Composição dos Produtos
Teoria
Produtos da combustão real
Nós estudamos até aqui a combustão de vários tipos de combustível: combustível sólido (carvão), combustível gasoso , combustível puro e combustível com vários tipos de molécula na sua composição. Em todas essas reações, nós consideramos que a combustão produzia apenas três tipos de produtos: o , o e o .
Mas será que na vida real é assim? Será que a reação de qualquer combustível com o ar seco sempre gera esses três produtos? Infelizmente não! Os produtos gerados pela combustão real dependem de vários fatores: a temperatura dos reagentes, a quantidade de reagindo, a quantidade de combustível e se o combustível está bem misturado com o oxigênio.
Qualquer variação em um desses fatores pode produzir novos tipos de produto, como: , , , , etc. São tantas variáveis que podem interferir na composição dos produtos, que é muito difícil prever quais moléculas vão ser formadas na combustão real! Então como a gente pode escrever a equação química da combustão real, se a gente não conhece os produtos?
Produtos em base seca
A gente não vai precisar descobrir quais são os produtos da combustão! O enunciado das questões sempre nos mostra quase todas as moléculas formadas pela reação. Ele também mostra a porcentagem de cada molécula nos produtos! A imagem abaixo mostra uma típica tabela de composição de exercícios de combustão!
É muito bom saber que o exercício nos dá essas informações, mas tenha bastante atenção! Essa composição dos produtos informada pela questão não inclui a água ! A molécula de sempre será um produto da reação! Mas mesmo assim ela não está presente na composição. Chamamos a composição sem a água de composição em base seca!
Além disso, as porcentagens estão sempre em base volumétrica! Isso significa que elas são a fração mássica de cada componente do produto.
Mas para entender melhor como usar esse dado, vamos resolver um exemplo típico!
Como calcular os coeficientes estequiométricos a partir da composição dos produtos?
Determine os coeficientes estequiométricos da combustão do metano com ar seco. Considere que a composição dos produtos dessa combustão em base seca é: de , de , de e de . As frações estão em base volumétrica.
Podemos escrever a equação química da combustão com os coeficientes desconhecidos.
Para descobrir quanto valem os coeficientes estequiométricos dos produtos, temos que escrever a equação química de combustão para de produto seco (sem contar o ). Com isso, descobrimos a quantidade de de cada componente.
onde:
- é a quantidade de de dentro nos produtos;
- é a quantidade de de dentro nos produtos;
- é a quantidade de de dentro nos produtos;
- é a quantidade de de dentro nos produtos;
- é a quantidade total de dos produtos sem levar em conta o . Ele é a soma do de cada componente do produto
Nesse caso, vale .
Nós podemos calcular os coeficientes que faltam através do balanço de cada elemento químico.
Com esses valores a equação química fica:
O significado do balanço de nitrogênio
Cuidado! Nesse caso, o balanço de nitrogênio não serve para encontrar o valor de um coeficiente estequiométrico. Ele serve apenas para verificar se o balanço dos elementos anteriores estava correto. Se o número do lado esquerdo for igual ao número do lado direito, quer dizer que o balanço dos outros elementos foi feito corretamente.
No nosso caso, o balanço do nitrogênio deu que é igual a . Esses números não são iguais! Mas são muito parecidos. Essa pequena diferença só é causada, porque a composição dos produtos dada enunciado não tem muitas casas decimais. É só um pequeno erro de arredondamento! Não é um erro nas contas do balanço que fizemos!
Por isso, podemos considerar que esses números são aproximadamente iguais. Ou seja, fizemos tudo certo! Como o balanço de pode dar esse pequeno erro de arredondamento, é importante deixarmos ele só pro final. Quando estamos resolvendo exercícios que nos dão a composição do produtos, o balanço de é usado só como uma verificação de resultado!
Exemplo com composições de combustível e produtos dadas pelo enunciado
Já calculamos os coeficientes estequiométricos dos produtos, conhecendo a composição do combustível. Já calculamos os coeficientes estequiométricos do combustível, conhecendo a composição dos produtos. Como podemos calcular os coeficientes estequiométricos da equação da combustão, quando conhecemos a composição do combustível e dos produtos?
Para entender como fazer isso, vamos resolver um exemplo! Determine os coeficientes estequiométricos da combustão de gás natural com ar seco. O gás natural é composto por de , de e de , de e de em base molar. Os produtos gerados são de , de , de e de em base molar seca.
Quando a gente só tinha a composição dos combustíveis, a gente calculava os coeficientes para uma reação de de combustível. Quando a gente só tinha a composição dos produtos, a gente calculava os coeficientes, considerando a geração de de produtos, excluindo a água. Qual vai ser nossa estratégia agora que temos as duas composições?
Cálculo dos coeficientes, quando temos as composições do combustível e dos produtos
Podemos escrever a equação química dessa reação com os coeficientes estequiométricos indeterminados.
Dessa vez nós não podemos considerar que existem de combustível e de produtos ao mesmo tempo! Isso não pode ser feito, porque não sabemos se a reação de de combustível vai realmente gerar de produtos. Por isso, consideramos que de combustível reagem e geram uma quantidade desconhecida de produtos.
Os coeficientes dos produtos, considerando que foram gerados de produtos são:
Agora é só descobrir quanto , e valem através do balanço dos elementos químicos!
A equação final é:
Novamente o balanço de nitrogênio só serviu de verificação das contas. Os números dão muito parecidos de novo. As diferenças não foram causadas por erros de conta. Logo, fizemos tudo certinho!
Como calcular os coeficientes estequiométricos a partir da composição dos produtos?
O significado do balanço de nitrogênio N
Exemplo com composições de combustível e produtos dadas pelo enunciado
Cálculo dos coeficientes, quando temos as composições do combustível e dos produtos
Exercícios Resolvidos
Exercício Resolvido #1
Elaboração própria
Gás metano é queimado com ar seco, gerando de produtos secos com a seguinte composição em base volumétrica: de e de . Determine a quantidade de de que está sendo queimada.
Passo 1
Oi, lindonas e lindões! Tudo bem com a vida de vocês? Vamos fazer um exercício de combustão pra dar aquela turbinada no seu conhecimento?
O primeiro passo de um exercício de combustão é determinar quais os reagentes e produtos da combustão. A questão disse que e ar seco (mistura de uma parte de e partes de ) reagem. Logo, , e são os reagentes. A questão também disse que os produtos secos (sem contar com o ) são e . Logo, , e são os produtos.
, , , e são os coeficientes estequiométricos da equação química da combustão. Alguns desses coeficientes estequiométricos precisam ser encontrados para a gente conseguir calcular a quantidade de de na combustão. Alguns deles serão determinados através do balanço da equação química que começaremos a fazer no próximo passo.
Passo 2
O primeiro passo para fazer o balanço de uma equação, quando o enunciado nos dá a composição dos produtos é determinar a quantidade de dos produtos a partir dessa composição. Calcularemos, então, a quantidade de de multiplicando dos produtos secos pelos de .
Nós não vamos precisar calcular os demais coeficientes para achar a quantidade de de ! Como acharemos através do balanço de carbono , conhecer o coeficiente já basta.
Para balancear , os de nos produtos têm que ser iguais aos de dos reagentes.
Resposta
Exercício Resolvido #2
Elaboração própria
Uma mistura de gás natural com uma análise molar de de e de é queimada completamente com ar seco. Essa queima gera produtos secos com a seguinte análise molar: de e de . Determine a equação balanceada dessa reação de combustão.
Passo 1
Fala, querid@s! Tudo em ordem? Vamos fazer um exercício de combustão pra organizar bem as informações que aprendemos na teoria? Bora! Vai ser divertido!
O primeiro passo de um exercício de combustão é determinar quais os reagentes e produtos da combustão. A questão disse que , e ar seco (mistura de uma parte de e partes de ) reagem. Logo, , , e são os reagentes. Também sabemos que os produtos secos (sem contar com o ) são e . Logo, , e são os produtos.
, , , , e são os coeficientes estequiométricos da equação química da combustão. Determinar a equação balanceada dessa reação de combustão é justamente determinar os valores desses coeficientes! Então vamos começar a fazer o balanço da equação química de combustão no próximo passo.
Passo 2
O primeiro passo para fazer o balanço de uma equação, quando o enunciado nos dá as composições dos produtos e do combustível, é determinar os coeficientes de cada componente do combustível. Pra isso, assumimos que de combustível é queimado! Calcularemos, então, os de de , multiplicando pelos de .
O coeficiente do também pode ser determinado dessa forma. Por isso, multiplicamos o de combustível pelos de presente no combustível!
Beleza! Achamos um monte de coeficiente dos reagentes! Mas como podemos calcular os coeficientes dos produtos? Será que podemos supor que de produtos secos é gerado?
Veremos isso no próximo passo!
Passo 3
Não podemos supor que de produtos secos é gerado, porque não sabemos se a reação de de combustível vai realmente gerar de produtos secos. Por isso, consideramos que de combustível gera uma quantidade desconhecida de produtos.
Dessa forma, achamos o coeficiente do , multiplicando pelos de .
O coeficiente de é encontrado de forma bem parecida! Pra encontrar , multiplicamos a quantidade de produtos secos pela porcentagem de presente nos produtos secos!
Agora, pra achar e os coeficientes estequiométricos e que faltam, faremos o balanço da equação química de combustão no próximo passo.
Passo 4
Pra achar o valor de produtos secos gerados na combustão de de combustível, temos que balancear a quantidade de carbono da equação abaixo. A equação abaixo mostra os coeficientes que já calculamos. Como e estão em função de , colocamos o em evidência!
Pra balancear , os de presentes em