Relações numéricas: leis ponderais e tipos de fórmulas

LEI DE LAVOISIER (LEI DA CONSERVAÇÃO DAS MASSAS)

Antoine Lavoisier determinou, experimentalmente, que em um sistema fechado, a soma das massas dos reagentes (antes da reação ocorrer) será igual à soma da massa dos produtos (após ocorrida a reação).

mʳᵉᵃᵍᵉⁿᵗᵉˢ = mᵖʳᵒᵈᵘᵗᵒˢ

A lei de Lavoisier é constantemente atribuída à uma frase baseada em suas ideias: “Na natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma”.

Vale ressaltar que a lei de Lavoisier só é válida em sistemas fechados, uma vez que os gases tenderiam a escapar caso este fosse aberto.

Isto faria com que suas massas não fossem contabilizadas, impossibilitando a igualdade entre as massas dos reagentes e dos produtos.

Exemplos:

Cl2(g) + PCl3(g) → PCl5(g)

71g + 137,7g = 208,5g

208,5 g = 208,5 g

LEI DE PROUST (LEI DAS PROPORÇÕES DEFINIDAS)

Louis Proust, um químico francês, verificou que ao se realizar diversos experimentos referentes a uma mesma reação variando a quantidade de reagentes, a quantidade de produto formada também varia, de maneira proporcional.

Exemplos:

H2 + ½ O2 → H2O

2 g + 16 g = 18 g

4 g + 32 g = 36 g

Observe que ao dobrar a massa de H2 a massa das demais substâncias também dobraram.

LEI DE GAY-LUSSAC (LEI DAS PROPORÇÕES VOLUMÉTRICAS)

Dois gases, sob as mesmas condições de temperatura e pressão, apresentam entre si uma proporção entre os seus volumes em números inteiros e pequenos.

Observe o exemplo abaixo:

N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g)

1L    3L    2L

3L    9L   6L

Observe que ao se triplicar o volume de N2(g) os volumes dos demais gases também triplicam.

TIPOS DE FÓRMULAS

As fórmulas químicas expressam informações sobre as substâncias, tais como o percentual de cada átomo na estrutura, a proporção mínima inteiro de cada tipo de átomo presentes na substância e a quantidade exata de átomos existentes em uma molécula.

FÓRMULA CENTESIMAL (OU PERCENTUAL)

É a fórmula que indica a porcentagem em massa de cada elemento que compõe a substância.

Exemplo:

C2H6O
MM = (2 · 12) + (6 · 1) + (16 · 1) = 46 g/mol

C

46 g ___ 100%

24 g ___ x

x = 52,17 %

H

46 g __ 100%

6 g ___ y

y = 13,04 %

O

z = 100 – (52,17 + 13,04)

z = 34,79 %

Fórmula centesimal:

C52,17%  H13,04%  O34,79%

FÓRMULA MÍNIMA (OU EMPÍRICA)

É a fórmula que indica a proporção mínima inteira em números de mols de cada elemento na substância.

A fórmula mínima do eteno, C2H4, é CH2.

Note que para determinar a fórmula mínima do eteno, dividiu-se os números referentes a atomicidade pelo maior número inteiro possível, de maneira que os números resultantes permanecessem inteiros.

Nos casos onde o resto da divisão for um número decimal, deve-se multiplicar todos os números pelo menor número inteiro possível, de maneira a tornar o número decimal um número inteiro.

EXERCÍCIO RESOLVIDO

01. Sabendo-se que uma determinada substância é formada por 40% em massa de C, 6,6% em massa de hidrogênio e
53,4% em massa de oxigênio, determine sua fórmula mínima.

Resolução:
Dado que C = 12 u; H = 1 u; e O = 16 u, tem-se que

C = 40%/12 = 3,3

H = 6,6%/1 = 6,6

O = 53,4%/16 = 3,3

Para se achar o número mínimo inteiro, divide-se todos os valores encontrados pelo menor valor.

C = 40%/12 = 3,3/3,3 = 1

H = 6,6%/1 = 6,6/3,3 = 2

O = 53,4%/16 = 3,3/3,3 = 1

Logo, a fórmula mínima do composto é:

CH²O

FÓRMULA MOLECULAR

É a fórmula que apresenta a quantidade exata de átomos existentes em uma molécula. A fórmula molecular pode ser calculada a partir da fórmula mínima. Para tal, é preciso conhecer-se a massa molar da substância em questão.

EXERCÍCIOS RESOLVIDOS 

02. Sabendo-se que a massa molar da substância que possui fórmula mínima (CH²O)ⁿ vale 180 g/mol, determina sua fórmula molecular. 

Resolução:

O n é o número inteiro que foi o divisor na obtenção da fórmula mínima. Assim, deve-se multiplicar a massa molar de cada átomo na fórmula (respeitando a atomicidade) por n, e então igualar à massa molar da molécula:

12 . n + 2 .
n + 16 .
n = 180
12n + 2n + 16n = 180
30n = 180

n = 6

Substituindo n temos:

(CH²O)ⁿ = (CH²O)⁶ 

Fórmula molecular: C⁶H¹²O⁶