Durante a análise elementar da combustão de uma amostra de um composto orgânico
desconhecido, foram obtidos os seguintes dados: massa do composto X :
; massa de
formada:
; massa de
formada:
. Sabe-se que o composto contém apenas carbono, hidrogênio e oxigênio. Determine as fórmulas empírica e molecular do composto X . Para tanto, utilize os dados fornecidos, aqueles obtidos na Tabela Periódica e considere que a massa molar do composto X é
. Considere que a massa de O é determinada subtraindo-se as massas de H e C da massa total do composto. Apresente todos os cálculos necessários.
Passo 1
O enunciado pede que, a partir da análise de combustão, se determine a fórmula empírica e a fórmula molecular do composto desconhecido
. Dados fornecidos:
- massa da amostra de
: ; - massa de
formada: ; - massa de
formada: ; - o composto contém somente C, H e O;
- massa molar (massa molar molecular) do composto
: .
Dados atômicos (da Tabela Periódica) que usaremos: - massa atômica do C:
; - massa atômica do H:
; - massa atômica do O:
.
O que vamos calcular (resumo das perguntas):
- determinar as massas de C, H e O presentes na amostra de
usando os produtos da combustão; - transformar essas massas em mols, obter a razão molar e a fórmula empírica (menores inteiros);
- usar a massa molar dada (
) para obter a fórmula molecular.
Passo 2
Encontrar a massa de carbono presente na amostra a partir da massa de
.
Raciocínio (regra): cada mol de
contém 1 mol de C. A fração da massa de
que é carbono é
, em que:
-
(massa atômica do carbono); -
(massa molar do , pois ).
Fórmula usada:
Cálculo:
Resultado: massa de C na amostra
.
Passo 3
Encontrar a massa de hidrogênio presente a partir da massa de
.
Raciocínio: cada mol de
contém 2 mols de H. A fração da massa de
que é hidrogênio é
, em que:
-
; -
(pois ).
Fórmula:
Cálculo:
Resultado: massa de H na amostra
.
Passo 4
Encontrar a massa de oxigênio presente na amostra por diferença.
Raciocínio: a amostra contém só C, H e O, logo
Cálculo:
Resultado: massa de O na amostra
.
Passo 5
Converter as massas de cada elemento em número de mols (usar
).
Cálculos separados:
- Carbono:
- Hidrogênio:
- Oxigênio:
Resumo de mols (com arredondamento consistente):
Passo 6
Determinar a razão molar simples (dividir todos os mols pelo menor valor) e obter a fórmula empírica.
Menor número de mols é
. Dividindo:
Obtivemos razão aproximadamente
.
Como precisamos de inteiros pequenos, multiplicamos todos por um fator que torne os números próximos de inteiros. Aqui
é quase
, então multiplicar por
elimina a meia-unidade:
Multiplicando todas as razões por
:
Arredondando o último para o inteiro mais próximo (justificado pela proximidade
), obtemos a fórmula empírica:
Comentário didático: é sempre necessário verificar se o fator multiplicador introduz números inteiros razoáveis; aqui o
estava bem próximo de
, e ao multiplicar por
ficou virtualmente
(diferença numérica desprezível dentro do erro de medidas), então a fórmula empírica é coerente.
Passo 7
Determinar a fórmula molecular usando a massa molar dada.
Raciocínio: calcular a massa molar da fórmula empírica e comparar com a massa molar experimental
. Se
massa da fórmula empírica, então o fator inteiro
que leva da empírica para a molecular é
Calcular
para
:
Cálculo numérico:
Agora o fator:
Como
é essencialmente
(diferença desprezível, dentro de erro de arredondamento), a fórmula molecular coincide com a fórmula empírica. Logo a fórmula molecular é também
Passo 8
Verificação final e observações práticas (didática rápida):
- Conferir que os passos são sempre: (i) converter massas de CO2 e H2O para massas de C e H; (ii) subtrair da massa total para obter O; (iii) transformar massas em mols; (iv) dividir pelo menor valor para achar a razão; (v) ajustar multiplicando por inteiro quando necessário; (vi) comparar massa molar empírica com massa molar experimental para achar a fórmula molecular.
- Aqui deu um caso simpático: a fórmula empírica tem massa molar praticamente igual a
, então a fórmula molecular é a mesma da empírica. - É normal em exercícios de combustão ter que multiplicar as razões por
, ou para chegar a inteiros; sempre justifique esse passo observando aproximações (por exemplo 8,498 ~ 8,5).
Resposta
Fórmula empírica:
Fórmula molecular:
Fórmula molecular: