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Estequiometria, cálculo por massa | Parte V

Esta vídeoaula é uma continuação do conteúdo em que abordamos o balanceamento estequiométrico estabelecendo as proporções da quantidade de substâncias utilizadas e produzidas nas transformações químicas com base em sua massa.

Transcrição de vídeo

RKA - Olá, meu amigo ou minha amiga, tudo bem com você? Seja muito-bem vindo ou bem-vinda a mais uma aula de Ciências da Natureza. E nessa aula, nós vamos continuar conversando sobre processos estequiométricos. Uma das formas de resolver problemas estequiométricos é utilizando a proporcionalidade das massas, pois as massas das moléculas envolvidas nas reações seguem a mesma proporção apresentada na equação química. Por exemplo, no caso da água. Vamos supor que a gente tenha 50 gramas de hidrogênio. Quantos gramas de oxigênio serão necessários para que ele reaja completamente e forme água? Já sabendo que a relação de proporcionalidade entre o oxigênio e o hidrogênio para formar a água, ou seja, que a massa do oxigênio é igual a 8 vezes a massa do hidrogênio e que, inclusive, já fizemos isso no vídeo passado. Nós podemos substituir a massa do hidrogênio nessa relação e, assim, obter a massa do oxigênio. Substituindo 50 gramas na massa do hidrogênio, nós temos o quê? Nós temos que a massa do oxigênio é igual a 8 vezes 50, e isso é igual a 400. 400 gramas. Resumindo: para cada 50 gramas de hidrogênio, são necessários 400 gramas de oxigênio para que essa quantidade de hidrogênio reaja completamente e forme H2O. Ah, sabendo que a soma da massa dos produtos, que, nesse caso, é apenas H2O, é igual à soma da massa dos reagentes, chegamos aqui à conclusão que temos 50 + 400 gramas e isso é igual a 450 gramas, ou seja, teremos 450 gramas de água sendo produzidos nessa reação. Agora que já trabalhamos bastante com a água, podemos fazer o mesmo com outra reação química. Vamos considerar a seguinte equação química: "Fe2O3 + Al", aí a gente coloca a setinha aqui, Al2O3 + Fe. O que nós temos aqui? Temos um óxido de ferro 3 reagindo com alumínio para formar um óxido de alumínio e ferro. Quando trabalhamos com estequiometria, precisamos, inicialmente, balancear a equação. Repare, meu amigo ou minha amiga, que, nesse caso, temos 2 átomos de ferro aqui do lado esquerdo e apenas 1 átomo de ferro aqui do lado direito. Então, precisamos multiplicar o ferro do lado dos produtos por 2. Beleza, já temos o ferro balanceado. Agora vamos observar o oxigênio. Temos 3 átomos de oxigênio do lado dos produtos e 3 átomos de oxigênio do lado dos reagentes. Isso significa que não precisamos nos preocupar com o oxigênio, pelo menos não por enquanto. Agora vamos observar o alumínio. Temos um átomo de alumínio aqui do lado dos reagentes e 2 átomos de alumínio do lado dos produtos. Precisamos, então, colocar o número 2 aqui na frente do alumínio. Dessa forma, teremos 2 átomos de alumínio também do lado dos reagentes. Agora nós temos uma equação balanceada, pois temos a mesma quantidade de átomos de cada um dos elementos tanto do lado dos reagentes quanto do lado dos produtos. Agora estamos prontos para fazer a estequiometria. Existem diversos problemas de estequiometria, mas, em nosso exemplo, vamos trabalhar com as massas. Vamos supor que eu te dê "x" gramas do óxido de ferro 3. Quantos gramas de alumínio são necessários para que essa reação ocorra? Vamos supor aqui que eu tenha 85 gramas de óxido de ferro. Quantos gramas de alumínio são necessários para reagir completamente com os 85 gramas de óxido de ferro 3? Bem, nesse caso, podemos utilizar a massa molecular de cada um dos componentes dos reagentes e, através de uma regra de três, chegar à massa de alumínio. Já aprendemos a determinar a massa molecular, não foi? Então, novamente, pause este vídeo, consulte a tabela periódica e tente encontrar a massa molecular de cada um dos componentes dessa a equação. Fez isso? Beleza então, vamos lá agora. Inicialmente, precisamos saber a massa molecular do óxido de ferro 3. Temos aqui 2 átomos de ferro e 3 átomos de oxigênio. Consultando a tabela periódica, temos que a massa atômica do ferro é igual a 55,8 e a massa atômica do oxigênio é igual a 16. Ah, um detalhe: não estou colocando aqui a unidade de massa atômica, mas você já sabe que nós estamos trabalhando com a unidade de massa atômica, tudo bem? Então, teremos aqui uma massa molecular igual a 2 vezes 55,8 + 3 vezes 16. Isso é igual a quanto? Bem, vamos pegar a calculadora agora. A gente vai ter 2 vezes 55,8 + (3 vezes 16). Vamos fechar o parênteses... Isso é igual a quanto? É igual a 159,6. Ou seja, voltando aqui, nós temos uma massa molecular igual a 159,6 unidades de massa atômica. A gente já sabe agora que a massa atômica do alumínio é igual a 27. Como temos 2 átomos de alumínio no lado dos reagentes, teremos 2 vezes essa massa aqui, então vou colocar que a massa do alumínio, nesse caso, é igual a 2 vezes 27, e isso é igual a 54, 54 unidades de massa atômica. A gente sempre vai fazer isso quando tivermos esses coeficientes na frente de uma molécula, ok? A gente sempre vai multiplicar a massa atômica, ou a massa molecular, nesse caso, pelo número dos coeficientes. Beleza. Agora que temos a massa molecular de cada um dos reagentes, podemos usar a proporção das massas calculando a razão entre a massa do alumínio, que não sabemos, por isso eu vou colocar aqui MAl, e a massa do óxido de ferro. A gente vai colocar aqui que isso é igual à razão entre as massas moleculares que encontramos aqui do lado, ou seja, 54 dividido por 159,6. Como o nosso objetivo é encontrar a massa do alumínio, a massa em gramas, teremos aqui que a massa do alumínio é igual a 54 unidades de massa atômica vezes 85 gramas dividido por 159,6 unidades de massa atômica. Colocando as unidades de massa atômica aqui, a gente vai perceber que pode cancelar essas unidades e ficar apenas com a unidade grama. Realizando esse cálculo, chegamos a um valor, e esse valor é igual a quanto? Vamos pegar a calculadora aqui e fazer esse cálculo novamente. 85 vezes 54, e isso dividido por 159,6. Nós temos um valor igual a 28,8. Então, para que toda essa massa de óxido de ferro 3 reaja completamente com o alumínio, são necessários 28,8 gramas de alumínio, beleza? Então, já encontramos aqui a massa necessária de alumínio para que toda a massa de óxido de ferro 3 reaja completamente. Existem outros problemas estequiométricos que utilizam a Lei da Conservação das Massas que, como eu já falei, diz que a soma das massas dos produtos tem que ser igual à soma das massas dos reagentes. Então, no caso do nosso exemplo, qual seria a massa total do óxido de alumínio que seria produzido? Sabendo que a massa total dos reagentes é igual à soma da massa do óxido de ferro com a massa de alumínio, nós vamos ter o quê? Nós vamos ter que a massa dos reagentes é igual a 85 gramas + 28,8 gramas, que foi o valor que nós encontramos anteriormente. Isso é igual a quanto? Utilizando a calculadora que nós temos, 85 + 28,8, e isso é igual a 113,8. Ou seja, voltando aqui na tela, nós temos uma massa total de reagentes igual a 113,8 gramas. Pela Lei da Conservação das Massas, nós temos que ter uma massa de produtos também igual a 113,8 gramas. Mas, nesse caso, qual é a quantidade de massa de óxido de alumínio e a massa de ferro que serão produzidos nessa reação? Bem, para fazer isso e encontrar a resposta, nós vamos fazer praticamente a mesma coisa, vamos utilizar a mesma ideia. Eu sei que a soma da massa do óxido de alumínio com a massa de ferro é igual a 113,8 gramas. Agora eu preciso novamente encontrar a massa molecular dos componentes que estão nos produtos. Pause esse vídeo, meu amigo ou minha amiga, e faça isso: consulte a tabela periódica e encontre a massa molecular do óxido de alumínio e a massa molecular do ferro. Fazendo isso bem rapidamente agora, nós temos que a massa molecular do óxido de alumínio é igual a 2 vezes 27 + 3 vezes 16. Isso é igual a 54 + 48, e isso é igual a 102 unidades de massa atômica. A massa molecular dos dois átomos de ferro é igual a 2 vezes 55,8, e isso é igual a 111,6 unidade de massa atômica. Com esses valores, podemos estabelecer uma relação de proporcionalidade entre a massa do ferro e a massa do óxido de alumínio, ou seja, calcular a razão entre a massa molecular do ferro e a massa molecular do óxido de alumínio. Vamos colocar aqui agora o símbolo de igual e, aí, colocar 111,6 unidades de massa atômica sobre 102 unidades de massa atômica. Resolvendo essa continha na calculadora, nós vamos ter um valor igual a quanto? 111,6 dividido por 102 é igual a 1,1, aproximadamente, claro. Então, vamos colocar aqui, vamos anotar isso. Nós temos um valor igual a 1,1. O que isso significa? Para cada 1 grama de óxido de alumínio ser produzido, teremos 1,1 grama de ferro sendo produzido. Podemos até melhorar essa relação colocando da seguinte forma: a massa do ferro é igual a 1,1 vezes a massa do óxido de alumínio. Com essa relação, e sabendo que a soma da massa do óxido de alumínio com a massa do ferro é igual a 113,8 gramas, podemos encontrar a massa de cada um dos produtos. Substituindo a massa do ferro pela reação que encontramos antes, ou seja, que a massa do ferro é igual a 1,1 vezes a massa do óxido de alumínio, nós temos o quê? Nós temos a massa do óxido de alumínio mais 1,1 vezes a massa do óxido de alumínio é igual à massa total dos produtos. Colocando em evidência a massa do óxido de alumínio, nós podemos somar o 1,1 com o 1. Assim teremos 1,1 + 1, que é igual a 2,1. Então, nós vamos ter aqui 2,1 vezes a massa do óxido de alumínio, e isso é igual a 113,8 gramas, que é a massa total dos produtos. Nós temos que a massa do óxido de alumínio é igual a 113,8 gramas dividido por 2,1. Fazendo isso na calculadora. Vamos lá. Nós temos 113,8 dividido por 2,1, que é igual a 54,2. Então, a massa de óxido de alumínio é igual a 54,2 gramas. Voltando na relação entre massa de ferro e massa de óxido de alumínio, conseguimos encontrar também a massa do ferro. Nós sabemos que a massa do ferro é igual a 1,1 vezes a massa do alumínio, então a massa do ferro é igual a 1,1 vezes 54,2. Fazendo isso na calculadora: 1,1 vezes 54,2, nós temos um valor igual a 59,6, aproximadamente, claro. Então, a massa do ferro produzido nessa reação é igual a 59,6 gramas. Repare, meu amigo ou minha amiga, que se a gente somar a massa do ferro com a massa do óxido de alumínio, chegaremos à massa de 113,8 gramas, de forma que está respeitando a Lei da Conservação das Massas. Então, um grande abraço e até a próxima.