Mol, composição e medida
Uma balança de laboratório não conta átomos: ela mede gramas. Mas uma reação química não "sabe" de gramas, só de quantas partículas colidem entre si. O mol é a ponte entre o que se mede no laboratório (a massa) e o que de fato acontece na escala atômica (o número de partículas).
O mol e a constante de Avogadro
Se você pesar $12{,}01\text{ g}$ de carbono e $4{,}00\text{ g}$ de hélio, terá massas bem diferentes, mas as duas amostras contêm exatamente o mesmo número gigantesco de átomos. Como definir uma unidade que permita contar partículas microscópicas apenas pesando-as?
Em um recipiente fechado introduz-se uma amostra de $44{,}10\text{ g}$ de propano gasoso ($\mathrm{C_3H_8}$). a) Calcule a quantidade de substância de propano contida no…
Em um recipiente fechado introduz-se uma amostra de $44{,}10\text{ g}$ de propano gasoso ($\mathrm{C_3H_8}$).
- a) Calcule a quantidade de substância de propano contida no recipiente e determine o número total de moléculas de propano presentes.
- b) Calcule o número de mols de átomos de hidrogênio e o número absoluto de átomos de hidrogênio presentes na amostra.
Dados: Massas molares atômicas: $\mathrm{C} = 12{,}01\text{ g}\cdot\text{mol}^{-1}$; $\mathrm{H} = 1{,}008\text{ g}\cdot\text{mol}^{-1}$. Constante de Avogadro: $N_{\mathrm{A}} = 6{,}022\cdot 10^{23}\text{ mol}^{-1}$.
Massa atômica: a média ponderada dos isótopos
O gálio natural é constituído exclusivamente por dois isótopos estáveis: $^{69}\mathrm{Ga}$, com massa isotópica de $68{,}926\text{ u}$ e uma abundância natural de…
O gálio natural é constituído exclusivamente por dois isótopos estáveis: $^{69}\mathrm{Ga}$, com massa isotópica de $68{,}926\text{ u}$ e uma abundância natural de $60{,}11\,\%$, e $^{71}\mathrm{Ga}$, com massa isotópica de $70{,}925\text{ u}$ e uma abundância de $39{,}89\,\%$.
- a) Calcule a massa atômica relativa média ponderada do gálio, expressando o resultado com quatro algarismos significativos.
- b) Justifique brevemente por que a massa atômica que figura na tabela periódica para os elementos químicos raramente coincide com um número inteiro exato.
Algarismos significativos em uma medida de laboratório
No laboratório pesa-se uma amostra anidra pura de sulfato de cobre(II), $\mathrm{CuSO_4}$. Para evitar o contato direto com o prato da balança digital de prato único,…
No laboratório pesa-se uma amostra anidra pura de sulfato de cobre(II), $\mathrm{CuSO_4}$. Para evitar o contato direto com o prato da balança digital de prato único, usa-se um vidro de relógio limpo. Primeiro faz-se a leitura do vidro de relógio vazio e, em seguida, coloca-se sobre ele o sal sólido cristalino, obtendo-se as leituras detalhadas no seguinte esquema instrumental:
A partir das medições experimentais mostradas:
- a) Calcule a massa líquida de $\mathrm{CuSO_4}$ e a quantidade de substância pesada, arredondando com o número correto de algarismos significativos.
- b) Determine o número de unidades de fórmula de $\mathrm{CuSO_4}$ pesadas e o número total de átomos de oxigênio presentes nessa porção.
Dados: Massas molares atômicas: $\mathrm{Cu} = 63{,}55\text{ g}\cdot\text{mol}^{-1}$; $\mathrm{S} = 32{,}06\text{ g}\cdot\text{mol}^{-1}$; $\mathrm{O} = 16{,}00\text{ g}\cdot\text{mol}^{-1}$. Constante de Avogadro: $N_{\mathrm{A}} = 6{,}022\cdot 10^{23}\text{ mol}^{-1}$. Leitura do vidro vazio: $15{,}320\text{ g}$; leitura com amostra: $19{,}795\text{ g}$.
Fórmula mínima e fórmula molecular
A análise elementar do formaldeído (um conservante tóxico) e da glicose (um nutriente básico das células) dá, nos dois casos, $40{,}0\%$ de C, $6{,}7\%$ de H e $53{,}3\%$ de O em massa. Como duas substâncias com propriedades tão diferentes podem ter a mesma proporção de elementos?
Fórmula a partir da combustão e da massa molar de um gás
Quando o composto contém C, H e N, queima-se uma amostra: todo o carbono vira $\mathrm{CO_2}$, todo o hidrogênio vira $\mathrm{H_2O}$ e o nitrogênio sai como $\mathrm{N_2}$. As massas de C e de H vêm das massas dos produtos, e o N é obtido por diferença.
A análise elementar quantitativa de uma amostra pura de um ácido carboxílico de cadeia aberta revela uma composição centesimal em massa de $40{,}00\,\%$ de carbono,…
A análise elementar quantitativa de uma amostra pura de um ácido carboxílico de cadeia aberta revela uma composição centesimal em massa de $40{,}00\,\%$ de carbono, $6{,}71\,\%$ de hidrogênio e $53{,}29\,\%$ de oxigênio. Mediante um método físico complementar determina-se que sua massa molar é de $90{,}08\text{ g}\cdot\text{mol}^{-1}$.
- a) Determine, justificando, a fórmula empírica desse composto orgânico.
- b) Deduza sua fórmula molecular e proponha uma estrutura semidesenvolvida compatível que contenha um grupo carboxila e um grupo hidroxila.
Dados: Massas molares atômicas: $\mathrm{C} = 12{,}01\text{ g}\cdot\text{mol}^{-1}$; $\mathrm{H} = 1{,}008\text{ g}\cdot\text{mol}^{-1}$; $\mathrm{O} = 16{,}00\text{ g}\cdot\text{mol}^{-1}$.
Um composto orgânico volátil gasoso é formado unicamente por carbono, hidrogênio e nitrogênio. A combustão completa de uma amostra de $1{,}452\text{ g}$ dessa substância…
Um composto orgânico volátil gasoso é formado unicamente por carbono, hidrogênio e nitrogênio. A combustão completa de uma amostra de $1{,}452\text{ g}$ dessa substância produz $2{,}201\text{ g}$ de $\mathrm{CO_2}$ e $1{,}351\text{ g}$ de $\mathrm{H_2O}$, convertendo-se todo o nitrogênio em nitrogênio diatômico gasoso ($\mathrm{N_2}$).
Por outro lado, introduz-se uma amostra de $0{,}5900\text{ g}$ do mesmo composto em um balão fechado de $311{,}0\text{ mL}$ a uma temperatura constante de $100{,}0\,^\circ\mathrm{C}$, atingindo uma pressão de equilíbrio de $1{,}000\text{ atm}$. Supondo comportamento de gás ideal:
- a) Determine a massa de cada elemento na amostra queimada e deduza a fórmula empírica.
- b) Calcule a massa molar experimental do gás e determine sua fórmula molecular definitiva.
Dados: $R = 0{,}08206\text{ atm}\cdot\text{L}\cdot\text{mol}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}$. Massas molares atômicas: $\mathrm{C} = 12{,}01\text{ g}\cdot\text{mol}^{-1}$; $\mathrm{H} = 1{,}008\text{ g}\cdot\text{mol}^{-1}$; $\mathrm{N} = 14{,}01\text{ g}\cdot\text{mol}^{-1}$; $\mathrm{O} = 16{,}00\text{ g}\cdot\text{mol}^{-1}$.
Composição centesimal de compostos e misturas
Em um sal hidratado ou em uma mistura, a pergunta é: que parte da massa é de cada componente? A resposta usa sempre a mesma ideia: massa da parte dividida pela massa do todo.
Em misturas que perdem massa ao reagir, como a calcinação de um carbonato que libera $\mathrm{CO_2}$, a massa perdida é a do gás liberado. Com ela você obtém $n_{\mathrm{CO_2}}$, que é igual a $n_{\mathrm{CaCO_3}}$ (proporção $1:1$), e daí a massa de cada componente da mistura.
O sulfato de ferro(II) cristaliza habitualmente na forma heptaidratada, $\mathrm{FeSO_4\cdot 7H_2O}$. Em uma prática de gravimetria parte-se de um cristal puro desse sal…
O sulfato de ferro(II) cristaliza habitualmente na forma heptaidratada, $\mathrm{FeSO_4\cdot 7H_2O}$. Em uma prática de gravimetria parte-se de um cristal puro desse sal com massa de $6{,}950\text{ g}$.
- a) Calcule a fração em massa e a porcentagem em massa de água de cristalização presente no composto.
- b) Determine a quantidade de matéria total de átomos de oxigênio presentes nos $6{,}950\text{ g}$ de sal, especificando quantos mols desses átomos provêm das moléculas de água de hidratação e quantos provêm do ânion sulfato.
Dados: Massas molares atômicas: $\mathrm{Fe} = 55{,}85\text{ g}\cdot\text{mol}^{-1}$; $\mathrm{S} = 32{,}06\text{ g}\cdot\text{mol}^{-1}$; $\mathrm{O} = 16{,}00\text{ g}\cdot\text{mol}^{-1}$; $\mathrm{H} = 1{,}008\text{ g}\cdot\text{mol}^{-1}$.
Uma amostra sólida de $5{,}0000\text{ g}$ constituída exclusivamente por uma mistura homogênea de cloreto de sódio ($\mathrm{NaCl}$) e carbonato de cálcio…
Uma amostra sólida de $5{,}0000\text{ g}$ constituída exclusivamente por uma mistura homogênea de cloreto de sódio ($\mathrm{NaCl}$) e carbonato de cálcio ($\mathrm{CaCO_3}$) é submetida a calcinação prolongada em um cadinho aberto. Na temperatura de trabalho, o cloreto de sódio permanece inalterado, enquanto o carbonato de cálcio se decompõe termicamente de forma completa, liberando dióxido de carbono gasoso segundo a reação: $\mathrm{CaCO_3(s) \rightarrow CaO(s) + CO_2(g)}$.
Após resfriar o cadinho em um dessecador com sílica-gel para evitar a absorção de umidade atmosférica, o resíduo sólido seco registra uma massa final de $3{,}8998\text{ g}$.
- a) Calcule a massa de $\mathrm{CaCO_3}$ e de $\mathrm{NaCl}$ presentes na mistura inicial, bem como a porcentagem em massa de cada componente.
- b) Expresse a composição da mistura original em fração molar e justifique, de forma fundamentada, o sinal do erro que se cometeria na porcentagem de carbonato de cálcio se o cadinho tivesse sido deixado esfriar ao ar livre sem dessecador.
Dados: Massas molares atômicas: $\mathrm{Ca} = 40{,}08\text{ g}\cdot\text{mol}^{-1}$; $\mathrm{C} = 12{,}01\text{ g}\cdot\text{mol}^{-1}$; $\mathrm{O} = 16{,}00\text{ g}\cdot\text{mol}^{-1}$; $\mathrm{Na} = 22{,}99\text{ g}\cdot\text{mol}^{-1}$; $\mathrm{Cl} = 35{,}45\text{ g}\cdot\text{mol}^{-1}$.
Resumo
Voltando ao começo: o mol permite "contar" pesando, porque $n = m/M$ transforma gramas, que a balança mede, em número de partículas, que a reação exige.