Estequiometria

O que é a estequiometria?

A estequiometria é uma maneira de calcular a quantidade de espécies envolvidas em uma reação química. Ou seja, é por meio do cálculo estequiométrico que conseguimos determinar a quantidade de reagentes e produtos em uma reação. Desse modo, há a utilização de cálculos matemáticos relativamente simples para se determinar a proporção das substâncias. 

De modo geral, a estequiometria é realizada a partir do balanceamento das reações e se baseia nas Leis Ponderais que relaciona as massas dos elementos químicos dentro das reações. As principais Leis Ponderais utilizadas na estequiometria são: a Lei de Lavoisier e a Lei de Proust. 

• Lei de Lavoisier: A Lei de Lavoisier ou Lei da Conservação da Massa enuncia que a massa dos reagentes de uma reação é igual a massa dos produtos formados;
• Lei de Proust: A Lei de Proust ou Lei das Proporções Constantes enuncia que a formação de uma determinada substância composta ocorre por meio da interação entre substâncias mais simples em uma mesma proporção de massa. 

Outro ponto importante para compreender a estequiometria é a Lei volumétrica de Gay-Lussac. De acordo com essa Lei, temos que: os volumes das substâncias gasosas participantes de uma determinada reação química nas mesmas condições de pressão e temperatura, mantém entre si uma proporção fixa que pode ser expressa por meio de números inteiros e pequenos. 

Importante ressaltar que átomos não são criados e nem destruídos em uma reação química. Por isso, os coeficientes devem ser corretamente escolhidos a fim de que o número de átomos de um determinado elemento químico seja o mesmo tanto nos reagentes quanto nos produtos. Com a reação química balanceada corretamente, conseguimos realizar os cálculos estequiométricos com mais assertividade. 

Como fazer o cálculo de estequiometria? 

Para calcular a estequiometria corretamente, podemos seguir um passo a passo:

1. Escrever a reação química;
2. Realizar o balanceamento da reação de modo que os átomos envolvidos estejam na mesma quantidade em reagentes e produtos, de acordo com as Leis Ponderais; 
3. Escrever os dados enunciados, verificando o que se pede;
4. Estabelecer a relação existente entre os dados apresentados pelo problema e as seguintes informações:

1 mol = Massa molar (g) 

1 mol = 6,02*10²³ espécies químicas (moléculas, átomos…)

1 mol = 22,4 L (CNTP)

5. Resolver utilizando uma regra de três. 

Relação entre massas

A ideia envolvida para estabelecer a relação entre massas é simples. Os coeficientes estequiométricos da reação durante o seu balanceamento fornecem as proporções em mols. Considerando a reação a seguir, temos:

1 N₂ + 3 H₂ → 2 NH₃

A proporção então é: 1:3:2.

Consultando a tabela periódica, temos a massa de cada uma das substâncias:

1 mol de N₂                        3 mol de H₂                              2 mol de NH₃  

28 g                                       6 g                                           34 g

Sabendo que nessa reação foram formados 8,5*10⁶ g de NH₃, quantas gramas de cada um dos reagentes está envolvida na reação? 

Nesse caso, temos uma regra de três para cada um dos reagentes.

28 g de N₂ ———————— 34 g de NH₃

     X           ———————– 8,5*10⁶ g de NH₃

X = 7*10⁶ g de N₂

6 g de H₂      ———————— 34 g de NH₃

     Y           ———————– 8,5*10⁶ g de NH₃

Y = 1,5*10⁶ g de H₂

Desse modo, para produzir 8,5 toneladas de amônia, serão necessárias 7,0 toneladas de gás nitrogênio e 1,5 toneladas de gás hidrogênio. 

Relação entre quantidade de matéria e número de moléculas

Considere a mesma reação apresentada anteriormente:

1 N₂ + 3 H₂ → 2 NH₃

Se colocássemos 5 mols de N₂ para reagir com 15 mols de H₂, quantas moléculas de NH₃ seriam formadas?

A primeira etapa é determinar quantos mols de NH₃ foram formados nessa reação. Considerando a proporção estequiométrica de 1:3:2 e então 5:15:X, temos que:

1 mol de N₂ —————– 2 mols de NH₃

5 mols de N₂ —————- X

X = 10 mols de NH₃

Como o pedido é o número de moléculas, relacionamos o número de mols com a Constante de Avogadro da seguinte maneira:

1 mol —————– 6,02*10²³ moléculas

10 mols ————–  Y

Y = 6,02*10²⁴ moléculas de NH₃ serão formadas

Relação entre volume e massa

Se a intenção for calcular o volume de cada um dos reagentes da equação: 1 N₂ + 3 H₂ → 2 NH₃, aproveita-se a questão de que os volumes de substâncias gasosas são proporcionais à quantidade em mols das substâncias e por isso, utiliza-se essa informação na regra de três. 

Considerando os problemas apresentados anteriormente, podemos determinar o volume dos gases nitrogênio e hidrogênio utilizados na produção de 8,5t de NH₃ a 1 atm e 25^oC (CNTP). 

Com essas informações, temos duas regras de três utilizadas na determinação do volume de cada um dos reagentes. Como cada mol apresenta o volume de 22,4 L, podemos então:

22,4 L (1 mol de N₂) ————- 34 g

X                    ————- 8,5*10⁶ g

X = 5,6*10⁶ L 

3*22,4 L (3 mols de H₂) ————- 34 g

Y                    ————- 8,5*10⁶ g

Y =  1,68*10⁷ L