5.5: Estequiometria Química e Gases

A estequiometria química descreve as relações quantitativas entre reagentes e produtos em reações químicas.

Além de medir as quantidades de reagentes e produtos usando massas para sólidos e volumes em conjunto com a molaridade para soluções; agora, os volumes de gases também podem ser utilizados para indicar quantidades. Se o volume, a pressão e a temperatura de um gás forem conhecidos, então a equação de gás ideal para calcular quantos moles do gás estão presentes pode ser usada. Inversamente, se a quantidade de moles de gás for conhecida, o volume de um gás a qualquer temperatura e pressão pode ser determinado.

Por exemplo, calculemos o volume de hidrogénio a 27 °C e 723 torr obtido pela reação de 8,88 g de gálio com um excesso de ácido clorídrico.

Em primeiro lugar, converte-se a massa fornecida do reagente limitante, Ga, em moles de hidrogénio produzido:

Converte-se os valores de temperatura e pressão fornecidos em unidades adequadas (K e atm, respectivamente) e, em seguida, utiliza-se a quantidade molar de hidrogénio gasoso e a equação de gás ideal para calcular o volume de gás:

A Lei de Avogadro Revisitada

Pode-se também tirar proveito de uma simples característica da estequiometria de gases que sólidos e soluções não apresentam: Todos os gases que apresentam comportamento ideal contêm o mesmo número de moléculas no mesmo volume (à mesma temperatura e pressão). Assim, as relações de volumes de gases envolvidos em uma reação química são dadas pelos coeficientes na equação para a reação, desde que os volumes de gases sejam medidos à mesma temperatura e pressão.

A lei de Avogadro (de que o volume de um gás é diretamente proporcional ao número de moles do gás) pode ser estendida às reações químicas com gases: Os gases combinam-se, ou reagem, em proporções definidas e simples por volume, desde que todos os volumes de gases sejam medidos à mesma temperatura e pressão.

Por exemplo, uma vez que os gases de azoto e hidrogénio reagem para produzir gás de amoníaco de acordo com 

um determinado volume de gás de azoto reage com três vezes esse volume de hidrogénio para produzir duas vezes esse volume de gás de amoníaco se a pressão e a temperatura permanecerem constantes.

De acordo com a lei de Avogadro, volumes iguais de N₂, H₂, e NH₃ gasosos, à mesma temperatura e pressão, contêm o mesmo número de moléculas. Uma vez que uma molécula de N₂ reage com três moléculas de H₂ para produzir duas moléculas de NH₃, o volume de H₂ necessário é três vezes o volume de N₂, e o volume de NH₃ produzido é duas vezes o volume de N₂.

Este texto é adaptado de Openstax, Chemistry 2e, Chapter 9.3 Stoichiometry of Gaseous Substances, Mixtures, and Reactions.