Estequiometria -

Composição percentual, fórmula molecular e empírica

 


Composição Percentual dos Compostos

Sabendo a fórmula de um composto sabemos qual é o número de átomos de cada um de seus elementos constituintes. Porém, suponha que precisamos verificar qual a pureza de um composto que será utilizado em um experimento de laboratório. Por meio da fórmula, podemos calcular qual é a contribuição percentual de cada elemento para a massa total do composto. Comparando a composição percentual calculada com a composição percentual obtida experimentalmente, é possível determinar a pureza da amostra.

A composição percentual é a porcentagem em massa de cada elemento em um composto. A composição percentual é obtida dividindo-se a massa de cada elemento existente em 1 mol de composto pela massa molar do composto e. em seguida. multiplicando-se o valor obtido por 100. Matematicamente, a composição percentual de um elemento em um composto é dada por:


Composição percentual de um elemento = (n x massa molar do elemento/                                                                                                                                                      massa molar do composto)      x 100%


Em que n é o número de mols do elemento presente em 1 mol do composto. Por exemplo, em 1 mol de peróxido de hidrogênio (H2O2) há 2 mols de átomos de H e 2 mols de átomos de O. As massas molares aproximadas de H2O2, H e O são, respectivamente, 34,02 g, 1,008 g e 16,00 g. Portanto, a composição percentual do H2O2 é calculada do seguinte modo:

 



A soma dessas porcentagens é 5,94% + 94,06% = 100%. Observe que se utilizássemos a fórmula empírica (HO) para os cálculos, teríamos obtido o mesmo resultado.

Os químicos precisam frequentemente saber qual é a massa real de um elemento em dada quantidade de composto. Na indústria de mineração, por exemplo, com base nesse dado, os cientistas obtêm informações sobre a qualidade do minério.


Fórmula Empírica

Da mesma maneira que o conhecimento de uma fórmula permite-nos obter as porcentagens em massa dos elementos, o processo inverso também é possível: basta conhecer a composição percentual de um composto para encontrarmos a fórmula empírica (ou fórmula mínima, assim chamada porque a fórmula real do composto pode ser um múltiplo dela).

Em outras palavras, existem compostos com diferentes fórmulas que têm a mesma fórmula empírica; C2H2 e C6H6, por exemplo, cuja fórmula empírica é CH.

Dada a composição percentual em massa de um composto, podemos determinar a sua fórmula empírica (Figura 1). Como estamos trabalhando com porcentagens e a soma de todas as porcentagens é igual a 100%, torna-se conveniente, nesse caso, assumir que partimos de 100 g do composto.

 


Figura 1. Procedimento para determinar a fórmula empírica de um composto partindo da sua composição percentual.


Determinação Experimental de Fórmulas Empíricas

O fato de podermos determinar a fórmula empírica de um composto partindo de sua composição percentual permite-nos identificar experimentalmente os compostos. Para isso, procede-se da seguinte maneira. Primeiro, por meio da análise química podemos saber quantos gramas de cada elemento estão presentes em determinada quantidade de composto. Em seguida, para cada elemento convertemos em número de mols as quantidades dadas em gramas. Finalmente, podemos determinar a fórmula empírica do composto segundo o modelo explicativo da Figura 1.

Consideremos como exemplo o composto etanol. Quando o etanol é queimado em um aparato experimental tal como o representado na Figura 2, formam-se dióxido de carbono (CO2) e água (H2O). Como o gás de entrada não continha na sua composição nem carbono nem hidrogênio, podemos concluir que tanto o carbono (C) quanto o hidrogênio (H) provêm do etanol, bem como provavelmente o oxigênio (O). No processo de combustão, usa-se oxigênio molecular, mas parte do oxigênio pode também ser proveniente da amostra de etanol.

 


Figura 2. Aparato experimental para a determinação da fórmula empírica do etanol. Os absorvedores são substâncias capazes de reter água e dióxido de carbono, respectivamente.


As massas de CO2 e H2O produzidas podem ser determinadas medindo-se os aumentos de massa ocorridos nos absorvedores de CO2 e de H2O, respectivamente.

Supondo que em determinado experimento a combustão de 11,5 g de etanol produziu 22,0 g de CO2 e 13,5g de H2O, podemos calcular as massas de carbono e de hidrogênio presentes na amostra de etanol de acordo com as conversões demonstradas anteriormente. Encontramos uma massa de 6,00 g de C, e de 1,51 g de H. A massa restante deve ser de oxigênio, ou seja, 4,00 g de O.

O número de mols de cada elemento, presente em 11,5 g de etanol é encontrado dividindo-se a massa do elemento na amostra por sua respectiva massa molar.

Logo, temos as quantidades aproximadas de 0,50 mol de C, 1,50 mol de H, e 0,25 mol de O.

Desse modo, a fórmula obtida é C0,50H1,5O0,25 (arredondando-se o número de mols para dois algarismos significativos).Como o número de átomos deve ser um número inteiro, dividimos os subscritos por 0,25 (o subscrito menor) e chegamos à fórmula empírica do etanol, C2H6O.

Podemos agora entender melhor o significado da palavra “empírico”, que quer dizer “baseado apenas em observações e medidas experimentais”. A fórmula empírica do etanol foi determinada pela análise do composto considerando sua composição elementar. Nenhum conhecimento a respeito de como os átomos estão quimicamente ligados para formar a molécula foi necessário.

Determinação de Fórmulas Moleculares

A fórmula calculada por meio da composição percentual em massa é sempre a fórmula empírica do composto, uma vez que os coeficientes são sempre reduzidos aos seus menores valores inteiros. Para determinarmos a fórmula molecular real, temos de conhecer, além da fórmula empírica, um valor aproximado da massa molar do composto. Sabendo que a massa molar de um composto deve ser um múltiplo inteiro da massa molar da sua fórmula empírica, podemos usar a massa molar para determinar sua fórmula molecular. Para tanto, basta dividir o valor aproximado da massa molar dada do composto pela massa molar de sua fórmula empírica(que deve ser encontrada pela composição percentual dos elementos), e multiplicar o valor encontrado pelas proporções dos elementos na fórmula empírica.

 

Referencias:

GARRITZ, A., CHAMIZO, J. A. – Química, tradução de Giovanni S. Crisi ; São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2002

CHANG, Raymond - Química Geral - Conceitos Essenciais, 4 ed. ; São Paulo : McGraw-Hill, 2006

 

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