Os cálculos estequiométricos podem ser utilizados por médicos e químicos
A estequiometria (ou equações químicas) se dedica aos cálculos das quantidades de reagentes e produtos envolvidos em uma reação química. Por meio dos cálculos matemáticos é possível relacionar quantidades de mols, massa, volume e números de moléculas.
O termo estequiometria deriva das palavras gregas toikheion (elemento) e metria (medida, de metron). Essa área da química, frequentemente é utilizada para balancear equações químicas.
Substâncias químicas. (Foto: Public Domain Pictures)
Os cálculos matemáticos, chamados de cálculos estequiométricos são fundamentados nas Leis Ponderais (Lei de Proust e a Lei de Lavoisier) e executados seguindo uma metodologia.
Lei de Proust
Também chamada de Lei das Proporções Constantes, a Lei de Proust foi criada por Joseph Louis Proust e se baseia no enunciado:
“Uma determinada substância composta é formada por substâncias mais simples, unidas sempre na mesma proporção em massa".
Segundo essa lei, dois ou mais elementos que se unem para formar substâncias possuem proporções definidas. Deste modo, algumas substâncias sempre reagem com outras de acordo uma proporção definida das massas.
No experimento a seguir, podemos observar a molécula de água desagrupada em seus dois elementos químicos originários: oxigênio e hidrogênio:
| Massa da água --> | Massa do hidrogênio + | Massa do oxigênio | Proporção | |
| 1º experimento | 4,5 g | 0,5g | 4g | 0,5/4 = 1/8 |
| 2º experimento | 9g | 1g | 8g | 1/8 = 1/8 |
| 3º experimento | 18g | 2g | 16g | 2/16 = 1/8 |
| 4º experimento | 100g | 11,11g | 88,88g | 11,11/88,88 = 1/8 |
Lei de Lavoisier
A Lei de Lavoisier, conhecida também como a Lei de Conservação das Massas, recebe esse nome por causa do seu criador: Antoine Laurent Lavoisier. Segundo ele:
“Em uma reação química feita em recipiente fechado, a soma das massas dos reagentes é igual à soma das massas dos produtos.”
Mais tarde, o enunciado foi resumido à célebre frase:
“Na natureza nada se cria, nada se forma, tudo se transforma.”
Lavoisier através de alguns experimentos pode notar que a soma das massas dos reagentes é igual a soma das massas dos produtos. Ele chegou a essa conclusão através da combustão do mercúrio, produzindo óxido de mercúrio II.
Mercúrio metálico + oxigênio --> óxido de mercúrio II
100,5 g 8,0 g 108,5 g
O cálculo estequiométrico
O cálculo estequiométrico é utilizado em várias áreas, por exemplo: a indústria o utiliza quando deseja saber a quantidade de reagente que deve ser utilizada para obter uma determinada quantidade de produtos, bem como o médico que quer calcular quanto de uma substância deve ministrar para cada paciente.
Todo cálculo dentro da estequiometria está baseado na proporção em mols dos participantes da reação, seguindo a Lei de Proust ou Lei das Proporções Constantes. O mol, por sua vez, pode indicar: massa, volume ou quantidade (átomos, moléculas, íons, entre outras partículas subatômicas).
Se tratando de quantidade, por ser um número muito grande, foi determinado o Número de Avogadro (6,02.10²³). Por exemplo, se a dúzia indica 12 unidades de qualquer coisa, o Número de Avogadro equivale a 6, 02.10²³ unidades de qualquer coisa.
Passo a passo do cálculo dentro da estequiometria
1º) Escrever a equação química com todas as substâncias compreendidas;
2º) Balancear a reação química, regulando os coeficientes de acordo com as Leis Ponderais;
3º) Escrever os valores das substâncias, seguindo o que o enunciado pede;
4º) Estabelecer a relação existente entre os números de mols, massa e volume;
5º) Fazer uma regra de três para calcular os valores que são pedidos na questão.
Aplicação
A molécula de água é composta por uma átomo hidrogênio e dois átomos de oxigênio. Veja como calcular a massa de hidrogênio que reage com 10g de oxigênio seguindo os passos descritos acima:
1º) Escrever a equação:
1º passo.
2º) Balancear a equação. Ela possui duas moléculas de oxigênio nos reagentes e uma molécula como produto:
2º passo.
A equação balanceada possui quatro moléculas de hidrogênio e duas de oxigênio nos reagentes e a mesma quantidade no produto.
3º) Indicar abaixo de cada substância a quantidade de matéria em mol, sabendo que os mols coincidem com o coeficiente estequiométrico:
3º passo.
4º) Estabelecer as relações, sabendo que: Se H = 1 e O = 16, então H2 = 2; O2 = 32 e H2O = 18:
4º passo.
5º) Calcular a massa proporcional de hidrogênio:
5º passo.
Fazendo a regra de três:
Regra de três.
Ao fim dos cálculos sabe-se que 1,25g de hidrogênio são necessários para reagir com 10g de oxigênio.