A estequiometria de reações consiste numa forma de relacionar quantidades de reagentes que reagem entre si ou de produtos formados. Sendo assim, a estequiometria é empregada para prever quantidades de reagentes utilizados ou produtos formados em processos químicos. 

Entenda o que é estequiometria de reações

A estequiometria é uma forma de fazer a relação entre quantidades de substâncias que reagem entre si numa reação química específica. Também podem ser mensuradas as quantidades de produtos que se formam em uma reação química específica. Essa técnica tem como base as leis ponderais, as que foram elaboradas por Lavoisier e Proust.

Há diferentes metodologias para realizar cálculos estequiométricos, que demandam intenso estudo para compreensão. Para entender melhor, confira a equação química abaixo:

a A + b B → c C

A estequiometria nos informa que um número de “a” mols da substância A está reagindo com um número “b” de mols da substância B. Assim, está sendo formado um número “c” de mols da substância C. 

As letras “a”, “b” e “c” recebem o nome de coeficientes (ou índices) estequiométricos. Sua função é indicar a proporção mínima e inteira, em quantidade de matéria (mols) em que os participantes do processo reagem entre si. 

Conheça as leis da estequiometria

A estequiometria e os processos químicos se baseiam nas seguintes leis ponderais:

• Lei de Lavoisier (lei da conservação de massas);
• Lei de Proust (lei das proporções fixas). 

Lei de Lavoisier (lei da conservação de massas)

Em 1785, essa lei foi anunciada pelo químico francês Antoine Lavoisier. De acordo com ele, a soma das massas dos reagentes é sempre igual à soma das massas dos produtos. Porém, essa máxima só pode ser percebida experimentalmente se a reação química acontecer em sistemas fechados. 

Lei de Proust (lei das proporções fixas)

Essa lei foi anunciada pelo químico Joseph Louis Proust, em 1797. De acordo com ela, uma determinada substância (independente de sua origem) sempre é formada pelos mesmos elementos químicos combinados na mesma proporção. 

Cálculos estequiométricos

Podem ser utilizados diferentes métodos de cálculos estequiométricos, contudo, todos precisam seguir algumas regras básicas. Abaixo explicaremos o passo a passo para fazer um cálculo estequiométrico. 

Exemplo

A síntese de amônia é obtida através de um processo industrial chamado de Processo Haber-Bosch. Nesse processo, os gases de nitrogênio e hidrogênio reagem, em condições específicas de pressão e temperatura. O resultado é a produção de NH3, de acordo com a reação não balanceada abaixo: 

N2 (g) + H2 (g) → NH3 (g)

Vamos supor que estão sendo utilizados 14 kg de N2 em uma planta industrial, qual seria a massa de NH3 resultante? 

Dados: MMN = 14 g.mol-1; MMH = 1 g.mol-1

1° passo – Balanceamento da reação química

A reação deve estar balanceada para que possamos fazer o cálculo estequiométrico. Para isso é necessário alterar os coeficientes estequiométricos dos participantes. A quantidade de reagentes e produtos deve ser a mesma. O balanceamento pode ser feito com algumas técnicas com destaque para o método das tentativas.

Os coeficientes são alterados através de tentativas sucessivas (tentativa e erro) até que tudo fique certo. O melhor método para direcionar as tentativas é usar a regra empírica conhecida como regra do MACHO. De acordo com ela, deveremos balancear os elementos na ordem abaixo:

• Metais;
• Ametais;
• Carbono;
• Hidrogênio;
• Oxigênio. 

Nesse exemplo temos somente dois elementos: (ametal) e hidrogênio. Observe que antes da seta temos o nitrogênio na forma de N2. Depois da seta, há o NH3 sendo que existe somente um nitrogênio. O número 3 está presente como referência ao hidrogênio. O número 2 deve ser adicionado na frente do NH3. 

N2 + H2 → 2 NH3

O balanceamento somente pode ser feito pela alteração de coeficientes estequiométricos. Prosseguindo no balanceamento, deveremos garantir que haverá a mesma quantidade de hidrogênios antes e depois da seta. Para isso o coeficiente estequiométrico deverá ser 3. 

N2 + 3 H2 → 2 NH3

2º passo – Identificação das substâncias 

A estequiometria objetiva identificar as quantidades que irão reagir entre si. Para isso devemos utilizar a informação de consumo ou produção conhecida. No enunciado está sendo pedido para identificar a massa de NH3 (desconhecido) partindo de 14 kg de N2 (conhecido). As duas substâncias serão usadas para trabalhar a estequiometria.

3° passo – Regra de três

Há uma proporção fixa entre as substâncias, dessa forma o cálculo deve respeitar a proporção. O principal método de cálculo utilizado na estequiometria é a regra de três. Fica da seguinte forma:

1 mol de N2 ———————————————————— 2 mols de NH3

14 kg de N2 ———————————————————— X

4° passo – Conversão das unidades

A regra de três foi montada, mas é necessário evitar erros matemáticos. Suponha que usemos a seguinte expressão: 

1 ⋅ x = 2 ⋅ 14

Afirmar que x é igual a 28 kg de NH3 seria um erro. A massa molar de N2 não é igual à massa molar de NH3. Então não existe proporcionalidade entre o número de mols e de massa de substâncias diferentes. Devemos padronizar toda a regra de três em mols ou massa. Iremos converter os valores para massa. 

Conversão de mols para massa:

Cada mol de átomos de nitrogênio possui 14 g.mol-1. A massa molar de N2 é calculada:

MM (N2) = 2 ⋅ 14 = 28 g ⋅ mol-1

Para NH3 usaremos a massa molar de nitrogênio somando a massa molar de hidrogênio, igual a 1 g.mol-1:

MM (NH3) = 14 + (3 ⋅ 1) = 17 g ⋅ mol-1

A regra de três fica da seguinte forma:

28g N2 ———————————————————— 2 . 17 NH3

14 kg de N2 ———————————————————— X

5° passo – cálculo da regra de três

Chegamos então ao cálculo da regra de três: 

1 mol de N2 ———————————————————— 2 mols de NH3

14 kg de N2 ———————————————————— X

Resolução: 

28 ⋅ x = 14 ⋅ 2 ⋅ 17

x = 17 kg NH3

Então, são obtidos 17 kg de NH3 no processo. 

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