação de fusão também
bombardeada por nêutrons. mantêm inteiros por libera imensa quantidade de energia.
pouquíssimo tempo.
Numa fissão nuclear ocorre uma reação em E logo decaem para É a fusão nuclear que gera a energia das es-
cadeia. No caso do urânio: trelas, como o Sol: núcleos de hidrogênio se
outros, mais leves. fundem e formam o hélio, liberando nêutrons
um nêutron atinge um núcleo do isótopo U235; e energia na forma de vários tipos de radiação,
o choque quebra o núcleo em dois núcleos como luz visível e calor. A fusão do hidrogênio
menores (com menor número de massa A); em hélio é a principal fusão nuclear do Sol
ao ser fragmentado, o núcleo original emite (veja no infográfico abaixo). Mas não é a única.
dois ou três nêutrons; As estrelas são as usinas criadoras de todos os
esses nêutrons de novo se chocarão com elementos químicos existentes na natureza.
outros núcleos;
daí a grande quantidade de energia liberada FUSÃO NA ESTRELAS
na fissão nuclear.
1. O combustível principal
QUEBRA DO NÚCLEO do Sol é o hidrogênio, na
forma de dois isótopos, um
de número de massa A = 2
(com um nêutron), outro
de A = 3 (dois nêutrons)

2. Quando se chocam, esses
núcleos se fundem, criando
um núcleo de hélio (He), com
A = 4 (dois prótons e dois
nêutrons)

1H2 + 1H3 2He4 + 0n1 + energia 3. A fusão lança um nêutron,
que continua se chocando
aos núcleos de hélio. E o
hélio se choca com outros
núcleos, dando origem a
núcleos mais pesados

1. Um nêutron 2. O U236 3. Essa 4. Se esses A energia para que dois núcleos atômicos se
é lançado é pesado fissão deixa nêutrons se fundam é muito maior do que a exigida para a
contra o núcleo demais para se sobrando chocam com divisão nuclear. É que para juntar os prótons é
de um átomo manter inteiro, três outros outro átomo de preciso vencer a força de repulsão entre eles.
de urânio–235 e logo se nêutrons, que U235, a reação Por isso, a fusão ocorre apenas em ambientes
(U235). desintegra em de novo são voltará a ocorrer. de temperaturas extremamente altas, na casa
O núcleo dois núcleos lançados com A cada etapa dos milhões de graus Celsius. Os pesquisadores
absorve o menores, de alta energia da reação, é ainda não desenvolveram um processo econo-
nêutron e bário (Ba) e liberada imensa micamente viável e seguro de gerar energia pela
o átomo se criptônio (Kr) quantidade fusão nuclear.
transforma no de energia na
isótopo U236 forma de calor 93GE QUÍMICA 2017

COMO CAI NA PROVA

1. (Espcex-Aman 2016) O radioisótopo cobalto–60 ( 60 Co) é muito utilizado na b) Incorreta. Fissão nuclear é a quebra do núcleo e não a emissão de partículas α,
27 β e/ou . Estas radiações acontecem na desintegração natural de radioisótopos.

esterilização de alimentos, no processo a frio. Seus derivados são empregados c) Correta. Na bomba nuclear ocorre a fissão nuclear que é gerada pela liberação
de nêutrons que bombardearão outros núcleos.
na confecção de esmaltes, materiais cerâmicos, catalisadores na indústria
d) e e) Incorretas. Fusão nuclear ocorre quando um núcleo se combina a outro,
petrolífera, nos processos de hidrodessulfuração e reforma catalítica. Sabe-se formando átomos mais pesados. Isso acontece no Sol, no qual átomos de
hidrogênio se fundem e formam hélio, que se fundem e criam lítio, e assim por
que este radioisótopo possui uma meia-vida de 5,3 anos. Considerando os anos diante. As bombas nucleares não usam a fusão, mas fissão – a quebra dos núcleos.

com o mesmo número de dias e uma amostra inicial de 100 g de cobalto-60, Resposta: C

após um período de 21,2 anos, a massa restante desse radioisótopo será de: 3. (Enem 2015) A calda bordalesa é uma alternativa empregada no combate

a) 6,25 g b) 10,2 g c) 15,4 g d) 18,6 g e) 24,3 g a doenças que afetam folhas de plantas. Sua produção consiste na mistura de
uma solução aquosa de sulfato de cobre (II), CuSO4, com óxido de cálcio, CaO,
RESOLUÇÃO e sua aplicação só deve ser realizada se estiver levemente básica. A avaliação
rudimentar da basicidade dessa solução é realizada pela adição de três gotas
Segundo o enunciado, a cada 5,3 anos, a massa de cobalto-60 cai pela metade. sobre uma faca de ferro limpa. Após três minutos, caso surja uma mancha
Portanto, 5,3 anos é a meia-vida desse elemento químico radioativo. Descobrindo avermelhada no local da aplicação, afirma-se que a calda bordalesa ainda não
quantas meias-vidas estão contidas em 21,2 anos: está com a basicidade necessária. O quadro apresenta os valores de potenciais
21,2 = 4 meias-vidas padrão de redução (E0) para algumas semirreações de redução.
5,3

A amostra inicial é 100g e, a cada meia-vida a massa do cobalto-60 se reduz pela
metade. Portanto:
100 g ----5--,-3---a--n--o---s--→ 50 g -----5--,3---a--n---o--s--→25 g -----5--,-3---a--n--o---s-→ 12,5 g -----5--,-3--a---n--o--s--→ 6,25 g
Resposta: A

2. (Enem 2015) Semirreação de redução E0(V)

A bomba Ca2+ + 2e– → Ca –2,87
reduz neutros e neutrinos, e abana-se com o leque da
reação em cadeia. Fe3+ + 3e– → Fe –0,04

ANDRADE C. D. Poesia Completa e Prosa. Rio de Janeiro. Aguilar, 1973 (fragmento). Cu2+ + 2e– → Cu +0,34

Nesse fragmento de poema, o autor refere-se à bomba atômica de urânio. Cu+ + e– → Cu +0,52
Essa reação é dita “em cadeia” porque na
a) fissão do 235U ocorre liberação de grande quantidade de calor, que dá conti- Fe3+ + e– → Fe2+ +0,77

nuidade à reação. MOTTA, I. S. Calda Bordalesa: Utilidades e Preparo. Dourados: Embrapa, 2008 (adaptado).
b) fissão de 235U ocorre liberação de energia, que vai desintegrando o isótopo 238U
A equação química que representa a reação de formação da mancha aver-
enriquecendo-o em mais 235U.
c) fissão do 235U ocorre uma liberação de nêutrons, que bombardearão outros núcleos. melhada é:
d) fusão do 235U com 238U ocorre formação de neutrino, que bombardeará outros a) Ca(2a+q) + 2Cu(a+q) → Ca(s) + Cu(2a+q)
b) Ca(2a+q) + 2Fe(2a+q) → Ca(s) + 2Fe 3+
núcleos radioativos. (aq)
e) fusão do 235U com 238U ocorre formação de outros elementos radioativos mais c) Cu(2a+q) + 2Fe(2a+q) → Cu(s) + 2Fe(3a+q)
d) 3Ca(2a+q) + 2Fe(s)→ 3Ca(s) + 2Fe(3a+q)
pesados, que desencadeiam novos processos de fusão. e) 3Cu(2a+q) + 2Fe(s)→ 3Cu(s) + 2Fe(3a+q)

RESOLUÇÃO RESOLUÇÃO

Na bomba atômica acontece uma fissão nuclear, onde um isótopo pesado é bom- Se a solução de CuSO4 [Cu2+ e SO42–] foi aplicada a uma placa de ferro (Fe0), então
bardeado por nêutrons. Nesse bombardeamento, o núcleo se quebra em núcleos estão envolvidos no processo Cu2+ e Fe0. Devemos, então, trabalhar com as equações
menores gerando uma grande quantidade de energia e dando início a uma reação que envolvem Cu2+ e Fe0: fornecidas na tabela do enunciado. São duas:
em cadeia. No caso do urânio: Fe3+ + 3e– → Fe. E0(V) = –0,04
• um nêutron atinge um núcleo do isótopo 235U. Cu2+ + 2e– → Cu. E0(V) = +0,34
• o choque quebra o núcleo em dois núcleos menores (com menor número de massa).
• ao ser fragmentado, o núcleo original emite dois ou três nêutrons. Das duas substâncias, Fe3+ tem o menor potencial de redução – sofre oxidação. Já
• esses nêutrons de novo se chocarão com outros núcleos (a reação acontece de Cu2+ tem maior potencial de redução – sofre redução. A semirreação do ferro no
novo – reação em cadeia). sentido da oxidação é:
• daí a grande quantidade de energia liberada na fissão nuclear. Fe → Fe3+ + 3e– E0(V) = +0,04
Vide figura “Quebra do núcleo” na página 93.
A semirreação do cobre no sentido da redução será:
Analisando as alternativas: Cu2+ + 2e– → Cu E0(v) = +0,34
a) Incorreta. Não é o calor (energia liberada) que dá continuidade à reação, mas
Agora, multiplicamos a semirreção de oxidação do ferro por 2 e a semirreação do cobre
o choque dos nêutrons com outros núcleos. por 3 para igualar o número de elétrons recebidos ao número de elétrons doados:

94 GE QUÍMICA 2017

RESUMO

2Fe → 2Fe 3+ + 6e– MLoarteémriaipeseonedroglioar
3Cu 2+ + 6e– → 3Cu
LGIIBAEMRCAOÇRÃEOMEAAGBNSAOaRcÇcÃuOmDaEmE,NvuElRlaGmIA, cToÉrReMfeIuCmA aAusgrueearçiõt,essi
Somando as equações das semirreações, conseguimos descobrir a equação global: ebxlaomté,rqmuaicta. sLolirbseeraqmuaetnloerregricainteamfoarmccaumdeilcaulopru.tAnsuemndmoyténrit-
2Fe → 2Fe 3+ + 6e– mnuilclams aabdoitrveeamadetneetrugmiasaténrhmeincta.loQruinaintdaodiuomnsaeqsuibpsetâxnercoias
3Cu 2+ + 6e– → 3Cu sdoofrdeomlourdsaunmçazzdreiteasmtacdoorehrássuesmtrpurdedturainestfaeurêtnpcaitaindeuegnueergviea-.
2Fe + 3Cu 2+ ------G--l-o--b-a--l-------→ 2Fe 3+ + 3Cu lDeenpimenvduelnludpotadtaemcoundsaencçtaem, házzlribitewraisçmãoodouelaublspourtçaãtoumdeincaclionrg.
Resposta: E et lutdiamcom molSuumblsimanadçãipo.(endotérmica)

4. (Enem 2015) O aproveitamento de resíduos florestais vem se tornando tzEazAtrFidliAotClluuIDtpvtUaeNt(neeTinmsdDaFoiumrOtiésucãLrsmooOtnioBcsaOce)odRnmsseuinqscutiriluleadrnadme(eVrsneaatdopgcoonoetrmaéuizrgammfaeçiãiuoctoadgl)uiiaopmntautvlledanonieavsmeer
sustrud modigniam ipsuscillam, cor iliquat.
cada dia mais atrativo, pois eles são uma fonte renovável de energia. A figura Num vSoÓlLoIDboOr eraestionum inLÍgQeUnIDiaOtummy nulputeGmASvOenSOt amet
representa a queima de um bio-óleo extraído do resíduo de madeira, sendo DH1 iusto odignim quisis adiam aliquat vel esequip
a variação de entalpia devido à queima de 1 g desse bio-óleo, resultando em gás
carbônico e água líquida, e DH2 a variação de entalpia envolvida na conversão IS NULLA FEUSGolAidITifiacuaçtãvoenim nostrud mLiinquuetfwaçisãsoecte magnibh
de 1 g de água no estado gasoso para o estado líquido. et nim incilla(nexdorteérdmoiccao) mmy non he(nexdoiptéremuicfae)ugait lobore
magnim am, quisciduis nulluptatum venit in velendi gnisse-
Energia nit, sequat. Equat. UStubilliismciadçuãont(elxaotcéormimcay) nostion hendiam
commod dit velendrero diat, vel ing ex elit at pratin esectet
Bio-óleo + O2 nVAoRnIuAlÇlaÃnO hDeEnEiNaTmALdPoIAlo(r∆eHe)tÉaamqcuoarnetiddaodeudefaenceilrguitapeantv.oOlvsidtoa
onudmiaamreat,çãvoe,lemnetdpidrateemt nqouislotojocuolen(skeJq).uNiuslmuallraenadçãroemexoqtuéarmt aicma,
DH1 = 18,8 kJ/g daoelnotraelpmiavdeoliqs uparotudeutmosin(Hvpe)léesmeqenuoarmqnueonasdeofsacreipaigseimntezszr(iHurr)ee.
∆H < 0. Numa reação endotérmica, a entalpia dos produtos (Hp)
CO2 (g) + H2O (g) Ré CmIaLiIoQrUquAeTEaTdoVsUrLeLaAgeNnutetse(cHorm) em∆yHn>u0ll.aToordeamsuipbestrâonccoianseetcotdeat
DH2 = 2,4 kJ/g lrueamçãvoeltuêlmpuutmvealeiqnutiaslepxiae-rpoasdtirnãgoe(nHd0r)e, mroesdaiudtailais2a5to.CLes1toadtmo-.
LloeripdeercHietsios:daovlaurtipaaçtãouldlaeoernetarilupriaer(i∆t Hin)héesneimmpiruesacimbelasmata.,Gnaãiot
CO2 (g) + H2O (l) iamtupmormtaonldooresetioeptreoecer sipsoisdime fodritmwaiçsãloiposuudmecdoumnptovseilçiãsoadliequmata.
substância é direto ou em diversos estágios.
A variação de entalpia, em kJ para a queima de 5g desse bio-óleo resultando em NONUMMO LOBORERO etumsandrem dolorperatem do duis
aOcXidIRuRnEt DveUlÇuÃllOamet nosto coreet alis aliquipit vent adignisim
CO2 (gasoso) e H2O (gasoso) é: ipsuscipit in Del ut lutat aute mincill andipsustis do exeraestrud
a) –106 b) –94 c) –82 d) –21,2 euOmxidnaiçsãsoed essequÉaat npeorndauldpeuetlévtroolnosre tem adit er ip elenit ing
seitsRienriduluiltçluiãuoprteaett, slauomrevmÉenovigebarhnaheeolsesdseetoqelucétoirsnoi.nuEsmctneovnuulllalacfoamcilmitynnitulollraemm,
RESOLUÇÃO deAlgeesnttoe oexaidfaenutei blanEdspréecieeuqiutímeticlaamque recebe elétrons

A entalpia pode ser negativa (quando a reação libera energia) ou positiva (quando ISANgeUnLteLrAedFuEtoUrGAITEasuptécvienqiumímnicoasqtruueddomaienléuttrownisssecte magnibh
absorve energia). Segundo o enunciado, a queima do bio-óleo (com reagentes o et nim incillandre do commy non hendip eu feugait lobore
bio-óleo e O2 ) produz CO2 (gasoso) e H2O (gasoso). Da figura encontramos a variação Omapgontiemncaimal, qdueisrceidduuçisãnouelludpetaotxuimdavçeãnoit(iEn0rveed loeundEi0goxn)ismsendiet,
de entalpia da reação total: esemquvaotl.tEsq(uV)a,ta. Utteinlidscêindcuinatdlaecuommmyantoesritaiolndheesnodfiraemr ocxoimdamçoãdo
oduit rveedleunçdãore.ro diat, vel ing ex elit at pratin esectet nonullan
Energia heniam doloreet amcore do eu facil utpat.
REAÇÕES NUCLEARES Radiação alfa (a ): Z diminui em duas
Bio-óleo + O2 RunCiIdLaIdQeUsA, eTAE,TeVmUqLuLaAtNrouutneicdoamdems.yRnaudlilaçoãreombeiptae(robc):oZncsreecstceet
leummuvmelaulupnuitdvaedleiq, umisaesxAernoãsotinsge eanltderrear.oRsaaduitaiçliãsoatg.aLmesato(dco)-:
DH1 = 18,8 kJ/g DH = ? lnoãropearlctei rtaiopdaorltuíctuplaatsudlloanorúeclreiuor,earpiteinahsesneiumniuívsecliebnlaeragté.tGicaoit.
aMteuima-mviodloar(ett½ie):tteeemrpipoisnimecedsitswáriisol ippasruamadduenstinvteeligsralçiãqouadte.
CO2 (g) + H2O (g) metade dos radioisótopos de uma amostra. Fissão nuclear
DH2 = 2,4 kJ/g éNOa NquUeMbMraOdLoOnBúOclReoERdOe uemtumisósatonpdorepmesdaodlo,rpcreiraantdemo ndúocdleuois
amceidnuonretsve,lpuollratmanetton, eolsetmo econrteoestmaaliissaelsitqáuviepiist.vFeunstãaodniguncilseiamr
CO2 (g) + H2O (l) iépasursecaipçãitoinqDueel ouctolurtraetnaausteemstirneclailsl ,andaiqpsuuasltoisndúocelexeoradeesdtrouids
eoummnaissáetdomesosseqseuafutnndoenmulpeumt nvoúlcolereostemmaaiodrietse.r ip elenit.
Assim,
∆H = ∆H1 – ∆H2 � ∆H = −18,8 kJ/g – (− 2,4 kJ/g) � ∆H = − 16,4 kJ/g 95GE QUÍMICA 2017

Traduzindo, a queima de 1 g de bio-óleo resultando em CO2 (gasoso) e H2O (gasoso)
libera −16,4 kJ. O exercício pede a variação de entalpia para 5g. Simples regra de três:
1 g ------------------- –16,4 kJ (liberados)
5 g ------------------- x kJ (liberados)
x= –82,0 kJ
Resposta: C

5 EQUILÍBRIO QUÍMICO

CONTEÚDO DESTE CAPÍTULO

Infográfico: acidez da chuva........................................................................98
Reações reversíveis.......................................................................................100
Deslocamento do equilíbrio.......................................................................103
Equilíbrio iônico ............................................................................................106
pH e pOH ...........................................................................................................109
Como cai na prova + Resumo.....................................................................112

Como era doce este rio

O rompimento de uma barragem de rejeitos no
município mineiro de Mariana deixa um rastro de
destruição que deve levar anos para ser superado

Odesastre ocorreu numa tarde de quinta- Santo. Mas, depois, começaram a ser analisados
feira, no início de novembro. Uma bar-
ragem de rejeitos da extração de ferro de os danos de mais longo prazo – por exemplo,
uma mina da empresa Samarco, nos arredores da
cidade de Mariana, Minas Gerais, se rompeu. Em a sobrevivência da população ribeirinha que tem
questão de minutos, 50 milhões de metros cúbicos
de água carregada de metais pesados inundaram na pesca seu ganha-pão.
com uma lama vermelha o leito do pequeno Rio
Gualaxo do Norte. Metais pesados são substâncias Existem danos mais duradouros, impossíveis
como o mercúrio e o cádmio, facilmente solúveis
em água e que, assimilados por organismos vivos, de ser contabilizados de imediato. Ao longo do
interferem no seu bom funcionamento. Em cadeia,
os rejeitos foram carregados do Gualaxo para percurso, a onda assoreou e mudou o curso do
outros rios, até desaguarem no Rio Doce. E, em
poucos dias, chegaram ao Oceano Atlântico, nas leito dos rios e soterrou nascentes. A destruição
costas do Espírito Santo, 600 quilômetros distante
do local da tragédia. Ao longo desse caminho, a não foi idêntica ao longo de todo o trajeto da lama
lama solapou margens, destruiu barcos, arrasou
plantações e soterrou casas. Saldo do desastre: mais tóxica. Nos primeiros trechos atingidos, nos rios
de 20 mortos e centenas de desabrigados, dezenas
de casas soterradas e milhões de peixes mortos. menores, a lama extravasou as margens e ma-
Os danos causados pelo maior acidente ambiental
do país não se restringem aos prejuízos imediatos. tou a vegetação ali existente por soterramento.
Deixa um rastro de problemas sociais, econômicos
e ambientais que prometem perdurar por anos. Ao chegar ao Rio Doce, mais largo, os dejetos se

Segundo o Comitê da Bacia Hidrográfica do Rio acomodaram ao leito e apenas sujaram as margens.
Doce, 500 mil pessoas tiveram o fornecimento de
água comprometido em Minas Gerais e Espírito Mas, em ambos os casos, ocorreu contaminação

das águas e do solo. Passados meses do desastre,

ninguém sabe dizer quanto tempo será necessário

para que se recupere o ecossistema aquático do Rio

Doce, de seus afluentes

e da região da foz.

Um dos efeitos da TSUNAMI DE LAMA

contaminação dos rios A onda de rejeitos da

atingidos pelo desastre extração de ferro da

foi a alteração na aci- mineradora Samarco,

dez da água. O índice em Mariana, percorreu

de acidez é uma gran- 600 quilômetros até a foz

deza química, que você do Rio Doce, nas costas

vê neste capítulo. do Espírito Santo

96 GE QUÍMICA 2017

FABIO BRAGA/FOLHAPRESS 97GE QUÍMICA 2017

EQUILÍBRIO QUÍMICO INFOGRÁFICO

A acidez do meio

Um dos indicadores de poluição ambiental é o nível de
acidez da água. O aumento da acidez ocorre quando
há um desequilíbrio nas reações entre a água e outras
substâncias. É assim que chuvas e rios ficam mais ácidos

ATÉ CERTA DOSE É NATURAL FUMAÇA VENENOSA

A água da chuva já é um pouco ácida. A chuva ácida é causada por substâncias
O problema é quando essa acidez liberadas principalmente pela queima de
aumenta muito combustíveis fósseis
H2O
O PROCESSO DO NITROGÊNIO
1 A água no ar
NO2 + H2O
A água pura é composta apenas
de moléculas H₂O, e tem pH = 7, NO + O2 = NO2
CO2 CO2 ou seja, é neutra (veja na
pág. 111).

H2O 2 Mas a água da atmosfera 1

não é pura. As moléculas H₂O Na atmosfera
O NO reage com o oxigênio (O₂),
se combinam com o dióxido formando dióxido de nitrogênio (NO₂).
Esse gás, misturado com fuligem e
de carbono (CO₂). poeira, é que dá ao céu azul o tom
marrom, comum nas grandes cidades.
3 Essa reação produz ácido
2
carbônico (H₂CO₃).
Nos carros
H2CO3 4 O ácido carbônico se ioniza e O calor liberado pela explosão no motor
libera um íon hidrogênio (H+). dos automóveis fornece a energia
H+ necessária para a formação de NO e NO₂.
HCO3 O pH da água diminui e a chuva Esse gás é liberado pelo escapamento.

fica ligeiramente ácida. Normal.

5 Acidez do bem
A água de um rio limpo

também é pouco ácida.

A flora e a fauna

aquáticas agradecem

e florescem.

H2O H+
H+
H2O

6 7

Efeito multiplicador Acidez do mal
Mas a chuva ácida pode elevar O aumento da acidez afeta, primeiro,
essa acidez. São responsáveis, organismos menores, como pequenas algas,
também, pelo aumento da acidez larvas e insetos. Aos poucos, o efeito nefasto
indústrias, fazendas, frigoríficos e agride toda a cadeia alimentar, eliminando
mineradoras que despejam nos todos os organismos. O rio ou o lago morre.
rios a água usada no sistema de
produção, sem tratamento.MULTI/SP

98 GE QUÍMICA 2017

PROCESSO DO ENXOFRE SO2 + H2O = H2SO3

SO2 + O2 = SO3 + H2O = H2SO4

= HNO3 SO2 5 H2O
HNO3
3 4 Fábrica de ácido
O SO₂ que sobe para a atmosfera H2SO4 H2SO3
Nas nuvens Outro vilão reage com as moléculas de água
O NO₂ sofre novas O nitrogênio tem lá sua parte de (H₂O), formando ácido sulfuroso
reações e se culpa, mas o maior responsável (H₂SO₃). O SO₂ reage também
transforma em ácido pela chuva ácida é o enxofre (S). com o O₂, produzindo trióxido
nítrico (HNO₃). Esse A reação da gasolina e do diesel de enxofre (SO₃). Esse trióxido,
ácido eleva a acidez com o oxigênio, no motor, gera por sua vez, combina-se com a
da água, que cairá dióxido e trióxido de enxofre água e cria o ácido sulfúrico
na forma de chuva. (SO₂ e SO₃, respectivamente), (H₂SO₄), que é muito forte.
que são liberados pelo
escapamento dos veículos. CaCO3

SO2 6

Efeito corrosivo
O H₂SO₄ reage com o
mármore (CaCO₃) e
provoca a corrosão de
fachadas e monumentos
feitos desse material.

8

Longo alcance
Indústrias e termelétricas também podem
lançar no ar compostos de enxofre e
nitrogênio. Carregados pelo vento, esses
compostos podem contaminar o ar,
num raio de mais de 100 quilômetros.

99GE QUÍMICA 2017

EQUILÍBRIO QUÍMICO REAÇÕES REVERSÍVEIS

Em círculo
vicioso

Algumas reações se revertem,
transformando em reagente o
que era produto, e vice-versa

Existem dois tipos de reação: as reversíveis e
as irreversíveis. Uma reação irreversível
é aquela que não pode ser feita no sentido
inverso. Por exemplo, a combustão: na queima de

uma folha de papel ou de gasolina, a substância

original deixa de existir e é impossível recuperar

o papel ou o combustível do produto da reação,

CO2 e cinzas. Uma reação reversível é aquela

em que os reagentes se transformam em produtos

e esses produtos voltam a se transformar nas

substâncias originais, os reagentes. Um exemplo

de reação reversível é a formação de gás carbô-

nico quando se abre uma garrafa de refrigerante.

O que define se uma reação é reversível ou irre-

versível tem a ver com o equilíbrio químico, ou

equilíbrio dinâmico.

Numa reação reversível, os elementos A e B

reagem para formar C e D. Essa é a chamada

reação direta:

A+B C+D

No sentido contrário, os produtos C e D

reagem para formar novamente A e B, numa

reação inversa:

C + D A+ B ESPUMANTE Quando uma
garrafa de refrigerante ou
Representamos essa situação de reversibili- SAIBA MAIS
de champanhe é aberta,
dade assim: QUEBRA DO EQUILÍBRIO uma reação química é
deflagrada e forma gás
A+B C+D Ao abrir uma garrafa de refrigerante
você provoca várias reações. carbônico. O gás escapa,
Situação de equilíbrio criando a espuma
A reação mais notável é a de formação do ácido
Considere uma reação reversível que ocorre carbônico (H2CO3), que se decompõe em água (H2O)
num sistema fechado (um recipiente que não e gás carbônico (CO2). Com a garrafa fechada, e
permita que nenhuma substância saia nem entre). em temperatura constante, essa reação reversível
No início da reação existirão apenas moléculas permanece em equilíbrio: o H2CO3 se forma e, ao
dos reagentes colidindo entre si até obter energia mesmo tempo, se decompõe. Quando a garrafa é
suficiente para formar os produtos, na reação di- aberta, a pressão no interior cai – o que altera a
reta. Desde o momento em que surgem moléculas velocidade das duas reações. O líquido borbulha.
dos produtos no sistema, elas também entram em
colisão, até obter energia para formar novamente
os reagentes, na reação inversa. Ocorrem, então,
duas reações simultaneamente.

Mantenha em mente: a concentração dos
reagentes influencia na velocidade da reação
(veja o capítulo 2). No início da reação direta,
quando temos apenas moléculas dos reagentes, a
velocidade de formação dos produtos é a máxima.

100 GE QUÍMICA 2017

Isso porque existem muitas moléculas para Se os dois gráficos forem comparados, o mo-
colidir e se transformar em produtos. À medida mento em que a concentração de cada substância
que os reagentes se transformam em produtos, se estabiliza coincide com o momento em que a
a quantidade de reagentes cai e, por consequên- velocidade das duas reações se iguala.
cia, cai também a velocidade da reação direta.
NA PRÁTICA
Por outro lado, a velocidade da reação inversa
é nula no início da reação, pois não há moléculas EQUILÍBRIO DE REAÇÕES REVERSÍVEIS
de produtos. Mas, à medida que os produtos se A reação de decomposição do N2O4 (g) em NO2 (g) é reversível:
formam, sua concentração aumenta, e também
a velocidade da reação. N2O4 (g) 2 NO2 (g)

Em algum momento desse processo de vai- O gás N2O4 é incolor; o gás NO2 tem cor castanho-avermelhada.
vém, a velocidade das reações direta e inversa se
iguala. As reações continuam acontecendo, nos Num sistema isolado, à medida que as moléculas de N2O4 se
dois sentidos, mas a concentração de produtos
e reagentes não mais se altera. Essa é a situação colidem e reagem, a cor vai se alterando pelo aumento gradual
de equilíbrio químico ou equilíbrio dinâmico.
É como se fosse um jogo de cabo de guerra, em na concentração de NO2. Em determinado momento, a cor não
que as forças aplicadas de cada um dos lados são
iguais, mas opostas, se anulando. se altera mais, pois o sistema entra em equilíbrio.

Num gráfico, a variação na concentração dasConcentração N2O4 NO2
substâncias de uma reação qualquer fica assim: a) b) c)

Vd = Vi N2O4 (s) N2O4 (g) 2 N2O(g) N2O4 (g) 2 N2O(g)

reagentes Num sistema As moléculas de N2O4 A certa altura, existem
fechado existem começam a reagir tantas moléculas de
produtos apenas moléculas entre si e, aos poucos, N2O4 quanto de NO2.
de N2O4 surgem moléculas de A reação alcança o
Tempo NO2. A cor começa a equilíbrio químico
se alterar e a cor se estabiliza
TANTO DE UM, TANTO DE OUTRO Veja no eixo da concentração: no
início, há bem mais reagentes do que produtos. Mas, a partir de certo Num gráfico, a concentração de cada uma das duas substâncias
momento, a velocidade da reação direta é a mesma que a da reação nessa reação reversível é assim representada:
inversa (Vd = Vi). A partir de então, as concentrações de reagentes e
produtos se mantêm constantes.Velocidade de reação 1 N2O4

Para essa mesma reação genérica, o gráfico Concentração 2
das velocidades das reações direta e inversa é:
33
Velocidade da reação direta
NO2
Equilíbrio químico
Vd = Vi Tempo

Velocidade da reação inversa 1 No início da reação, 2 As moléculas de N2O4 3 Quando a reação
a concentração de começam a reagir, e entra em equilíbrio, as
Tempo N2O4 é a máxima. sua concentração cai. concentrações de N2O4
Não há nenhuma Por outro lado, a e NO2 permanecem
JUNTINHAS Repare como a velocidade das reações varia no molécula de NO2. concentracão de NO2 sobe. constantes
decorrer do tempo. No início, quando há apenas reagentes,
a reação direta ocorre em alta velocidade. Nesse mesmo
momento, a reação inversa ainda é muito lenta, pois
praticamente não há produtos para reagir. Mas, à medida que
a reação ocorre, a velocidade da reação direta se reduz e a da
reação inversa cresce. Em certo momento, as velocidades se
igualam (Vd = Vi). É o equilíbrio químico.

ISTOCK GE QUÍMICA 2017 101

EQUILÍBRIO QUÍMICO REAÇÕES REVERSÍVEIS

Constante de equilíbrio TOME NOTA Após determinado tempo, a coloração do
gás estabilizou-se dentro de cada recipiente,
Na década de 1860, os cientistas noruegue- Lembre-se de que os indicando que o sistema entrou em equilíbrio.
colchetes são indicação A coluna Concentrações no equilíbrio mostra
ses Cato Guldberg e Peter Waage verificaram de concentração. quanto de NO2 e de N2O4 existia no momento
Por exemplo, [A] em que o equilíbrio foi alcançado. Repare que
que, para qualquer reação reversível, o equilí- é a concentração as concentrações no equilíbrio diferem de um
da substância A. experimento a outro, dependendo da concen-
brio químico apresenta uma regularidade. Eles tração inicial de reagentes.

criaram a lei de ação das massas, que define Agora observe a coluna Razão de concentrações
uma constante de equilíbrio (Kc) em termos no equilíbrio. Veja que os valores são muito pró-
de concentração. A lei diz que, em uma reação ximos, praticamente iguais em todos os experi-
mentos. Esse valor que se mantém é a constante
reversível, mantida constante a temperatura, a de equilíbrio da reação N2O4 2 NO2.
razão entre as concentrações de produtos e
reagentes elevadas a seus coeficientes este-
quiométricos é constante.

Considere a seguinte reação reversível:

aA+bB cC+dD

A e B reagem para formar C e D; Se Kc = [C]c [D]d
Ao mesmo tempo, C e D reagem para for- [A]a [B]b
mar A e B;
As letras a, b, c e d são os coeficientes es- Temos que, para N2O4(g) 2 NO2(g)
tequiométricos da reação (o número que
indica a quantidade de mol de cada subs- Kc = [NO2]2 = 0,36 a 100 0C
tância participante da reação). [N2O4]

A constante de equilíbrio para a reação Repare que, na razão que define Kc, o nu-
merador traz os produtos, e o denominador,
aA+bB c C + d D é dada pela expressão: os reagentes. Então, quanto mais produtos a
reação formar, maior será sua Kc.
Kc = [C]c [D]d
[A]a [B]b Se o valor da constante de equilíbrio foi maior
que 1, a reação direta é favorecida – ou seja,
O valor da constante de equilíbrio é específico ATENÇÃO ocorre mais espontaneamente. Se o valor da
para cada reação e depende da temperatura. constante for menor que 1, então a reação mais
No entanto, não depende da concentração No cálculo de uma espontânea é a reação inversa.
inicial de reagentes. Veja na tabela abaixo os constante de equilíbrio,
resultados de diversos experimentos com a consideram-se as Para reforçar:
reação reversível entre N2O4 e NO2, em dife- concentrações em mol/L Kc > 1 reação direta é favorecida;
rentes concentrações iniciais, todos realizados sempre da situação Kc < 1 reação inversa é favorecida.
à temperatura de 100 °C: de equilíbrio.
Se a reação N2O4 NO2 apresenta Kc = 0,36,
que é menor que 1, então a reação favorecida é
a inversa, de NO2 para N2O4.

CONCENTRAÇÕES CONCENTRAÇÕES RAZÃO DAS

EXPERIMENTO INICIAIS NO EQUILÍBRIO CONCENTRAÇÕES

1 (MOL/L) (MOL/L) NO EQUILÍBRIO NA PRÁTICA
2
3 [NO2] [N2O4] [NO2] [N2O4] [NO2]2 / [N2O4] REAÇÃO DIRETA
0 0,100 0,120 0,040 0,360
Veja o que ocorre na reação de formação do SO3 a
0,100 0,100 0,160 0,070 0,366 partir da reação entre SO2 e O2, a uma temperatura
de 25 oC:
0,100 0 0,071 0,014 0,360

Repare na coluna Concentrações iniciais que: 2 SO2 (g) + O2 (g) 2 SO3 (g)
No experimento 1, o recipiente contém
0,100 mol/L de N2O4 e nada de NO2; Kc = [SO3]2 = 9,9 . 1025
No experimento 2, o recipiente contém [SO2]2 [O2]
0,100 mol/L de NO2 e 0,100 mol/L de N2O4;
No experimento 3, o recipiente contém so- O resultado, maior que 1, indica que a reação
mente NO2, na concentração de 100 mol/L. favorecida é a direta, de SO2 para SO3.

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