Chapter 5: Gases

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5.5:

Estequiometria Química e Gases

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Chemical Stoichiometry and Gases: Using Ideal Gas Law to Determine Moles

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Lembremo-nos que para uma reação química equilibrada, os cálculos que envolvem a massa dos reagentes e produtos e o número de mols são realizados seguindo um plano conceitual geral. Aqui, os coeficientes estequiométricos são utilizados como fatores de conversão entre os mols do reagente e os mols do produto. Nas reações químicas que envolvem substâncias gasosas, a quantidade de gás é tipicamente especificada no que diz respeito ao seu volume a uma dada temperatura e pressão.Isto acontece porque os gases são líquidos e expandem-se de forma a preencher qualquer volume disponível. Nas reações gasosas, a quantidade de mols e o volume de um gás estão interrelacionados através da lei de gás ideal. Desta forma, o número de mols pode ser determinado a partir do volume do gás e vice versa.Combinar os conceitos da lei de gás ideal, da massa molar, e da estequiometria permite a realização dos cálculos relativos ao volume, ao número de mols e à massa de reagentes e produtos gasosos. Como exemplo, consideremos a reação entre o lítio e a água para produzir gás de hidrogênio. Assumindo que a reação ocorre a 291 Kelvin e 0, 977 Pressão atmosférica, que quantidade de lítio produzirá 35, 25 litros de hidrogênio.Em primeiro lugar, a aplicar-se a lei de gás ideal e substituindo os valores dados relativos à pressão, volume, temperatura e constante de gás ideal, são calculados os mols do gás de hidrogênio. Depois, utilizando a proporção estequiométrica, o número de mols do gás de hidrogênio é convertido em mols de lítio. Por fim, multiplica-se a massa molar dos resultados de lítio numa massa de 20, 0 gramas.Assim, 20, 0 gramas de lítio produzirão 35, 25 litros de hidrogênio. Para reações químicas gasosas que ocorram em STP temperatura e pressão padrão o volume molar, de 22, 4 litros, é constante. O fator de conversão é utilizado nos cálculos estequiométricos que envolvam gases em STP.Consideremos, por exemplo, a formação de água em STP. Que volume de hidrogênio é necessário para produzir 2 gramas de água. Seguindo o plano conceitual geral, primeiro, a massa de água é dividida pela sua massa molar para dar os mols da água.Depois é utilizada a proporção estequiométrica para determinar os mols do hidrogênio. Por fim, é utilizado o mol para o fator de conversão do volume em STP em STP para obter 2, 5 litros de gás de hidrogênio. Assim, 2, 5 litros de hidrogênio produzirão 2 gramas de água em STP.

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

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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.