Um equipamento de combustão foi empregado para determinar a fórmula empírica de um composto contendo apenas carbono, hidrogênio e oxigênio. Uma amostra contendo
do composto desconhecido produziu
de
e
de
. Determine a fórmula empírica do composto.
Passo 1
O enunciado pede que a gente determine a fórmula empírica do composto desconhecido. Dados fornecidos:
O composto contém apenas carbono, hidrogênio e oxigênio. A pergunta é: qual a fórmula empírica (a razão inteira mais simples entre átomos de C, H e O) do composto?
Passo 2
Entendimento do método (curtinho e prático): quando um composto orgânico com apenas C, H e O é queimado, todo o carbono vira
e todo o hidrogênio vira
. Assim:
- Cada mol de
contém exatamente 1 mol de C. - Cada mol de
contém exatamente 2 mols de H.
Logo, a partir das massas dee podemos obter a quantidade (mols) de C e H no início. O oxigênio do composto é obtido por diferença entre a massa inicial da amostra e as massas de C e H que encontramos.
Vou usar massas molares padrão:
e massas atômicas aproximadas:
Passo 3
Calcular os mols de
gerados e, a partir deles, os mols de carbono no composto.
Mols de
:
Cada mol de
contém 1 mol de C, logo:
Agora massa de carbono presente na amostra:
Explicação didática: dividir a massa de
pela massa molar dá quantos mols de
existem; como cada
tem um átomo de C, esse número é igual aos mols de C. Multiplicar pelos
dá a massa de C.
Passo 4
Calcular os mols de
gerados e os mols de hidrogênio no composto.
Mols de
:
Cada mol de
tem 2 mols de H, logo:
Massa de hidrogênio:
Explicação didática: processo análogo ao do carbono, lembrando que cada água tem dois hidrogênios.
Passo 5
Encontrar a massa e os mols de oxigênio no composto por diferença de massas.
Massa total da amostra:
Massa de oxigênio na amostra:
Mols de oxigênio:
Didática: como o composto só tem C, H e O, a massa que resta após subtrair C e H é a massa de O; dividir pela massa molar de O dá os mols de oxigênio.
Passo 6
Determinar as proporções molares relativas (razão simples inteira).
Temos os mols (aproximados):
Dividimos tudo pelo menor valor, que é
:
Interpretação: os fatores são aproximadamente
. O valor de H está muito próximo de
. O valor de C é aproximadamente
, que é próximo de
(ou seja,
). Para eliminar a fração
, multiplicamos todas as razões por
:
Arredondando para inteiros próximos (justificativa: os valores obtidos estão suficientemente próximos de inteiros), obtemos a razão inteira:
Didática sobre arredondamento: quando as razões forem muito próximas de números inteiros (ou de frações simples como 1/2), é aceitável multiplicar por um pequeno inteiro (2, 3 ou 4) para eliminar frações e então arredondar se a diferença é pequena (normalmente <0{,}05 na razão). Aqui a aproximação é convincente.
Passo 7
Formar a fórmula empírica com os índices inteiros obtidos. A fórmula empírica corresponde aos números inteiros de átomos por molécula na menor razão inteira: