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Simplesmente Química

Prof. Luiz Ferraz Netto [Léo]
luizferraz.netto@gmail.com
leobarretos@uol.com.br

Química 3- Cálculos (e leis) na Química
Para que você perceba com que espontaneidade os cálculos vão aparecendo na Química (coisa típica da Ciência), consideremos, por exemplo, a equação que representa a combinação de hidrogênio e cloro:

H2 + Cl2 2HCl

Isto quer dizer que, no decurso da reação, uma molécula de hidrogênio reage com uma molécula de cloro, produzindo duas moléculas de cloreto de hidrogênio. Números iguais de moléculas de hidrogênio e cloro reagem uma com uma, dez com dez, um bilhão com um bilhão. Isto, porém, não significa que pesos iguais dos dois gases se combinarão, pois uma molécula de cloro é bem mais pesada do que uma molécula de hidrogênio; portanto, o peso de cloro envolvido na reação é bem maior do que o peso correspondente de hidrogênio.
Uma vez que o peso atômico do hidrogênio é 1, e aquele do cloro é 35,5, o peso molecular do H2 será 1 mais 1, ou seja 2, e o peso molecular do Cl2 será 35,5 mais 35,5, ou 71. Quando as moléculas de hidrogênio se combinam com as de cloro, seja na razão de uma para uma, de duas para duas, de dez para dez, ou de um bilhão para um bilhão, a relação das massas que reagem será sempre de 2 para 71. Assim, 2 gramas de hidrogênio reagirão com 71 gramas de cloro, 2 quilogramas de hidrogênio reagirão com 71 quilogramas de cloro, 2 toneladas de hidrogênio reagirão com 71 toneladas de cloro, e assim por diante. Já percebeu que isso pode ser tomado como uma lei? Que tal "lei da proporcionalidade das massas (ou pesos) que reagem"?

Nota: Os químicos haviam verificado que 2 gramas de hidrogênio reagem com 71 gramas de cloro, por meio de medidas realizadas no laboratório, muito antes de saberem os detalhes sobre o arranjo atômico das moléculas. Só depois de deduzirem, após observações várias, que a combinação química se dava na razão de um para um, eles puderam concluir que a molécula de cloro era 35,5 vezes mais pesada do que a molécula de hidrogênio, e que o átomo de cloro era 35,5 vezes mais pesado do que o átomo de hidrogênio. Portanto, o que primeiro possibilitou o cálculo dos pesos atômicos dos vários elementos foi a proporção em massa na qual estes elementos se combinavam entre si.

Ora, acontece que o número de moléculas contidos em 2 gramas de hidrogênio é igual, aproximadamente a 602 000 000 000 000 000 000 000. Este enorme número (6,02x1023) é chamado de “número de Avogadro”, pois o seu uso origina-se de pesquisas realizadas, e de conclusões tiradas, pelo químico italiano Amedeo Avogadro, ao redor de 1810. Costuma-se simbolizar o número de Avogadro pela letra N; uma vez que é bem mais fácil escrever N ao invés do número propriamente dito; passaremos a usar exclusivamente este símbolo (N, e não N, para não confundi-lo com o símbolo do nitrogênio).

Podemos dizer, portanto, que N moléculas de H2 pesam 2 gramas. Uma vez que a molécula individual de cloro, Cl2, pesa 35,5 vezes mais do que a molécula individual de H2, N moléculas de Cl2 deverão pesar 35,5 vezes mais do que N moléculas de H2. Portanto, N moléculas de Cl2 deverão pesar 35,5 x 2 gramas, ou seja 71 gramas.

N moléculas de H2 pesam 2 gramas
N moléculas de Cl2 pesam 71 gramas

Este mesmo tipo de raciocínio pode ser aplicado a qualquer tipo de molécula.

O peso de N moléculas de qualquer substância está para o peso de N moléculas de hidrogênio assim como o peso de uma molécula da substância em questão está para o peso de uma molécula de hidrogênio.

Escolhe-se o número N porque o peso de N moléculas de hidrogênio é igual ao peso molecular do hidrogênio, expresso em gramas. (Ou seja, o peso molecular do hidrogênio é 2, e o peso de N moléculas de hidrogênio é igual a 2 gramas.) As relações expressas no parágrafo anterior fazem com que N moléculas de qualquer substância devam ter um peso igual ao peso molecular desta substância, expresso em gramas. Como já vimos, N moléculas de Cl2 pesam 71 gramas, e o peso molecular do cloro é igual a 71.

Uma vez que o peso molecular da água é 1 mais 1 mais 16, ou seja 18, podemos dizer, imediatamente, que N moléculas de H2O deverão pesar 18 gramas, enquanto N moléculas de CO2 (cujo peso molecular é 44) deverão pesar 44 gramas.

Uma quantidade de substância, de peso igual ao peso molecular, expresso em gramas, é denominado de “molécula-grama”, que costuma ser abreviado “mol”. Assim, N moléculas de qualquer substância representam um mol desta substância. Um mol de hidrogênio pesa 2 gramas, um mol de água pesa 18 gramas, um mol de dióxido de carbono pesa 44 gramas, e assim por diante. Os pesos são diferentes, mas estas quantidades se caracterizam por apresentarem, todas, o mesmo número de moléculas.

Naturalmente, a mesma espécie de raciocínio vale para o caso de átomos simples. Assim, N átomos de carbono (C) pesam 12 gramas, enquanto N átomos de enxofre (S) pesam 32 gramas. Aqui temos o peso atômico expresso em gramas, grandeza que costuma ser chamada de "átomo-grama".
Por motivos de simplicidade, usaremos a abreviação “mol” indiscriminadamente, tanto para "molécula-grama" como para "átomo-grama".

Os símbolos químicos que representam os elementos e os compostos podem ser usados (e de fato são) para finalidades duplas. Eles podem representar um átomo ou molécula, ou então N átomos ou moléculas. Por exemplo, a equação:

2H2 + O2  2H2O

pode ser lida "duas moléculas de hidrogênio mais uma molécula de oxigênio dando duas moléculas de água", ou então, "dois moles de hidrogênio mais um mol de oxigênio dando dois moles de água".
Uma vez que os pesos moleculares do hidrogênio, do oxigênio e da água são, respectivamente, 2, 32 e 18, um mol de cada uma destas substâncias pesará, respectivamente, 2 gramas, 32 gramas e 18 gramas. Portanto, a segunda maneira de interpretar a equação acima pode ser expressa assim: "4 gramas de hidrogênio mais 32 gramas de oxigênio fornecem 36 gramas de água".

A quantidade de matéria, como você pode verificar, se conserva. Parte-se de 36 gramas de hidrogênio mais oxigênio e obtém-se, no final, 36 gramas de água. Somente uma equação balanceada garante esta conservação da massa.
Agora é fácil perceber que a equação:  C + O2
CO2 pode ser lida das seguintes três maneiras:

(a) Um átomo de carbono mais uma molécula de oxigênio dão uma molécula de dióxido de carbono;
(b) Um mol de carbono mais um mol de oxigênio dão um mol de dióxido de carbono;
(c) 12 gramas de carbono mais 32 gramas de oxigênio fornecem 44 gramas de dióxido de carbono;

Bem, agora já dispomos de uma linguagem química necessária ao prosseguimento de nossas considerações sobre a medida das variações de energia envolvidas em reações químicas. Vamos partir para o Calor de Reação.

segue: Química 4 - Calor de reação


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