Questão 02-) Utilizando como base a teoria atômica de Dalton, explique a reação de formação da água ( \mathrm{H}_{2} \mathrm{O} ) que ocorre na combustão do gás hidrogênio ( \mathrm{H}_{2} ) na presença do gás oxigênio \left(O_{2}\right). Monte a equação química do processo e utilize os
conceitos propostos por Dalton para explicar a escrita da equação e as leis que embasam a explicação.

Passo 1

O enunciado pede duas coisas:
  • Explicar a reação de formação da água a partir da combustão do gás hidrogênio na presença de gás oxigênio.
  • Montar a equação química desse processo e usar os conceitos da teoria atômica de Dalton para justificar a escrita da equação e as leis que sustentam a explicação.
Informações fornecidas no enunciado:
  • Reagentes: \mathrm{H}_2 (gás hidrogênio) e \mathrm{O}_2 (gás oxigênio).
  • Produto esperado: \mathrm{H}_2\mathrm{O} (água).
  • É necessário relacionar a reação com os princípios de Dalton e com as leis (conservação de massa, proporções definidas e múltiplas) que decorrem dessa teoria.

Passo 2

Resumo didático (e informal) da teoria atômica de Dalton — o que Dalton propôs e por que isso importa aqui:
  • Dalton disse que a matéria é formada por partículas indivisíveis chamadas átomos. Cada elemento é formado por um tipo de átomo.
  • Átomos de um mesmo elemento têm propriedades idênticas entre si (mesma massa relativa) e são diferentes dos átomos de outro elemento.
  • Compostos químicos são formados pela combinação de átomos de diferentes elementos em proporções simples e inteiras (números inteiros pequenos).
  • Uma reação química é apenas uma reorganização dos átomos; os átomos não são criados nem destruídos na reação.
Porque isso é útil: essas ideias explicam por que devemos equilibrar equações (átomos conservados) e por que compostos têm sempre as mesmas proporções de massa (leis das proporções).

Passo 3

Entendendo moléculas, fórmulas e o que representam os símbolos dados:
  • A notação \mathrm{H}_2 significa uma molécula formada por dois átomos de hidrogênio ligados: cada molécula tem exatamente dois átomos de H.
  • A notação \mathrm{O}_2 significa uma molécula com dois átomos de oxigênio.
  • A fórmula \mathrm{H}_2\mathrm{O} significa uma molécula com dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio.
  • Segundo Dalton, numa reação os átomos apenas se rearranjam; então o número total de átomos de cada elemento no lado dos reagentes deve ser igual ao número total no lado dos produtos.

Passo 4

Escrever a equação “bruta” (não balanceada) que representa a transformação química:
\mathrm{H}_2 + \mathrm{O}_2 \rightarrow \mathrm{H}_2\mathrm{O}
Isto apenas mostra quais espécies aparecem, sem ainda garantir conservação de átomos. Agora vamos usar contagem de átomos para balancear.

Passo 5

Contagem de átomos nos dois lados (antes de colocar coeficientes estequiométricos):
  • Lado dos reagentes (à esquerda):
    • Átomos de hidrogênio: em \mathrm{H}_2 2 átomos de H por molécula. Com 1 molécula indicada, 2 átomos de H.
    • Átomos de oxigênio: em \mathrm{O}_2 2 átomos de O por molécula. Com 1 molécula indicada, 2 átomos de O.
  • Lado dos produtos (à direita):
    • Em \mathrm{H}_2\mathrm{O} 2 átomos de H e 1 átomo de O por molécula.
Com a equação não balanceada \mathrm{H}_2 + \mathrm{O}_2 \rightarrow \mathrm{H}_2\mathrm{O}, a contagem é:
  • H: 2 (reagentes) versus 2 (produtos) — aqui o H está balanceado se considerarmos só uma molécula de \mathrm{H}_2 e uma de \mathrm{H}_2\mathrm{O}.
  • O: 2 (reagentes) versus 1 (produtos) — o oxigênio não está balanceado: sobraria 1 átomo de O no lado esquerdo.

Passo 6

Como Dalton exige números inteiros pequenos de átomos por composto, ajustamos os coeficientes inteiros na frente das fórmulas para igualar o número de átomos de cada elemento nos dois lados. Procedimento:
  • Para que o oxigênio fique balanceado, precisamos que o número total de átomos de O no produto seja 2, igual ao do reagente \mathrm{O}_2. Como cada molécula de \mathrm{H}_2\mathrm{O} tem 1 átomo de O, precisamos de 2 moléculas de \mathrm{H}_2\mathrm{O} no produto. Colocamos coeficiente 2 em \mathrm{H}_2\mathrm{O}: \mathrm{H}_2 + \mathrm{O}_2 \rightarrow 2\,\mathrm{H}_2\mathrm{O}
  • Agora recalculemos os átomos:
    • O: reagentes =2 (de \mathrm{O}_2), produtos =2\times 1=2 (de 2\,\mathrm{H}_2\mathrm{O}) — O está balanceado.
    • H: reagentes =2 (de \mathrm{H}_2), produtos =2\times 2=4 (de 2\,\mathrm{H}_2\mathrm{O}) — H ficou desequilibrado (faltam H no reagente).
  • Para balancear H, ajustamos o coeficiente de \mathrm{H}_2 no reagente para que forneça 4 átomos de H (pois o produto tem 4 átomos de H). Cada molécula de \mathrm{H}_2 2 átomos de H, então são necessárias 2 moléculas de \mathrm{H}_2. Colocamos coeficiente 2 em \mathrm{H}_2: 2\,\mathrm{H}_2 + \mathrm{O}_2 \rightarrow 2\,\mathrm{H}_2\mathrm{O}
  • Verificação final de átomos:
    • H: reagentes =2\times 2=4; produtos =2\times 2=4.
    • O: reagentes =2; produtos =2\times 1=2.
      Ambos balanceados. Coeficientes são pequenos inteiros, conforme a ideia de Dalton sobre números inteiros nas combinações atômicas.

Passo 7

Interpretação do que significam os coeficientes (como usar isso numa prova):
  • O coeficiente 2 em \mathrm{H}_2 indica duas moléculas de \mathrm{H}_2 participando da reação.
  • O coeficiente 1 (geralmente omitido) em \mathrm{O}_2 indica uma molécula de \mathrm{O}_2.
  • O coeficiente 2 em \mathrm{H}_2\mathrm{O} indica duas moléculas de água formadas.
  • Em termos de átomos, a reação rearranja 4 átomos de H e 2 átomos de O (no total 6 átomos) dos reagentes para formar as moléculas do produto, sem criar nem destruir átomos — isso exemplifica a lei da conservação da massa a partir da visão de Dalton.

Passo 8

Verificação da conservação de massa com massas atômicas relativas (mostra numérica para convencer o examinador):
  • Usando massas atômicas relativas aproximadas: \mathrm{H}=1 (u) e \mathrm{O}=16 (u).
  • Massa de um reagente típico conforme os coeficientes escolhidos:
    • Massa de 2 moléculas de \mathrm{H}_2: 2 \times (\text{massa de }\mathrm{H}_2) = 2 \times (2\times 1) = 4 unidades de massa relativa.
    • Massa de 1 molécula de \mathrm{O}_2: 1 \times (2\times 16) = 32 unidades.
    • Massa total dos reagentes: 4 + 32 = 36 (unidades).
  • Massa dos produtos:
    • Massa de 2 moléculas de \mathrm{H}_2\mathrm{O}: 2 \times (\text{massa de }\mathrm{H}_2\mathrm{O}) = 2 \times (2\times 1 + 16) = 2 \times 18 = 36.
  • As massas coincidem ( 36 à esquerda e 36 à direita), confirmando a lei da conservação da massa (que em Dalton é natural porque átomos são preservados).

Passo 9

Ligando as leis de proporções à teoria de Dalton (o porquê das leis aparecerem):
  • Lei das proporções definidas (Proust): um composto puro tem sempre a mesma proporção em massa entre seus elementos. Ex.: em \mathrm{H}_2\mathrm{O}, a massa de H em relação à massa de O é sempre \frac{\text{massa total de H}}{\text{massa total de O}} = \frac{2\times 1}{16} = \frac{2}{16} = \frac{1}{8}.Ou seja, razão massa H : massa O =1:8. Dalton explica isso afirmando que as moléculas têm um número fixo de átomos (aqui 2 H para 1 O).
  • Lei das proporções múltiplas (Dalton): quando dois elementos formam mais de um composto, as massas de um que se combinam com uma massa fixa do outro são razões de números inteiros simples. Exemplo com compostos do mesmo elementos H e O:
    • Para \mathrm{H}_2\mathrm{O} a massa de O por massa fixa de H é 8 (como vimos).
    • Para \mathrm{H}_2\mathrm{O}_2 (peróxido de hidrogênio) a razão massa H : massa O é \frac{2\times 1}{2\times 16} = \frac{2}{32} = \frac{1}{16},então, para massa fixa de H, as massas de O nos dois compostos estão em razão 8:16 = 1:2, um pequeno número inteiro, conforme a lei de Dalton. Isso reforça a ideia de átomos combinando em números inteiros.

Passo 10

Dicas práticas para a prova (rapidinho e motivador):
  • Sempre comece contando átomos por elemento nos dois lados; ajuste coeficientes inteiros simples até que tudo fique igual.
  • Use a ideia de Dalton mentalmente: você não pode ter meio átomo num coeficiente; os coeficientes expressam quantas moléculas/átomos inteiros estão envolvidos.
  • Se a equação envolve oxigênio numa molécula diatômica ( \mathrm{O}_2), normalmente será necessário trabalhar com coeficientes pares para equilibrar oxigênio quando formam compostos com oxigênio em números ímpares por molécula (como \mathrm{H}_2\mathrm{O}).
  • Respira fundo: é só contagem e conservação — você já sabe como fazer.

Resposta

2\,\mathrm{H}_2 + \mathrm{O}_2 \rightarrow 2\,\mathrm{H}_2\mathrm{O}

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