5.5 : Estequiometria Química e Gases

A estequiometria química descreve as relações quantitativas entre reagentes e produtos em reações químicas.

Além de medir as quantidades de reagentes e produtos usando massas para sólidos e volumes em conjunto com a molaridade para soluções; agora, os volumes de gases também podem ser utilizados para indicar quantidades. Se o volume, a pressão e a temperatura de um gás forem conhecidos, então a equação de gás ideal para calcular quantos moles do gás estão presentes pode ser usada. Inversamente, se a quantidade de moles de gás for conhecida, o volume de um gás a qualquer temperatura e pressão pode ser determinado.

Por exemplo, calculemos o volume de hidrogénio a 27 °C e 723 torr obtido pela reação de 8,88 g de gálio com um excesso de ácido clorídrico.

Em primeiro lugar, converte-se a massa fornecida do reagente limitante, Ga, em moles de hidrogénio produzido:

Converte-se os valores de temperatura e pressão fornecidos em unidades adequadas (K e atm, respectivamente) e, em seguida, utiliza-se a quantidade molar de hidrogénio gasoso e a equação de gás ideal para calcular o volume de gás:

A Lei de Avogadro Revisitada

Pode-se também tirar proveito de uma simples característica da estequiometria de gases que sólidos e soluções não apresentam: Todos os gases que apresentam comportamento ideal contêm o mesmo número de moléculas no mesmo volume (à mesma temperatura e pressão). Assim, as relações de volumes de gases envolvidos em uma reação química são dadas pelos coeficientes na equação para a reação, desde que os volumes de gases sejam medidos à mesma temperatura e pressão.

A lei de Avogadro (de que o volume de um gás é diretamente proporcional ao número de moles do gás) pode ser estendida às reações químicas com gases: Os gases combinam-se, ou reagem, em proporções definidas e simples por volume, desde que todos os volumes de gases sejam medidos à mesma temperatura e pressão.

Por exemplo, uma vez que os gases de azoto e hidrogénio reagem para produzir gás de amoníaco de acordo com 

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um determinado volume de gás de azoto reage com três vezes esse volume de hidrogénio para produzir duas vezes esse volume de gás de amoníaco se a pressão e a temperatura permanecerem constantes.

De acordo com a lei de Avogadro, volumes iguais de N₂, H₂, e NH₃ gasosos, à mesma temperatura e pressão, contêm o mesmo número de moléculas. Uma vez que uma molécula de N₂ reage com três moléculas de H₂ para produzir duas moléculas de NH₃, o volume de H₂ necessário é três vezes o volume de N₂, e o volume de NH₃ produzido é duas vezes o volume de N₂.

Este texto é adaptado de Openstax, Chemistry 2e, Chapter 9.3 Stoichiometry of Gaseous Substances, Mixtures, and Reactions.