Para manter uma atmosfera saudável em ambientes totalmente fechados, como espaçonaves ou submarinos, faz-se necessária a remoção do gás carbônico expirado. O peróxido de lítio (Li₂O₂) tem vantagens para tal aplicação, pois, além de absorver o CO₂, libera oxigênio gasoso (O₂) nas condições normais de temperatura e pressão (CNTP), conforme mostra a equação química a seguir: 2Li₂O₂(s) + 2CO₂(g) → 2Li₂CO₃(s) + O₂(g).
Determine a massa molar para os reagentes e produtos. Determine o número de moléculas de todas substâncias. A quantidade de massa de cada uma das substâncias. Se 88 L de gás carbônico forem absorvidos pelo peróxido de lítio, qual será o volume de oxigênio liberado? Qual a quantidade de moléculas de oxigênio obtidas a partir desse volume de CO₂? Qual a proporção entre as espécies? Caso a estequiometria não seja obedecida o que acarretará aos tripulantes de espaçonaves ou submarinos?
Passo 1
Beleza, vamos lá! O enunciado fala sobre como manter o ar limpo em lugares fechados, tipo espaçonaves e submarinos, usando uma substância chamada peróxido de lítio (Li₂O₂). A matéria que vamos mexer aqui é estequiometria, que é basicamente a parte da química que estuda as quantidades das substâncias envolvidas nas reações químicas. Para resolver isso, vamos precisar saber como calcular massa molar, número de moléculas, volume de gases em CNTP (Condições Normais de Temperatura e Pressão), e entender a equação química que foi dada.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular a massa molar de cada substância envolvida na reação. A massa molar é a massa de uma mole de uma substância e é calculada somando as massas atômicas de todos os átomos que compõem a molécula.
A equação química é:
Vamos calcular a massa molar de cada composto:
-
Li₂O₂ (Peróxido de lítio):
- Lítio (Li): 2 átomos × 6,94 g/mol = 13,88 g/mol
- Oxigênio (O): 2 átomos × 16,00 g/mol = 32,00 g/mol
- Massa molar do Li₂O₂ = 13,88 + 32,00 = 45,88 g/mol
-
CO₂ (Dióxido de carbono):
- Carbono ©: 1 átomo × 12,01 g/mol = 12,01 g/mol
- Oxigênio (O): 2 átomos × 16,00 g/mol = 32,00 g/mol
- Massa molar do CO₂ = 12,01 + 32,00 = 44,01 g/mol
-
Li₂CO₃ (Carbonato de lítio):
- Lítio (Li): 2 átomos × 6,94 g/mol = 13,88 g/mol
- Carbono ©: 1 átomo × 12,01 g/mol = 12,01 g/mol
- Oxigênio (O): 3 átomos × 16,00 g/mol = 48,00 g/mol
- Massa molar do Li₂CO₃ = 13,88 + 12,01 + 48,00 = 73,89 g/mol
-
O₂ (Oxigênio):
- Oxigênio (O): 2 átomos × 16,00 g/mol = 32,00 g/mol
- Massa molar do O₂ = 32,00 g/mol
Passo 3
Agora, vamos determinar o número de moléculas de cada substância. Para isso, usamos o número de Avogadro, que é $ 6,022 \times 10^{23} $ moléculas por mole.
Mas antes, precisamos saber quantas moles temos de cada substância. Vamos supor que estamos trabalhando com 1 mole de cada reagente para facilitar os cálculos iniciais.
- Li₂O₂: 2 moles
- CO₂: 2 moles
- Li₂CO₃: 2 moles
- O₂: 1 mole
Agora, multiplicamos o número de moles pelo número de Avogadro:
- Li₂O₂: $ 2 moles \times 6,022 \times 10^{23} moléculas/mol = 1,2044 \times 10^{24} moléculas $
- CO₂: $ 2 moles \times 6,022 \times 10^{23} moléculas/mol = 1,2044 \times 10^{24} moléculas $
- Li₂CO₃: $ 2 moles \times 6,022 \times 10^{23} moléculas/mol = 1,2044 \times 10^{24} moléculas $
- O₂: $ 1 mole \times 6,022 \times 10^{23} moléculas/mol = 6,022 \times 10^{23} moléculas $
Passo 4
Vamos calcular a quantidade de massa de cada substância envolvida na reação. Para isso, multiplicamos o número de moles pela massa molar de cada composto.
Usando novamente os valores da reação:
-
Li₂O₂:
- 2 moles × 45,88 g/mol = 91,76 g
-
CO₂:
- 2 moles × 44,01 g/mol = 88,02 g
-
Li₂CO₃:
- 2 moles × 73,89 g/mol = 147,78 g
-
O₂:
- 1 mole × 32,00 g/mol = 32,00 g
Passo 5
Agora, vamos determinar o volume de oxigênio liberado quando 88 litros de CO₂ são absorvidos pelo peróxido de lítio. Sabemos que, em CNTP, 1 mole de gás ocupa 22,4 litros.
Primeiro, encontramos quantas moles de CO₂ correspondem a 88 litros:
De acordo com a equação química, 2 moles de CO₂ produzem 1 mole de O₂. Então, vamos calcular as moles de O₂:
Agora, convertemos isso para volume usando CNTP:
Passo 6
Vamos calcular a quantidade de moléculas de oxigênio obtidas a partir desse volume de CO₂ absorvido. Já sabemos que temos 1,9643 moles de O₂.
Multiplicamos pelo número de Avogadro:
Passo 7
A proporção entre as espécies na reação é baseada nos coeficientes da equação balanceada:
Simplificando, a proporção é:
Ou, de forma mais simples:
Isso significa que para cada 2 moles de Li₂O₂ e CO₂ consumidos, são produzidos 2 moles de Li₂CO₃ e 1 mole de O₂.
Resposta
Finalizando, quando 88 litros de CO₂ são absorvidos pelo peróxido de lítio, serão liberados 44 litros de oxigênio. Além disso, aproximadamente
moléculas de O₂ são produzidas a partir desse volume de CO₂. A proporção das espécies na reação é 2:2:2:1. Se a estequiometria não for obedecida, ou seja, se as proporções não forem mantidas, isso pode levar à ineficiência na remoção do CO₂ e na liberação adequada de oxigênio, o que pode resultar em ar de má qualidade para os tripulantes de espaçonaves ou submarinos, comprometendo a saúde e a segurança deles.