Resumo de estequiometria: mol, massa molar e cálculo com equação balanceada
Por Tomás Rezende 10 min de leitura
Em 30 segundos
Estequiometria é o cálculo das quantidades numa reação química: quanto de reagente é consumido e quanto de produto se forma. Toda a conta gira em torno do mol, que é a unidade de quantidade de matéria e corresponde a 6,02 × 10²³ partículas. A massa molar, em gramas por mol, é a ponte entre a balança e essa contagem. A equação química balanceada funciona como receita, e seus coeficientes informam a proporção em mol, nunca em massa. O caminho é sempre o mesmo: converter o dado em mol, aplicar a proporção da equação e converter de volta para a unidade que a pergunta pede. Quando o enunciado dá as quantidades de dois reagentes, é preciso antes descobrir qual deles acaba primeiro.
O problema que a estequiometria resolve
Uma reação química não consome os reagentes em quantidades quaisquer. Ela obedece a proporções fixas, e a estequiometria é a conta que descobre essas proporções.
A pergunta típica é sempre da mesma família: tenho tanto de um reagente, quanto vou obter de produto? Ou ainda: quanto preciso ter para produzir tanto?
O obstáculo é que a química acontece entre partículas, aos trilhões, e a balança mede gramas. É preciso um tradutor entre os dois mundos, e esse tradutor é o mol.
Mol, a unidade que ninguém entende de primeira
Mol é unidade de quantidade, como dúzia. A diferença é o tamanho: uma dúzia são 12 unidades, um mol são 6,02 × 10²³ unidades, número conhecido como constante de Avogadro.
O motivo de um número tão estranho é prático. Ele foi escolhido para que a massa de um mol de qualquer substância, em gramas, coincida com o número que já está na tabela periódica.
- 1 mol de átomos de carbono: 6,02 × 10²³ átomos, com massa de 12 g.
- 1 mol de moléculas de água: 6,02 × 10²³ moléculas, com massa de 18 g.
Massa molar, a ponte
A massa molar é a massa de um mol, expressa em g/mol. Ela se calcula somando as massas atômicas dos elementos da fórmula.
Para a água, H₂O: dois hidrogênios de 1 mais um oxigênio de 16, totalizando 18 g/mol.
Com isso, duas conversões resolvem quase tudo:
massa = número de mols × massa molar
número de mols = massa / massa molar
Exemplo: 90 g de água correspondem a 90 dividido por 18, ou seja, 5 mol. E 5 mol contêm 5 × 6,02 × 10²³ moléculas.
A equação balanceada é uma receita
Considere a formação da água:
2 H₂ + O₂ → 2 H₂O
A leitura correta é: dois mols de gás hidrogênio reagem com um mol de gás oxigênio e produzem dois mols de água.
Em massa, isso dá 4 g mais 32 g resultando em 36 g. Repare que a massa se conserva, como manda a lei de Lavoisier, mas a proporção em massa (4 para 32) não tem nada a ver com a proporção dos coeficientes (2 para 1). Confundir as duas é o erro mais comum do assunto.
Antes de qualquer cálculo, confira se a equação está balanceada. Se não estiver, todo o resto estará errado, e o ajuste se faz apenas com os coeficientes, nunca com os índices.
O caminho de toda questão
Independentemente do enunciado, o percurso é este:
- Balancear a equação.
- Converter o dado para mol, usando a massa molar, o volume molar ou a constante de Avogadro.
- Aplicar a proporção dos coeficientes, com uma regra de três em mol.
- Converter o resultado para a unidade que a pergunta pede.
Exemplo resolvido. Quantos gramas de água se formam a partir de 8 g de gás hidrogênio, com oxigênio suficiente?
- 8 g de H₂, com massa molar de 2 g/mol, são 4 mol.
- Pela equação, 2 mol de H₂ produzem 2 mol de H₂O, proporção de 1 para 1. Logo, 4 mol de água.
- 4 mol de água, com massa molar de 18 g/mol, dão 72 g.
Gases: o volume também é proporcional
Para gases nas mesmas condições de temperatura e pressão, volumes iguais contêm o mesmo número de partículas. Consequência prática: os coeficientes da equação valem como proporção em volume, quando todos os participantes são gasosos.
Nas condições normais de temperatura e pressão, chamadas de CNTP, a 0 °C e 1 atm, um mol de qualquer gás ocupa 22,4 litros.
| Grandeza | Como converter para mol |
|---|---|
| Massa em gramas | dividir pela massa molar |
| Volume de gás na CNTP | dividir por 22,4 L/mol |
| Número de partículas | dividir por 6,02 × 10²³ |
Reagente limitante
Quando o enunciado informa as quantidades dos dois reagentes, é sinal quase certo de que um deles vai acabar antes. O que sobra chama-se reagente em excesso, e o que acaba primeiro, limitante. É ele quem decide quanto de produto se forma.
Para achá-lo, converta os dois para mol e compare com a proporção da equação.
Exemplo: 10 g de H₂ e 32 g de O₂.
- 10 g de H₂ são 5 mol.
- 32 g de O₂ são 1 mol.
- A equação pede 2 mol de H₂ para cada 1 mol de O₂. Com 1 mol de oxigênio, bastam 2 mol de hidrogênio.
- Sobram 3 mol de hidrogênio. O oxigênio é o limitante, e ele determina a produção de 2 mol de água, isto é, 36 g.
Note que o limitante tinha mais massa. Massa não decide; mol decide.
Pureza e rendimento
Duas correções aparecem com frequência, e cada uma entra num ponto diferente da conta.
Pureza trata da amostra inicial. Se o enunciado fala em 200 g de calcário com 90% de pureza, apenas 180 g são carbonato de cálcio; o resto não reage. A correção entra no começo.
Rendimento trata do resultado. Se a reação tem 80% de rendimento, obtém-se 80% do que a proporção previa. A correção entra no fim.
Numa questão com os dois dados, aplique nessa ordem: corrija a massa pela pureza, calcule normalmente, e só então reduza o produto pelo rendimento.
Como não errar na prova
Escreva as unidades em cada linha. Gramas, mol e litros misturados no meio da conta é a origem da maior parte dos erros.
Desconfie de dois reagentes com quantidade informada. É convite para reagente limitante.
Leia as condições do gás. Fora da CNTP, 22,4 L/mol não vale.
O que costuma cair
- A conversão entre massa, mol e número de partículas, que é a base de qualquer questão do assunto.
- A leitura correta dos coeficientes de uma equação balanceada como proporção em mol.
- O cálculo de reagente limitante quando o enunciado fornece as quantidades de dois reagentes.
- O volume molar dos gases na CNTP e a exigência de que as condições sejam essas.
- Correções de pureza do reagente e de rendimento da reação, que costumam aparecer juntas.
Onde quase todo mundo erra
Os números na frente das fórmulas dão a proporção em massa
Dão a proporção em mol, e em gás também em volume, nunca em massa. Na reação 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O, dois mols de gás hidrogênio reagem com um mol de gás oxigênio, mas isso corresponde a 4 g contra 32 g, que não é proporção de 2 para 1. Quem multiplica massa pelo coeficiente erra a questão inteira já no primeiro passo.
Para balancear, é só mexer nos números pequenos que ficam embaixo
Os índices fazem parte da identidade da substância: mudar H₂O para H₂O₂ troca água por água oxigenada, que é outro composto. O balanceamento se faz apenas com os coeficientes, os números grandes escritos na frente das fórmulas, ajustados até que cada elemento tenha a mesma quantidade de átomos dos dois lados.
O reagente limitante é aquele que aparece em menor massa
Massa não decide nada sozinha, porque substâncias diferentes têm massas molares diferentes. É preciso converter os dois reagentes para mol e comparar com a proporção da equação. Em 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O, 10 g de H₂ equivalem a 5 mol e 32 g de O₂ equivalem a 1 mol; o oxigênio é o limitante, apesar de ter mais que o triplo da massa.
Um mol de qualquer gás ocupa 22,4 litros
Só nas condições normais de temperatura e pressão, isto é, a 0 °C e 1 atm. Fora delas o volume muda, e o enunciado costuma avisar em letra miúda. Em condições ambientes, por volta de 25 °C, o volume molar é outro, e questões que mudam a temperatura ou a pressão estão justamente testando se o candidato reparou.
Rendimento de 80% quer dizer que 20% do reagente não reagiu
Rendimento compara o que se obteve com o que a equação previa obter. A perda pode vir de reação incompleta, de reação paralela ou de material que ficou no caminho. Coisa diferente é a pureza, que trata da amostra inicial: um calcário 90% puro tem 10% de material que nunca participaria da reação. Numa questão com os dois dados, aplica-se a pureza no começo e o rendimento no fim.
Cards de revisão
7 perguntas
- O que é um mol?
- A quantidade de matéria que contém 6,02 × 10²³ entidades, sejam átomos, moléculas ou íons.
- O que é massa molar?
- A massa de um mol de uma substância, em gramas por mol. Numericamente igual à massa molecular expressa em unidades de massa atômica.
- Qual é a massa molar da água?
- 18 g/mol, resultado de dois hidrogênios de 1 mais um oxigênio de 16.
- O que os coeficientes de uma equação balanceada indicam?
- A proporção em mol entre reagentes e produtos, que para gases nas mesmas condições vale também como proporção em volume.
- Como se identifica o reagente limitante?
- Convertendo as quantidades dos dois reagentes para mol e verificando qual deles acaba primeiro segundo a proporção da equação.
- Qual é o volume ocupado por 2 mol de gás na CNTP?
- 44,8 litros, já que cada mol ocupa 22,4 litros nessas condições.
- Qual é a diferença entre pureza e rendimento?
- Pureza é a fração da amostra que realmente é o reagente; rendimento é a fração do produto previsto que foi de fato obtida.
Tomás Rezende
Resumos de matemática, física e química
Escreve os resumos das ciências exatas, sempre explicando o sentido de cada fórmula antes da conta. Resolve cada exemplo do zero antes de escrever sobre ele e anota em que ponto a conta costuma travar. É ali que entra a armadilha de cada resumo.