Estequiometria é uma palavra que vem do grego stoicheion (elemento) e metron (medida), uma maneira de quantificar os elementos numa reação química. Para seu entendimento, devemos saber a teoria da Lei de Conservação de Massas (ou Lei de Lavoisier), princípio fundamental da estequiometria.
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“Por meio de cálculos estequiométricos, pode-se calcular as quantidades de substâncias que participam de uma reação química a partir das quantidades de outras substâncias.” (Cazzaro, F., 1999)
Faz-se o uso de cálculos para descobrir a quantidade de produtos e/ou reagentes numa determinada reação, onde a ideia fundamental é trabalhar com as proporções dos elementos. A seguir, traremos os fatores determinantes para se realizar um cálculo estequiométrico.
Balanceamento de reações
Sempre ao fazer o balanceamento de reações, deve-se ter a ideia de que “tudo o que entra, sai”, ou seja, a quantidade de determinado átomo que está do lado dos produtos deve ser a mesma que estará do lado correspondente aos reagentes. Suponhamos a seguinte equação:
Mg(OH)2(aq) + Al2(SO4)3(aq)→Al(OH)3(aq) + MgSO4(aq)
Este site criou um tópico especial de balanceamento de reações químicas. Aconselhamos a ler o assunto caso ainda tenha dúvidas . A reação acima pode ser balanceada por tentativa e erro. Fazendo os necessários ajustes estequiométricos, teremos a equação final balanceada:
3Mg(OH2(aq) + 1Al2(SO4)3(aq)→2Al(OH)3(aq) + 3MgSO4(aq)
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Proporções de grandeza estequiométrica
De posse dos dados obtidos através do balanceamento da reação, deve-se ter em mente as proporções de grandeza estabelecidas. Desse modo, temos que:
1 mol = 6,02×1023 moléculas = 25L no estado gasoso (Pressão de 1 atm, temperatura 25°C).
Os valores acima são constantes para volume e quantidade de moléculas, mas para a massa em gramas, são diferentes:
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1 mol de Al2(SO4)3(aq) = 342,1478 g/mol
Podemos nos perguntar: de onde surgiu este número 342,1478 g/mol? Bem, temos aí a soma das massas molares do composto Al2(SO4)3. A operação de soma foi feita com o uso da Tabela Periódica dos Elementos, de acordo com seus respectivos índices (números subscritos) multiplicado pela massa atômica. A molécula de Al2(SO4)3 possui os seguintes átomos:
- 2 átomos de Al, por isso Al2;
- 3 átomos de S, pois temos (SO4)3, onde o átomo de S multiplica-se por 3;
- 12 átomos de O, pelo mesmo motivo dos átomos de S.
Logo, para encontrar a massa molar em 1 mol de Al2(SO4)3, fazemos a seguinte relação:
Número de átomos x massa atômica do átomo = massa atômica
2 átomos de Al x 26,9815 = 53,963 u.m.a
3 átomos de S x 32,064 = 96,192 u.m.a
12 átomos de O x 15,9994 = 191,9928 u.m.a
Em seguida, realizamos a soma dos números em negrito, que corresponde a 342,1478 g/mol. Caso tivéssemos 2 mols de Al2(SO4)3, teríamos 2 x 342,1478 g/mol = 684,2956 g/mol.
Cálculo da fórmula percentual
A fórmula percentual nos dá a informação da composição dos átomos em porcentagem. Muito usada pelos químicos para determinar o grau de pureza de um elemento. Como exemplo de cálculo, usaremos a molécula de água, H2O.
Nosso primeiro passo é calcular a massa molar da água, usando para isso, as informações de massa atômica presentes na Tabela Periódica:
2 átomos de H x 1,00797 u = 2,01594 g/mol
1 átomo de O x 15,9994 u = 15,9994 g/mol
Massa molar de H2O = 18,01534 g/mol
Logo, em 1 mol de H2O, temos 18,01534 g/mol. Em seguida, realizamos regras de três para descobrir o percentual de Hidrogênio e de Oxigênio.
Qual o percentual de hidrogênio na molécula de H2O? Para estes cálculos a seguir, usaremos quantidades aproximadas de massa molar.
2 g/mol de H —————- 18 g/mol de H2O
x % de H —————– 100% de H
x = 11,1% de H na molécula de H2O
Qual a porcentagem de oxigênio na molécula de H2O?
16 g/mol de O —————- 18 g/mol de H2O
x % de O —————– 100% de O
x = 88,9% de H na molécula de H2O
Percebe-se que ao somar a porcentagem de Hidrogênio e de Oxigênio, dá o resultado de 100%. Logo, nunca uma soma de composição percentual poderá ultrapassar o valor de 100%.
Cálculo da fórmula mínima
A fórmula mínima se distingue da fórmula molecular porque nos diz sobre a proporção mínima dos elementos químicos que se combinam em uma substância. Normalmente, os exercícios nos dão a informação de quantos gramas de determinado átomo está presente.
Exemplo: Qual a fórmula mínima de uma substância que contém 1,15g de Na e 0,80g de O?
Temos como dado as quantidades em gramas de cada átomo. Para saber a proporção, usam-se as informações de massa atômica, presentes Tabela Periódica. Consultando-a, temos que a massa atômica do átomo de Na é de 23u; e de átomos de O é de 16u. Em seguida, dividimos a massa em grama de cada elemento por seu respectivo peso atômico, fazendo da seguinte forma:
Logo, dividimos os resultados acima pelo menor valor encontrado, deste modo, teremos a proporção de cada átomo em relação ao outro:
Com isso, temos que a proporção de Na e de O é de 1:1, sendo assim, sua fórmula mínima é NaO.
Cálculo da fórmula molecular
Por meio das relações estequiométricas, podemos calcular a fórmula molecular do composto. Normalmente, os exercícios dão no enunciado a composição em gramas ou em percentagem dos átomos presentes na substância a ser analisada.
Exemplo: Uma determinada molécula possui 40% de C, 6,72% de H, e 53,28% de O. Seu peso molecular é de 180g/mol. Qual sua fórmula molecular?
O primeiro passo é calcular a fórmula mínima, a fim de estabelecer a proporção dos elementos químicos mencionados. Usamos uma divisão entre a percentagem e a massa atômica do respectivo elemento:
Em seguida, dividimos os resultados pelo menor número encontrado nas divisões anteriores. O menor valor é 3,33, logo, temos:
Logo, a fórmula mínima do composto é (CH2O)x.
O segundo passo é encontrar a massa molecular da fórmula mínima. Consultando a Tabela Periódica para saber os valores de massa atômica dos elementos que compõem a fórmula mínima, temos que:
C = 1 x 12u = 12 g/mol
H = 2 x 1u = 2 g/mol
O = 1 x 16u = 16 g/mol
Massa molecular = 30 g/mol
Após ter encontrado a massa molecular da fórmula mínima, se divide o valor desta pelo valor da massa molecular dado no enunciado: 180/3 = 6.
Este valor encontrado corresponde ao x da fórmula mínima do composto, que ficará da seguinte forma: (CH2O)x = (CH2O)6. Multiplicando todos os átomos pelo número 6, temos C6H2x6O6 = C6H12O6.
Referências
CAZZARO, F. Um experimento envolvendo estequiometria. Revista Química Nova na Escola, nº 10, 1999.
Por Douglas Benício
Graduado em Química - Licenciatura (UEM)
Benício, Douglas. Cálculo estequiométrico. Todo Estudo. Disponível em: https://www.todoestudo.com.br/quimica/calculo-estequiometrico. Acesso em: 18 de April de 2024.
1. [ENEM/2012] No Japão, um movimento nacional para a promoção da luta contra o aquecimento global leva o slogan: 1 pessoa, 1 dia, 1 kg de CO2 a menos! A ideia é cada pessoa reduzir em 1 kg a quantidade de CO2 emitida todo dia, por meio de pequenos gestos ecológicos, como diminuir a queima de gás de cozinha. Um hambúrguer ecológico? É pra já! Disponível em: http://lqes.iqm.unicamp.br. Acesso em: 24 fev. 2012 (adaptado).
Considerando um processo de combustão completa de um gás de cozinha composto exclusivamente por butano (C4H10), a mínima quantidade desse gás que um japonês deve deixar de queimar para atender à meta diária, apenas com esse gesto, é de: Dados: CO2 (44 g/mol); C4H10 (58 g/mol)
a) 0,25kg
b) 0,33kg
c) 1,0kg
d) 1,3kg
e) 3,0kg
2. [ENEM/2011] O peróxido de hidrogênio é comumente utilizado como antisséptico e alvejante. Também pode ser empregado em trabalhos de restauração de quadros enegrecidos e no clareamento dos dentes. Na presença de soluções ácidas de oxidantes, como o permanganato de potássio, este óxido decompõe-se, conforme a equação a seguir:
5H2O2(aq) + 2KMnO4(aq) + 3H2SO4(aq)→5O2(g) + 2MnSO4(aq) + K2SO4(aq) + 8H2O(l)
De acordo com a estequiometria escrita, a quantidade de permanganato de potássio necessária para reagir completamente com 20,0mL de uma solução 0,1 mol/L de peróxido de hidrogênio é igual a:
a) 2,0×100 mol
b) 2,0×10-1 mol
c) 8,0×10-1 mol
d) 8,0×10-4 mol
e) 5,0×10-3 mol
1. [B]
Primeiro, temos que encontrar a relação estequiométrica da reação. O enunciado diz que há uma reação de combustão do metano para formar gás carbônico, logo, temos:
C4H10(g) + 13/2O2(g)→4CO2(g) + 5H2O(l)
O enunciado pergunta qual a quantidade de gás metano deve ser reduzida para que atinja a meta de redução de 1kg de gás carbônico queimado por pessoa. Desse modo, podemos construir as seguintes relações:
1 mol de C4H10 ———– 4 mol de CO2
58g/mol ———— 4x44g/mol
58g/mol ———— 176g/mol
0,058Kg de C4H10 ——– 0,176Kg de CO2
x ————– 1 Kg de CO2
Temos acima que x é a quantia que equivale a quantos gramas de gás metano seriam necessários para uma reação completa para produzir 1Kg de gás carbônico.
X = 0,058kg/0,176kg = 0,3299Kg de gás metano são necessários para produzir 1Kg de gás carbônico.
2. [D]
O enunciado nos dá a reação química balanceada:
5H2O2(aq) + 2KMnO4(aq) + 3H2SO4(aq)→5O2(g) + 2MnSO4(aq) + K2SO4(aq) + 8H2O(l)
Como dados, temos a concentração molar e o volume de peróxido de hidrogênio, H2O2, que são 0,1 mol/L e 20mL respectivamente. O enunciado pede qual a quantidade de permanganato de potássio, KMnO4, necessária para reagir completamente com peróxido de hidrogênio. Com os dados de concentração molar do peróxido de hidrogênio, podemos encontrar o número de mols através da equação:
C = n/V onde n é o número de mols, V é o volume (em litros) e C é a concentração molar (em mol/L). Logo, encontramos o número de mols:
0,1 = n/0,02 n = 0,002 mol de H2O2
Temos que 5 mols de H2O2 reagem com 2 mols de KMnO4, logo, podemos construir a seguinte relação:
5 mol de H2O2 ————- 2 mols de KMnO4
0,002 mol H2O2 ———– x
x = (0,002)x(2)/5 = 0,004/5 = 0,0008 mol de KMnO4