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Exemplo resolvido: determinando uma fórmula empírica a partir do dado de combustão.

Na análise de combustão, um composto orgânico contendo alguma combinação dos elementos C, H, N e S é queimado e as massas dos produtos da combustão são registradas. Com base nesta informação, podemos calcular a fórmula empírica do composto original. Versão original criada por Sal Khan.

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Transcrição de vídeo

RKA12MC - Olá, meu amigo ou minha amiga! Tudo bem com você? Seja muito bem-vindo ou bem-vinda a mais um vídeo da Khan Academy Brasil. E, neste vídeo, vamos resolver um exemplo que tem como objetivo determinar a fórmula empírica de um composto. Esta questão diz o seguinte: uma amostra de um composto contendo apenas átomos de carbono e hidrogênio foi completamente queimada, produzindo 5,65 gramas de dióxido de carbono e 3,47 gramas de H₂O, ou água. Qual é a fórmula empírica do composto? Faça uma pausa aqui neste vídeo e tente resolver isso sozinho ou sozinha. E aí, fez? Conseguiu? Se não, não tem problema. Vamos fazer isso juntos agora. Bem, vamos tentar entender o que está acontecendo aqui. O problema falou que a gente tem um composto misterioso que contém apenas carbono e hidrogênio. Então, baseados nisso, podemos dizer que temos algum número de carbono, que eu vou chamar de x, e algum número de hidrogênio, que eu vou chamar de y. Ao colocar este composto na presença de oxigênio molecular, vamos ter uma combustão. E aí, depois de queimado, ficaremos com dióxido de carbono e um pouco de água. O que eu acabei de escrever aqui é a descrição de uma reação química. Eu ainda não equilibrei isso. Eu poderia tentar, mesmo com x e y aqui, mas esse não é o objetivo deste vídeo. O objetivo deste vídeo é encontrar a fórmula empírica, e, para isso, a gente utiliza as informações dadas no problema, como, por exemplo, a massa em gramas de dióxido de carbono e a massa em gramas de água. Aí, com isso, nós podemos encontrar quantos mols de dióxido de carbono e quantos mols de água nós temos. A partir dessas informações, a gente pode descobrir [com] quantos mols de carbono começamos e [com] quantos mols de hidrogênio começamos a reação. Aí, se a gente olhar para essas proporções, a gente vai conseguir chegar à fórmula empírica do composto. Então, apenas para começar, já que eu vou pensar sobre o número de mols e as massas molares, a gente precisa saber aqui qual é a massa atômica média do carbono, do hidrogênio e do oxigênio. E como podemos fazer isso? Bem, a gente precisa consultar na tabela periódica dos elementos. Podemos ver que o hidrogênio tem uma massa atômica média igual a 1,008. Vamos escrever isso aqui então. Temos o hidrogênio com 1,008. Também temos o carbono, e o carbono tem aqui 12,01. Com essas massas atômicas, podemos pensar em termos das massas molares, ou seja, podemos dizer que isso está em grama por mol. Isso aqui também está em grama por mol. Ah, por último e não menos importante, temos o oxigênio. O oxigênio tem aproximadamente 16,00 gramas por mol. É a massa atômica média, mas a gente pode pensar nisso como massa molar, em que esse número corresponde à massa molar. Então, o oxigênio tem 16 gramas por mol (aproximadamente, claro). Agora, o que a gente pode fazer aqui é tentar descobrir quantos mols de carbono que a gente vai ter no produto. Então, vamos fazer isso? Podemos ver que todo o carbono do produto está no dióxido de carbono que está no produto. E nós temos aqui 5,65 gramas de CO₂. Aí, multiplicamos isto aqui com 1 mol de CO₂ sobre a quantidade de gramas de CO₂ que temos em 1 mol de CO₂. Bem, para encontrar esse valor, a gente tem que levar em consideração que nós temos um carbono e dois oxigênios nesta molécula de CO₂. Então, a massa molar aqui é igual a 12,01 mais 2 vezes 16, isso em gramas por mol. Aí, aqui, temos 2 vezes 16, que é 32; somando 12,01 com 32, temos como resposta 44,01. Isso, claro, em gramas por mol. Aqui, a gente cancela grama de CO₂ com grama de CO₂, aí ficamos apenas com mol de CO₂. Mas ainda precisamos multiplicar isso com a quantidade de mols de carbono que tem em cada mol de CO₂. Bem, sabemos que temos um mol de carbono para cada um mol de CO₂, não é? Afinal, cada molécula de dióxido de carbono tem apenas um carbono nele, não é? Agora que a gente já tem isto aqui, vamos pegar a calculadora para fazer o cálculo? Bem, vamos fazer aqui esse cálculo: 5,65 dividido por 44,01, e isso vezes 1. Bem, que é o mesmo resultado, ou seja, 0,128. Claro, estamos arredondando isso. Então, isto aqui é aproximadamente igual a 0,128. E qual é a unidade de medida? Gramas de dióxido de carbono cancelaram gramas de dióxido de carbono. E, aqui, os mols de dióxido de carbono cancelam os mols de dióxido de carbono. Assim, só me resta exatamente o que eu quero, que é a quantidade de mols de carbono. Você pode fazer uma análise dimensional, mas também faz sentido fazer isso de uma forma intuitiva. Se esta é a quantidade de gramas de dióxido de carbono que temos, e um mol de dióxido de carbono é 44,01 gramas, então 5,65 sobre isso vai nos dar a fração de dióxido de carbono que temos. Então, seja qual for o número de mols de dióxido de carbono, teremos o mesmo número de mols de carbono, afinal, temos um átomo de carbono para cada molécula de dióxido de carbono. Então, tudo isso faz sentido. Agora, vamos fazer o mesmo aqui com o hidrogênio? Sendo assim, vamos pensar sobre o número de mols de hidrogênio no produto. Vamos fazer o mesmo exercício aqui. Ah, se você estiver inspirado ou inspirada, e você não calculou antes, eu aconselho que você pause o vídeo e faça isso agora. Bem, vamos fazer aqui? Sabemos que temos em nosso produto 3,47 gramas de água (3,47 gramas de H₂O). Agora, vamos pensar sobre a quantidade de mols de H₂O? Para isso, a gente multiplica isto aqui por 1 mol de H₂O pela massa em gramas de mol de H₂O, ou seja, em um mol de H₂O, qual é a massa de H₂O que nós temos? Aqui no H₂O temos dois hidrogênios e um oxigênio, então teremos 2 vezes 1,008 mais 1 vez a massa média do oxigênio, que é 16, e isso em gramas por mol. Vamos ver o resultado disso? Isto aqui é 2 vezes 1,008, que é 2,016. E, aí, adicionando 16 a isso, teremos 18,016. Então, colocamos o 18,016 aqui. Agora, se eu apenas calcular isso, eu vou ter a quantidade de mols de água no produto, mas o que eu quero é a quantidade de mols de hidrogênio. Sendo assim, quantos mols de hidrogênio eu tenho para cada mol de água? Bem, eu vou ter dois mols de hidrogênio para cada um mol de água, porque, em cada molécula de água, eu tenho dois hidrogênios. Aí, cancelamos isso com isso, e vamos ter apenas a quantidade de mols de hidrogênio. Fazendo esse cálculo na calculadora, teremos 3,47 gramas de água dividido pela massa molar em gramas da água, que é 18,016. Isso é quantos mols de água que eu tenho. Agora, para cada molécula de água, eu tenho dois hidrogênios, então eu vou multiplicar isto aqui por 2. Assim, teremos 0,385. Aí, eu venho aqui e escrevo: aproximadamente 0,385 mol de hidrogênio. Agora, sabemos o número de mols de hidrogênio e o número de mols de átomos de carbono, aí, para descobrir a fórmula empírica do composto, podemos pensar sobre a proporção entre esses dois valores. Sendo assim, eu vou encontrar a proporção de hidrogênio em relação a carbono, ou seja, quantos hidrogênios eu tenho para cada carbono? Sendo assim, isto aqui vai ser igual a: eu tenho 0,385 mol de hidrogênio sobre 0,128 mol de carbono. Então, quanto é isso? Parece que é algo próximo de 3, não é? Eu acredito fortemente que seja isso, mas vamos fazer isso aqui na calculadora para ter certeza? Eu pego 0,385 e divido por 0,128, e pronto! Eu tenho algo bem próximo de 3. Então, isto aqui é aproximadamente 3. Com isso, eu posso dizer que, para cada carbono, eu tenho três hidrogênios no meu composto original (nesta coisa bem aqui). Portanto, a fórmula empírica do nosso composto original é que, para cada carbono, eu tenho três hidrogênios. Então, eu tenho algo igual a CH₃. E pronto, terminamos! Eu espero que você tenha compreendido tudo direitinho o que conversamos aqui. E, mais uma vez, eu quero deixar para você um grande abraço, e até a próxima!