Resumo: Aspetos quantitativos das reações

Este resumo segue a ordem das Aprendizagens Essenciais: a equação química em termos de quantidade de matéria, o reagente limitante, o rendimento e a química verde. É a base de todos os cálculos de Química do 11.º ano, por isso convém dominá-lo antes dos resumos seguintes.

1. A equação química e a quantidade de matéria

Os coeficientes de uma equação química indicam as proporções em quantidade de matéria (moles) em que as substâncias reagem e se formam. Em $\text{N}_2 + 3\,\text{H}_2 \rightarrow 2\,\text{NH}_3$ , uma mole de $\text{N}_2$ reage com três moles de $\text{H}_2$ e formam-se duas moles de $\text{NH}_3$ .

Quando usar

Tens a massa de uma amostra e queres a quantidade de matéria:

n = \frac{m}{M}

Tens a concentração e o volume de uma solução (com o volume em dm $^3$ ):

c = \frac{n}{V}

Tens o volume de um gás nas condições PTN (0 °C e 1 atm):

n = \frac{V}{V_m} \quad\text{com}\quad V_m = 22{,}4\ \text{dm}^3\ \text{mol}^{-1}

Regra

Converte sempre os volumes para dm $^3$ antes de calcular concentrações (1 cm $^3$ = 0,001 dm $^3$ ). E só nas condições PTN é que $V_m = 22{,}4$ dm $^3$ mol $^{-1}$ .

2. Reagente limitante

O reagente limitante é o reagente que se esgota primeiro, e por isso é ele que determina a quantidade de produto que se forma. Os outros reagentes ficam em excesso.

Regra

O reagente limitante não é o que tem menor massa, nem simplesmente o que está em menor quantidade: é o que tem menor valor de n a dividir pelo seu coeficiente.

Quando usar

Tens as quantidades de dois ou mais reagentes. Para cada um calcula:

\frac{n_{\text{reagente}}}{\text{coeficiente}}

O reagente limitante é aquele cujo valor é menor.

Lê com atenção os dados do enunciado:

Se o enunciado dá dados de dois ou mais reagentes (moles, massa, volume, etc.), é obrigatório determinar o reagente limitante, porque é ele que se usa na estequiometria.
Se dá dados de apenas um reagente, usa-se esse nos cálculos, e os outros consideram-se em excesso.

3. Rendimento de uma reação

O rendimento mede o grau de conversão dos reagentes em produtos. A quantidade prevista calcula-se sempre a partir do reagente limitante.

Quando usar

Tens a quantidade obtida e a prevista de um produto:

\eta = \frac{n_{\text{obtido}}}{n_{\text{previsto}}} \times 100\%

Também se pode calcular com massas ou com volumes, desde que sejam da mesma grandeza e do mesmo produto.

O rendimento está sempre entre 0% e 100%. Se te der mais de 100%, tens de rever as contas.

4. Química verde e economia atómica

A química verde procura reduzir os riscos, os resíduos, o consumo de energia e o uso de substâncias perigosas. Em linhas gerais, assenta nestes princípios:

minimizar resíduos, aproveitando o máximo de átomos dos reagentes no produto;
usar substâncias e processos com a menor toxicidade possível;
evitar solventes nocivos e etapas desnecessárias;
poupar energia, trabalhando à temperatura e à pressão ambientes sempre que possível;
usar matérias-primas renováveis e catalisadores;
garantir que os produtos se degradam em substâncias inócuas depois de usados;
monitorizar os processos para prevenir acidentes e poluição.

Ao comparar reações do ponto de vista da química verde, avalia-se o impacto social, económico e ambiental de cada uma. A economia atómica mede a fração da massa dos reagentes que acaba no produto pretendido.

Quando usar

Tens a equação acertada e queres comparar a eficiência de duas reações, em termos de aproveitamento dos átomos:

EA\ (\%) = \frac{M(\text{produto desejado})}{M(\text{total dos reagentes})} \times 100\%

As massas molares são multiplicadas pelos respetivos coeficientes estequiométricos.

5. Complemento: grau de pureza

Este conceito não consta dos objetivos atuais das Aprendizagens Essenciais, mas aparece em alguns manuais e exames anteriores.

Quando um reagente é impuro, só a parte pura da amostra reage:

\text{Grau de pureza}\ (\%) = \frac{m_{\text{substância pura}}}{m_{\text{amostra}}} \times 100\%

Regra

A pureza aplica-se primeiro. Só com a quantidade de matéria da parte pura é que podes comparar os reagentes e escolher o limitante. A ordem é: pureza, reagente limitante, rendimento.

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O método e os exemplos resolvidos

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Erros comuns neste tema

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Atividade laboratorial: rendimento de uma síntese

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Praticar com exames

Os exercícios de exame deste tema têm a resolução passo a passo. Os alunos erram sobretudo nas contas de estequiometria: começa pelos que têm dois reagentes.

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