As Leis Ponderais na Química incluem a Lei de Proust e a Lei de Lavoisier. As duas são grandes contribuintes para o avanço da área, postuladas no século XVIII. Ambas também são essenciais para os estudos da estequiometria e de demais teorias que foram postuladas posteriormente. Fizemos um resumo com as informações essenciais acerca do assunto. Estude com ele e gabarite o vestibular!
Lei de conservação da massa
[caption id="attachment_64044" align="aligncenter" width="195"]
Antoine Lavoisier[/caption]
Não dá para falar sobre Leis Ponderais sem citar o contexto histórico delas. Por volta de 1774, o químico francês Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794), sendo considerado o “pai” da Química Moderna, realizou inúmeras experiências com reações químicas. Elas eram sobre a combustão e a calcinação de substâncias envolvendo o uso de balanças de alta precisão para a época. Observou que dessas reações sempre resultavam óxidos cujo peso era maior que o das substâncias originalmente usadas.
Lavoisier realizou a calcinação do mercúrio metálico dentro de um recipiente fechado, no caso, uma retorta, que teve sua ponta introduzida em uma redoma contendo ar e colocada sobre uma cuba de vidro com mercúrio. No final da reação foi produzido óxido de mercúrio II, pois o mercúrio havia combinado com o oxigênio presente no ar para formar este produto. Notou-se que o nível do mercúrio da redoma havia subido, ocupando o espaço do ar. O volume inicial do ar foi reduzido ao fim do experimento.
No entanto, o recipiente fechado permaneceu com a mesma massa do início. Desse modo, o químico chegou à conclusão de que a massa ganha pelo metal foi compensada pela massa perdida pelo ar; o que significava que “algo” (o oxigênio, denominado assim pelo próprio Lavoisier) do ar havia “entrado” no metal ou se combinado com ele.
Pesando o sistema inicial (mercúrio metálico + oxigênio) e o sistema final (óxido de mercúrio II), Lavoisier percebeu que a massa total dos reagentes era igual à massa total dos produtos.
Ele repetiu esse experimento queimando outros materiais e percebeu que a massa dos sistemas permanecia constante em todos os casos.
Lei de Lavoiser a nível microscópico
Numa dada reação química, os átomos apenas se recombinam. Então, como não se destrói e nem se forma átomos, a massa de reagentes deve ser sempre igual à dos produtos.
Atualmente, essa lei é mais conhecida pelo seguinte enunciado:
Exemplo: Quando 2 gramas de hidrogênio reagem com 16 gramas de oxigênio, verifica-se a formação de 18 gramas de água;"Na Natureza, nada se cria, nada se perde, tudo se transforma"
H2(g) + ½ O2(g) → H2O(l)Do mesmo modo, quando 12 gramas de carbono reagem com 32 gramas de oxigênio, ocorre a formação de 44 gramas de gás carbônico.
C(s) + O2(g) → CO2(g)
Lei das Proporções de Massas ou Lei de Proust
[caption id="attachment_64048" align="aligncenter" width="235"]
Químico Francês Joseph Louis Proust (1754-1826)[/caption]
A Lei das Proporções Constantes, famosa entre as Leis Ponderais, foi criada por Joseph Louis Proust (1754-1826) . Proust definiu a partir de diversos experimentos que duas substâncias se reúnem para formar um composto, sempre o fazem em uma mesma proporção, independentemente da quantidade de reagente presente no meio.
Decomposição de diferentes amostras de água:
Essa lei foi criada por Joseph Louis Proust (1754-1826) e pode ser enunciada assim:
“A proporção em massa das substâncias que reagem e que são produzidas numa reação é fixa, constante e invariável.”
Lei de Lavoiser a nível microscópico
Você pode perceber que a proporção entre os átomos de oxigênio e hidrogênio nas moléculas de água é sempre 8:1, ou seja, a massa de oxigênio é 8 vezes maior que a massa de hidrogênio.
Analisando as substâncias em relação a sua classificação em substâncias puras e misturas, podemos perceber que a substância simples apresenta composição constante. Já as misturas não apresentam composição constante.
Consequências da Lei de Proust
A Lei de Proust, uma das principais Leis Ponderais, tem consequências, veja:- composição centesimal;
- cálculos estequiométricos.
Lei de Dalton
Formulada em 1803, pelo químico, físico e meteorologista inglês John Dalton, é também chamada Lei das Proporções Múltiplas. A Lei de Dalton diz que:
“Quando dois elementos químicos formam vários compostos, fixando-se a massa de um dos elementos, as massas do outro variam numa proporção de números inteiros e, em geral, pequenos.”Entre as Leis Ponderais, destacamos também a Lei de Dalton, que foi estabelecida em 1801 e relaciona as pressões parciais dos gases em misturas gasosas, dizendo que, em uma mistura gasosa, a pressão de cada componente independe da pressão dos demais e que a pressão total (P) é igual à soma das pressões parciais.
P1 + P2 = PT
Sendo P1 e P2 as pressões parciais dos componentes 1 e 2 e PT a pressão total exercida pela mistura de gases. Antes de prosseguir com a explicação, vamos definir o que é pressão e pressão parcial: Pressão é a força exercida por um corpo sobre a área onde atua. Possui muitas unidades, mas uma largamente usada é o Pascal (Pa).Pascal = Pa = N / m2 = [Força] / [Área]
Pressão parcial é a pressão exercida por um dos componentes da mistura se estivesse sozinho e nas mesmas condições ocupando o mesmo espaço que a mistura gasosa ocupa. Como calcular a pressão parcial? Usando a lei dos gases ideais.PV = n RT
Exemplo: Uma mistura de gás hélio e gás oxigênio
PTOTAL = PHe + PO2
É importante ressaltar que a pressão parcial de cada gás não é a pressão que ele exercia antes de entrar na mistura, quando estava isolado, mas corresponde à pressão que ele exerceria se estivesse sozinho, ocupando o volume total da mistura e na mesma temperatura em que a mistura se encontra, ou seja, é sua pressão dentro da mistura. Agora, vamos analisar uma mistura de nitrogênio e oxigênio presente no ar, 80% de gás nitrogênio e 20% de gás oxigênio. Digamos que, para cada 1 mol de ar, temos 0,8 mol de nitrogênio. Assim, a fração molar de cada um desses gases na mistura é dada pelas equações abaixo:XN2 = nN2 XO2 = nO2 Σn Σn XN2 = 0,8 mol XO2 = 0,2 mol 1,0 mol 1,0 mol XN2 =0,8 XO2 = 0,2
Isso poderia ser dado também pelas pressões parciais, visto que a pressão total da mistura dentro do pneu é de 2,0 atm. Pela lei de Dalton, podemos concluir que a pressão parcial do gás nitrogênio nessa mistura é de 1,6 atm (80% de 2,0 atm) e a do gás oxigênio é de 0,4 atm (20% de 2,0 atm). Assim:XN2 = PN2 XO2 = PO2 PTOTAL PTOTAL XN2 = 1,6 atm XO2 = 0,4 atm 2,0 atm 2,0 atm XN2 =0,8 XO2 = 0,2
Observe que, visto que a fração molar é a relação entre um valor parcial e um valor total, a soma de todas as frações molares da mistura sempre será igual a 1:XN2 + NO2 = 1
Leis volumétricas de Gay-Lussac
Formuladas em 1808, pelo físico e químico francês Joseph Louis Gay-Lussac, serviram para a consolidação da Teoria Atômica Clássica, e afirmam que:
“Quando medidos nas mesmas condições de temperatura e pressão os volumes dos reagentes gasosos em uma reação química formam entre si uma proporção de números inteiros e pequenos.”“Quando medidos nas mesmas condições de temperatura e pressão, os volumes dos produtos gasosos em uma reação química formam com os reagentes gasosos uma proporção de números inteiros e pequenos.”
Observe a relação entre os volumes gasosos medidos nas mesmas condições de temperatura e pressão para os participantes da reação a seguir:
Os valores numéricos em cada proporção foram divididos pelo menor deles, resultando sempre na proporção de 1:3:2. Note que essa proporção coincide com os coeficientes da equação química balanceada. Teste seus conhecimentos sobre as Leis Ponderais com os exercícios abaixo.
Exercícios sobre as Leis Ponderais
1.(Fuvest-SP) Os pratos A e B de uma balança foram equilibrados com um pedaço de papel em cada prato e efetuou-se a combustão apenas do material contido no prato A. Esse procedimento foi repetido com palha de aço em lugar de papel. Após cada combustão, observou-se:
Com papel Com palha de açoa) A e B no mesmo nível A e B no mesmo nível
b) A abaixo de B A abaixo de B
c) A acima de B A acima de B
d) A acima de B A abaixo de B
e) A abaixo de B A e B no mesmo nível
VEJA COMO RESOLVER PASSO-A-PASSO ESTA QUESTÃO!2. (Mack-SP) Uma mistura de 1,5 mol de gás carbônico, 8 g de metano (16 g/mol) e 44,8 L de monóxido de carbono está contida em um balão de 30 L nas CNTP. É correto dizer que Dado: volume molar nas CNTP = 22,4 L/mol. a) a pressão parcial do monóxido de carbono é o dobro da do metano. b) a pressão parcial do metano é o triplo da do gás carbônico. c) a pressão do gás carbônico é 1/4 da do monóxido de carbono. d) a pressão parcial do monóxido de carbono é o quádruplo da do metano. e) a pressão total é igual a 4 atm.
VEJA COMO RESOLVER PASSO-A-PASSO ESTA QUESTÃO!3. Observe na tabela a seguir as massas dos reagentes e do produto de uma reação que foram obtidas em várias experiências: [caption id="attachment_64059" align="aligncenter" width="300"]
Tabela com dados em exercício sobre a lei das proporções constantes de Proust[/caption]
Baseado na lei das proporções constantes de Proust, determine os valores de A, B, C, D, E e F, respectivamente:
a) 56g, 68g, 3g, 17g, 6g, 11g
b) 34g, 46g, 20g, 34g, 28g, 5g
c) 56g, 34g, 6g, 34g, 28g, 11g
d)34g, 68g, 3g, 34g, 6g, 11g
e) 46g, 58g, 3g, 17g, 6g, 11g
VEJA COMO RESOLVER PASSO-A-PASSO ESTA QUESTÃO!
