Composição dos Produtos
Produzido por Philip Canabarro BlockerTeoria
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!