Fala Gás Nobre, tudo bem? Preparado para reagir?
É muito comum os alunos me mandarem mensagens, principalmente no meu instagram (se você ainda não me segue, basta procurar por @plvalim), dizendo que acham estequiometria um “bicho de 7 cabeças”. Normalmente, a pergunta que se segue, é se esse assunto realmente é importante para o ENEM, assim como, se vale a pena colocar o cálculo estequiométrico dentro da estratégia de preparação.
Será que vale a pena?
Se você está com essa dúvida, desde já adianto que você deve SIM estudar o assunto estequiometria, pois todos os anos aguardamos alguma questão sobre esse tema. E acredite: todos os anos temos essa abordagem na prova! Como já tivemos várias aplicações do ENEM, seria completamente inviável colocar todas as questões neste artigo, mas saiba que pelo menos uma questão de cada temática da estequiometria para discutirmos aqui, foi uma preocupação que tive para lhe dar um direcionamento.
Ah, antes que eu me esqueça: neste artigo vou considerar qualquer versão do ENEM, tudo bem?
Então se prepara, pois é hora de calcular!
TEMAS RELACIONADOS COM O “UNIVERSO” DO CÁLCULO ESTEQUIOMÉTRICO
Quando preciso apresentar esse tema para os meus alunos, gosto de organizar a linha de raciocínio que vou empregar durante as aulas. Essa linha de raciocínio engloba os pré-requisitos, além dos tópicos que eles vão aprender.
Sabendo que essa é uma excelente forma de fazer com que eles aprendam, vou replicar a dose aqui, fazendo a mesma coisa: expondo os pré-requisitos e os tópicos que você verá durante toda a nossa jornada.
Pois bem, como pré-requisitos, considero extremamente importante 2 coisas: saber como calcular a massa molar de uma determinada substância, e saber como efetuar o balanceamento de uma equação.
O cálculo da massa molar (bem como a massa molecular) já foi um tema abordado aqui no nosso blog, e eu publiquei um artigo bastante didático e prático sobre isso. Se por acaso você não leu, e/ou tem uma necessidade de reforçar as suas bases dentro desse tema, clique aqui!
O balanceamento de uma equação, também já foi abordado aqui no blog. Diga-se de passagem, falei sobre o método das tentativas e o método da oxirredução.
Vou colocar o link dos dois artigos, mas recomendo fortemente para você que o balanceamento de uma equação pelo método das tentativas esteja 100% dominado, pois será ele a principal ferramenta que você deverá aplicar para o caso de uma equação não estiver balanceada. Seguem os links:
👉 Balanceamento por tentativas
👉 Balanceamento por oxirredução
Há vários outros conhecimentos que são importantes para se dominar o cálculo estequiométrico. Dentre eles: o reconhecimento e nomenclatura dos compostos orgânicos e inorgânicos, suas reações, concentração das soluções, termoquímica, etc. Como esses conhecimentos fazem parte de qualquer estratégia de preparação para o ENEM, resolvi deixar de fora uma abordagem detalhada desses tópicos, para que esse artigo possa ser o mais direto possível.
E quais os tópicos que devemos estudar em estequiometria?
Normalmente, os tópicos seguem a sequência listada abaixo, ainda que não haja problemas em mudar a ordem dessa abordagem. Observe:
- Casos gerais de estequiometria
- Cálculo envolvendo o rendimento da reação
- Cálculo envolvendo a pureza dos reagentes
- Cálculo envolvendo reagente em excesso
- Cálculo envolvendo reações sucessivas
Ao menos uma questão de cada tópico estarei mostrando para você. Isso quer dizer que neste artigo teremos 5 questões do tema cálculo estequiométrico. É importante frisar que esse assunto pode (e costuma!) ser abordado com outros conteúdos estudados em Química, como eu já tinha citado na etapa dos pré-requisitos. Ainda assim, resolvi deixar esses conteúdos associados de fora do artigo, para focar exclusivamente no cálculo estequiométrico.
CASOS GERAIS DE ESTEQUIOMETRIA
Os casos gerais de estequiometria, digamos que é a parte mais básica desse conteúdo. Comparativos envolvendo massa, mol e/ou volume, entre os participantes da reação, sejam reagentes ou produtos, é algo que observamos nas questões. Segue um exemplo de questão logo abaixo, com a resolução da mesma:
Para resolver essa questão, você precisaria identificar que o comparativo gira em torno da massa de hidroxiapatita e a massa total dos íons.
A primeira linha da regra de três, que é baseada na equação balanceada, nos diz que:
1004 gramas de Ca10(PO4)6(OH)2 ——- 10 . 40 gramas de Ca2+ + 6 . 96 gramas de HPO42-
1004 gramas de Ca10(PO4)6(OH)2 ——- 400 gramas de Ca2+ + 576 gramas de HPO42-
Como o somatório da massa dos íons vem ser 976 (400 + 576) gramas, eu poderia escrever da seguinte forma:
1004 gramas de Ca10(PO4)6(OH)2 ——- 976 gramas de íons
Agora nós escreveríamos a segunda linha da regra de três, que visa responder a pergunta. Como a primeira linha está sendo utilizado a massa da hidroxiapatita expressa em gramas, eu preciso manter a mesma forma na segunda linha. Isso quer dizer que eu devo utilizar 0,001 gramas, ao invés de 1 miligrama. Observe:
1004 gramas de Ca10(PO4)6(OH)2 ——- 976 gramas de íons
0,001 gramas de Ca10(PO4)6(OH)2 ——- x
Efetuando o cálculo, chegaríamos no valor igual a 0,00097 gramas de íons, que é equivalente a 0,97 miligramas, sendo a alternativa D o que deveríamos marcar.
E aí, o que você achou dessa questão? Fácil ou Difícil?
CÁLCULO ENVOLVENDO O RENDIMENTO DA REAÇÃO
Nem toda reação rende 100% do que esperamos, e isso é bastante comum. Essa temática costuma ser bastante cobrada no ENEM, então não dê bobeira: faça vários exercícios. Vamos analisar uma questão que já foi abordada?
Observe:
Para resolver essa questão, você precisaria iniciar efetuando o cálculo da massa molar da calcosita, que nesse caso será 159 g/mol. Posteriormente, efetuar a seguinte relação, tendo como base a equação (que sempre se relaciona com um rendimento de 100%):
159 gramas de Cu2S ——– 2 mols de Cu ——- 100% rendimento
Como a questão disse que o rendimento da reação é de 80%, um dos caminhos que eu poderia traçar para resolver o problema, seria reconsiderar a formação de 2 mols de Cu. Observe:
2 mols de Cu ——- 100% rendimento
x1 ——– 80% rendimento
Esse cálculo me forneceria a informação que nesse caso, 159 gramas do minério não forneceriam 2 mols de Cu, mas sim, 1,6 mols. Agora eu posso escrever a segunda linha da regra de três, tentando responder a pergunta.
159 gramas de Cu2S ——– 1,6 mols de Cu
x2 ———- 16 mols de Cu
Efetuando esse cálculo, chegaríamos na alternativa C, que vem ser 1590 gramas do minério.
Lembre-se sempre que uma equação está relacionada com 100% de rendimento. Isso é importante para resolver questões dentro desse tema.
CÁLCULO ENVOLVENDO A PUREZA DOS REAGENTES
Nem todos os reagentes são 100% puros. Pensando nisso, esperamos sempre esse tipo de questão na prova. Observe um exemplo:
Sabendo que 1 tonelada do ácido reage com 1 tonelada do sal, e que o acidente envolveu 10000 toneladas do ácido, fica evidente que eu precisaria de 10000 toneladas do sal, você concorda comigo? Nem precisei escrever uma regra de três para efetuar essa análise.
Agora pense comigo: cada caminhão tem 30 toneladas do calcário, com 80% de pureza, ou seja, eu preciso descobrir a parte pura que está dentro de cada caminhão. Observe:
30 toneladas de calcário ——- 100%
x1 —— 80% (parte pura)
Esse cálculo me forneceria a quantidade de 24 toneladas somente de CaCO3 a cada caminhão.
Como precisamos de 10000 toneladas de CaCO3, eu teria:
1 caminhão ——- 24 toneladas de CaCO3
x2 ———- 10000 toneladas de CaCO3
Esse cálculo me daria o valor de aproximadamente 416 caminhões, onde a alternativa D seria o que deveríamos marcar.
Lembre-se sempre que será a parte pura de um reagente que vai reagir, e durante o cálculo, você deverá se concentrar em achar essa informação.
CÁLCULO ENVOLVENDO REAGENTE EM EXCESSO
Gás Nobre, já aconteceu de alguma vez você comer alguma comida em que colocaram mais sal do que o necessário, e essa comida ficou muito salgada?
Existem situações em que um dos reagentes acaba sendo colocado além do necessário, e todos os nossos cálculos precisam se basear no reagente que vai limitar a reação. Ou seja: temos um reagente em excesso, e um reagente limitante. Identificar quem está em excesso e quem é o limitante, é muito importante para resolvermos problemas dentro dessa temática.
Logo abaixo, um exemplo de questão um pouco “fora da curva”, que tratou esse tema junto com o rendimento reacional. Observe:
Inicialmente, precisaríamos fazer o cálculo da massa molar do metanol, brometo de metila e hidróxido de sódio. Como resposta, teríamos:
CH3OH = 32 g/mol; CH3Br = 95 g/mol; NaOH = 40 g/mol
Agora, analisando a equação, teríamos que:
95 gramas de CH3Br —– 40 gramas de NaOH ——- 32 gramas de CH3OH
Precisamos identificar qual reagente está em excesso, e qual é o limitante. Para resolver isso, vamos fazer um teste com a quantidade de brometo de metila que a questão informou, visando ver a quantidade de hidróxido de sódio necessária para reagir com essa massa. Olha como vai ficar esse cálculo:
95 gramas de CH3Br —– 40 gramas de NaOH
142,5 gramas de CH3Br ——– x1
Esse cálculo me forneceria uma quantidade de 60 gramas de NaOH. O que isso quer dizer?
Se a reação iniciar com 142,5 gramas de brometo de metila, precisaríamos de 60 gramas do hidróxido de sódio.
A questão é: temos 60 gramas de NaOH?
Sim! Na verdade, temos mais do que isso, concorda? Como temos 80 gramas de NaOH, acabamos de verificar que o hidróxido de sódio é o reagente em excesso, e o brometo de metila o reagente limitante.
A questão poderia ser resolvida através da fórmula fornecida, ou então, utilizando os conhecimentos que abordamos anteriormente. Como gosto de abordar o conteúdo pensando através de uma forma mais tradicional, vou terminar a resolução através da regra de três. Observe:
95 gramas de CH3Br —– 32 gramas de CH3OH —— 100% rendimento
142,5 gramas de CH3Br —– x2 —— 100% rendimento
Através desse cálculo, eu descubro que em 100% de rendimento, os 142,5 gramas do brometo de metila DEVERIA formar 48 gramas do metanol. Como a reação formou somente 32 gramas, eu teria:
48 gramas de CH3OH ——- 100 % de rendimento
32 gramas de CH3OH ——– x3
Dessa forma, chegaríamos no valor aproximado de 67% de rendimento.
Nas questões que envolvem reagente em excesso, normalmente você observará que o enunciado vai mencionar a quantidade de dois reagentes que vão reagir. Eu sei que ficou redundante o que falei, mas é proposital para você não esquecer. Quando acontecer algo assim, desconfie: provavelmente será uma questão que apresentará excesso de reagente. Sempre que isso acontecer, você precisará descobrir o reagente que está em excesso e o reagente que será o limitante, e com base na quantidade do reagente limitante, que você achará a quantidade do produto formado.
CÁLCULO ENVOLVENDO REAÇÕES SUCESSIVAS
Há reações em que um produto formado em uma primeira etapa, acaba continuando a reagir em uma segunda etapa, e assim por diante. A questão que escolhi, além de abordar pureza e rendimento, também aborda a temática dessa etapa do artigo. Observe a questão logo abaixo:
Não sei se você reparou, mas o óxido de zinco (ZNO) formado na primeira etapa, acaba por continuar a reagir em uma segunda etapa. Você percebeu isso?
Agora eu gostaria que você se atentasse para outro detalhe: na primeira etapa, temos 2 mols de ZnO formados, e na segunda etapa, apenas 1 mol reage. Percebeu isso?
Onde quero chegar?
Precisamos efetuar o balanceamento da segunda etapa, visando deixar as quantidades de ZnO equivalente. Nesse caso, eu precisaria multiplicar todos os coeficientes estequiométricos por 2. Olha como vai ficar a aplicação do que acabei de falar:
Etapa 1: 2 ZnS + 3 O2 → 2 ZnO + 2 SO2
Etapa 2: 2 ZnO + 2 CO → 2 Zn + 2 CO2
As questões que envolvem reações sucessivas, é praticamente certo que você vá precisar fazer o balanceamento das etapas. Não se esqueça disso, tá?
Agora é só continuar o cálculo, nesse caso comparando as substâncias mencionadas na questão. Gostaria muito que você utilizasse dos conhecimentos que tratamos nessa questão, como proposta de colocar em prática as coisas que abordamos aqui.
Se você não conseguir chegar na resposta, veja essa resolução em vídeo, que fiz para o meu canal no YouTube. Assista aqui!
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