Questão-12) Devido à toxicidade do mercúrio, em caso de derramamento desse metal, costuma-se espalhar enxofre no local para removê-lo. Mercúrio e enxofre reagem, gradativamente, formando sulfeto de mercúrio. Para fins de estudo, a reação pode ocorrer mais rapidamente, se as duas substâncias forem misturadas num almofariz. Usando esse procedimento, foram feitos dois experimentos. No primeiro,
de mercúrio e
de enxofre reagiram, formando
do produto, sobrando
de enxofre. No segundo experimento,
de mercúrio e
de enxofre forneceram
do produto, restando
de mercúrio.
a) Mostre que os dois experimentos estão de acordo com a lei da conservação da massa (Lavoisier) e a lei das proporções definidas (Proust).
b) Existem compostos de Hg (I) e de Hg (II). Considerando os valores das massas molares e das massas envolvidas nos dois experimentos citados, verifique se a fórmula do composto formado, em ambos os casos, é HgS ou Hg 2 S . Mostre os cálculos.
a) Mostre que os dois experimentos estão de acordo com a lei da conservação da massa (Lavoisier) e a lei das proporções definidas (Proust).
b) Existem compostos de Hg (I) e de Hg (II). Considerando os valores das massas molares e das massas envolvidas nos dois experimentos citados, verifique se a fórmula do composto formado, em ambos os casos, é HgS ou Hg 2 S . Mostre os cálculos.
Passo 1
Vou listar claramente o que o enunciado dá e o que pede (peguei estes números do enunciado).
Dado (experimento 1):
- Mercúrio inicial:
. - Enxofre inicial:
. - Produto formado:
. - Enxofre que sobrou:
.
Dado (experimento 2):
- Mercúrio inicial:
. - Enxofre inicial:
. - Produto formado:
. - Mercúrio que sobrou:
.
O enunciado pede:
a) Mostrar que os dois experimentos estão de acordo com a lei da conservação da massa (Lavoisier) e com a lei das proporções definidas (Proust).
b) Usando massas molares, verificar se o composto formado é ou
, mostrando os cálculos.
a) Mostrar que os dois experimentos estão de acordo com a lei da conservação da massa (Lavoisier) e com a lei das proporções definidas (Proust).
b) Usando massas molares, verificar se o composto formado é
Passo 2
Verificando a lei da conservação da massa para o experimento 1 (Lavoisier): a soma das massas dos reagentes deve ser igual à soma das massas dos produtos e restos.
Calcular massa total inicial:
Calcular massa total final (produto + restos):
Como as massas inicial e final são iguais (
), o experimento 1 satisfaz a conservação da massa.
Passo 3
Verificando a lei da conservação da massa para o experimento 2:
Calcular massa total inicial:
Calcular massa total final (produto + restos):
Como as massas inicial e final são iguais (
), o experimento 2 também satisfaz a conservação da massa.
Passo 4
Agora verificar a lei das proporções definidas (Proust): em amostras diferentes do mesmo composto, as massas dos elementos que se combinam estão sempre na mesma proporção fixa.
Precisamos calcular as massas de mercúrio e enxofre que efetivamente reagiram em cada experimento.
No experimento 1:
- Enxofre consumido:
- Mercúrio consumido: como todo o produto (
) é soma das massas consumidas, mercúrio consumido
Relação de massas que reagiram (Hg : S) no experimento 1:
ou seja proporção
(Hg : S).
No experimento 2:
- Mercúrio consumido:
- Enxofre consumido: todo o enxofre foi consumido (pois sobra de enxofre não foi informada), e de fato verifica-se pela massa do produto:
Relação de massas que reagiram (Hg : S) no experimento 2:
ou seja proporção
(Hg : S).
Como a razão massa(Hg)/massa(S) que reagiu é idêntica nos dois experimentos (
), os dados obedecem à lei das proporções definidas.
Passo 5
Para decidir entre as fórmulas
e
é preciso comparar a razão experimental de massas com as razões que cada fórmula prevê, ou melhor, converter massas reagidas em número de mols e checar a razão molar simples (regra prática: elementos se combinam em razões moleculares de pequenos inteiros).
Explicação do conceito que vamos usar (aula curta):
- A massa atômica ou massa molar de um elemento dá a massa de
mol desse elemento. - O número de mols é calculado por:
- Se, por exemplo, os mols de Hg e de S que reagiram forem iguais, a fórmula empírica é
(razão ). Se os mols de Hg forem o dobro dos mols de S, a fórmula seria (razão ).
Usarei as massas molares padrão aproximadas:
- Massa molar do mercúrio:
- Massa molar do enxofre:
Passo 6
Calcular mols reagidos no experimento 1:
Mols de
consumidos:
Mols de
consumidos:
Comparação:
e
. Esses valores são praticamente iguais (diferenças devidas a arredondamento/medida), logo a razão molar é aproximadamente
. Isso indica fórmula
para o produto no experimento 1.
Passo 7
Calcular mols reagidos no experimento 2:
Mols de
consumidos:
Mols de
consumidos:
Comparação:
e
. Novamente praticamente iguais, razão molar próxima de
. Isso indica fórmula
no experimento 2.
Passo 8
Verificação pela razão de massas teórica para cada fórmula:
- Se a fórmula fosse
, a razão massa(Hg)/massa(S) prevista seria
- Se a fórmula fosse
, a razão massa(Hg)/massa(S) prevista seria
A razão experimental encontrada foi
, que coincide com a razão prevista para
(
) e está muito distante do valor previsto para
(
). Portanto a fórmula correta, compatível com os dados, é
.
Passo 9
Comentário final didático e de confiança: pequenas diferenças numéricas entre cálculos (por exemplo
vs
) são dentro do esperado por causa de arredondamentos e medidas experimentais. O ponto importante é que os dois experimentos dão a mesma razão de combinação e que a razão molar obtida é
, confirmando
.
Resposta
a) Sim. Em cada experimento a massa total inicial é igual à massa total final (conservação da massa) e a razão massa(Hg)/massa(S) que reagiu é a mesma nos dois experimentos,
(lei das proporções definidas).
b) A fórmula do composto, em ambos os casos, é .
b) A fórmula do composto, em ambos os casos, é