Estequiometria: Leis, Mol, Volume Molar e Massas
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Leis Fundamentais da Estequiometria
Lei da Conservação da Massa (Lei de Lavoisier)
A Lei da Conservação da Massa, ou Lei da Conservação da Matéria (também conhecida como Lei de Lavoisier-Lomonosov), estabelece que, em uma reação química ordinária, a massa permanece constante. Ou seja, a massa dos reagentes consumidos é igual à massa dos produtos obtidos.
Lei das Proporções Múltiplas (Lei de Dalton)
A Lei de Dalton, ou Lei das Proporções Múltiplas, formulada em 1803 por John Dalton, é uma das leis estequiométricas mais básicas. (Esta lei foi demonstrada pelo químico e físico francês Joseph Louis Gay-Lussac.)
Lei das Proporções Recíprocas (Lei de Richter-Wenzel)
A Lei das Proporções Recíprocas, também chamada de Lei dos Pesos de Combinação ou Lei Recíproca (ou Lei de Richter-Wenzel), estabelece que os pesos dos diferentes elementos que se combinam com o mesmo peso de um determinado elemento são os pesos relativos com que esses elementos se combinam, ou múltiplos ou frações desses pesos.
Volume Molar e o Conceito de Mol
Volume Molar
O Volume Molar de uma substância, simbolizado $V_m$ [1], é o volume de um mol da mesma. A unidade do Sistema Internacional de Unidades (SI) é o metro cúbico por mol: m³·mol⁻¹.
O Mol e o Número de Avogadro
Um mol de qualquer substância contém $6,022 imes 10^{23}$ partículas. [2] No caso do mol gasoso molecular, ele contém $N_A$ moléculas (Número de Avogadro). Disto se segue, tendo em conta a Lei de Avogadro, que um mol de qualquer substância gasosa ocupará sempre o mesmo volume (medido sob as mesmas condições de pressão e temperatura).
Experimentalmente, foi demonstrado que o volume ocupado por um mol de qualquer gás ideal nas Condições Normais de Temperatura e Pressão (CNTP: Pressão = 1 atm, Temperatura = 273,15 K ou 0 °C) é de 22,4 litros. [3] Este valor é conhecido como Volume Molar Normal de um Gás.
Gases Ideais e Reais
Este valor corresponde ao volume molar dos chamados gases perfeitos ou ideais. Os gases comuns não são ideais (suas moléculas têm um volume próprio, ainda que pequeno) e seu volume molar desvia-se ligeiramente deste valor. Assim, o volume molar de alguns gases reais é:
- Monóxido de carbono (CO): 22,4 L.
- Dióxido de enxofre (SO2): 21,9 L.
- Dióxido de carbono (CO2): 22,3 L.
No caso de substâncias sólidas ou líquidas, o volume molar é muito menor e diferente para cada substância. Por exemplo:
- Nitrogênio líquido (-210 °C): o volume molar é de 34,6 cm³.
- Água líquida (4 °C): o volume molar é de 18,0 cm³.
Massa Atômica e Molecular
Massa Atômica
A Massa Atômica ($m_a$) é a massa de um átomo, geralmente expressa em unidade de massa atômica (u.m.a.) [1]. A massa atômica pode ser considerada como a massa total de prótons e nêutrons em um átomo (quando o átomo está em repouso). A massa atômica é por vezes usada incorretamente como sinônimo de massa atômica relativa, massa atômica média e peso atômico, sendo que este último difere sutilmente da massa atômica. A massa atômica é definida como a massa de um átomo, que só pode ser de um isótopo de cada vez, e não é uma média ponderada das abundâncias dos isótopos.
O Mol como Unidade SI
O mol (símbolo: mol) é a unidade que mede a quantidade de substância, uma das sete grandezas físicas fundamentais do Sistema Internacional (SI).
1 mol equivale a $6,02214179(30) imes 10^{23}$ partículas.
Massa Molecular Relativa
A Massa Molecular Relativa é um número que indica quantas vezes a massa de uma molécula de uma substância é maior do que a unidade de massa atômica. Sua unidade é o Dalton (Da) ou unidade de massa atômica, abreviada como u (anteriormente u.m.a.).
A massa molecular é determinada pela soma das massas atômicas relativas dos elementos cujos átomos formam uma molécula dessa substância. Embora seja popularmente chamado de peso molecular, o termo correto é massa molecular. A massa molar de uma substância coincide numericamente com a massa molecular, embora sejam grandezas diferentes.
Cálculo da Massa Molecular
A fórmula para o cálculo da percentagem de um elemento (X) na molécula é: % X = [(Nº de átomos de X) · Ar(X) / Mr] * 100%
A massa molecular é calculada pela soma das massas atômicas dos elementos da molécula. Assim, no caso da molécula de água, H2O, a sua massa molecular é:
(Massa atômica do H: 1,00797; Massa atômica do O: 15,9994)
O valor da massa atômica do Hidrogênio é multiplicado por 2, pois a molécula de água contém dois átomos de hidrogênio (H).