Butano, o combustível dos isqueiros, queima em oxigênio para fornecer dióxido de carbono e água. Se, em um determinado experimento, a concentração de butano está diminuindo a uma taxa de
, qual é a taxa em que a concentração de oxigênio está diminuindo, e quais são as taxas em que as concentrações dos produtos estão aumentando?
Dica: construa primeiro a equação química que representa a reação.
Dica: construa primeiro a equação química que representa a reação.
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! Primeiro, vamos entender o que ele está pedindo. Temos uma reação de combustão do butano (C₄H₁₀) no oxigênio (O₂) que produz dióxido de carbono (CO₂) e água (H₂O). A gente precisa descobrir as taxas de variação das concentrações dos reagentes e produtos nessa reação, dado que a concentração de butano está diminuindo a uma certa taxa.
Matéria envolvida: Este exercício envolve estequiometria e cinética química, que são ramos da Química que estudam as proporções das substâncias nas reações e a velocidade com que essas reações ocorrem.
O que vamos precisar:
- Escrever a equação balanceada da reação.
- Usar os coeficientes da equação para relacionar as taxas de variação das concentrações.
- Aplicar essas relações para encontrar as taxas solicitadas.
Passo 2
Primeiro, vamos escrever a equação química da combustão do butano. A combustão completa de um hidrocarboneto como o butano em oxigênio gera dióxido de carbono e água. A equação inicial fica assim:
Agora, precisamos balancear essa equação para garantir que o número de átomos de cada elemento seja o mesmo nos reagentes e nos produtos. Vamos fazer isso passo a passo:
-
Carbono ©: Há 4 carbonos no butano, então precisamos de 4 moléculas de dióxido de carbono.
-
Hidrogênio (H): Há 10 hidrogênios no butano, então precisamos de 5 moléculas de água.
-
Oxigênio (O): Agora, contamos os oxigênios nos produtos:
de CO₂ e de H₂O, totalizando 13 átomos de oxigênio. Como cada molécula de O₂ traz 2 oxígenos, precisamos de moléculas de O₂. Para evitar frações, multiplicamos todos os coeficientes por 2:
Prontinho, essa é a equação balanceada!
Passo 3
Agora que temos a equação balanceada, vamos analisar as proporções das substâncias envolvidas. Na reação:
Isso significa que:
- Para cada 2 mols de butano que reagem, 13 mols de oxigênio são consumidos.
- Para cada 2 mols de butano que reagem, 8 mols de dióxido de carbono são produzidos.
- Para cada 2 mols de butano que reagem, 10 mols de água são produzidos.
Passo 4
Sabemos que a concentração de butano está diminuindo a uma taxa de
. Vamos chamar isso de
(o sinal negativo indica diminuição).
Usando os coeficientes da equação balanceada, podemos relacionar essa taxa com as taxas das outras substâncias.
-
Oxigênio (
): A relação é. Então: Isso significa que a concentração de oxigênio está diminuindo a uma taxa de. -
Dióxido de Carbono (
): A relação é. Então: Comoestá sendo formado, a taxa é positiva: -
Água (
): A relação é. Então: Comoestá sendo formada, a taxa é positiva:
Resposta
A taxa de diminuição da concentração de oxigênio é de
, e as taxas de aumento das concentrações dos produtos são de
para o dióxido de carbono e
para a água.