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Enunciado

Química - Princípios de Química: Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente - 5ª Edição - Peter Atkins, Loretta Jones e Leroy Laverman- Ed: 5º - Capítulo 1.F - Ex. 15

F.15 A cafeína, um estimulante do café e do chá, tem massa molar 194,19 g.mol-1 e composição percentual em massa igual a 49,98% de C, 5,19% de H, 28,85% de N e 16,48% de O. Qual é a fórmula molecular de cafeína?

Passo 1

  1. Primeiro, encontramos o número de mols de cada elemento em 100 g do composto.

A massa de cada elemento em exatamente 100 g do composto é igual à sua porcentagem de massa em gramas. Então nós temos

M ( C ) =   49,48   g

M ( H ) =   5,19   g

M ( N ) =   28,85   g

M ( O ) =   16,48   g

Para obter o número de mols n (X) do elemento presente no composto, dividimos a massa do elemento pela massa molar do mesmo.

n C = 49,48   g 12,01   g . m o l - 1 = 4,119   m o l

n H = 5,19   g 1,0079   g . m o l - 1 = 5,14   m o l

n N = 28,85   g 14,01   g . m o l - 1 = 2,059   m o l

n O = 16,48   g 16,00   g . m o l - 1 = 1,030   m o l

Com isso nós temos a proporção molar de cada elemento na fórmula que é: C:H:N:O (4:5:2:1).

Portanto, a fórmula empírica da cafeína é C 4 H 5 N 2 O .

Passo 2

Precisamos calcular a massa molar da cafeína C 4 H 5 N 2 O .

M ( C 4 H 5 N 2 O ) = 97,10   g . m o l - 1

Agora dividimos a massa molar do composto dada no enunciado pela massa molar que calculamos. Assim, obtemos o fator pelo qual o coeficiente da unidade da fórmula deve ser multiplicado para obter a fórmula molecular do composto.

n = 194,19   . m o l - 1   97.10   g . m o l - 1 = 1,99   ≈ 2,00

Multiplicando os coeficientes da unidade de fórmula pelo fator 2 temos que a fórmula molecular da cafeína é  2 × C 4 H 5 N 2 O , ou  C 8 H 10 N 4 O 2 .

Resposta

  1. Portanto, a fórmula molecular da cafeína é  C 8 H 10 N 4 O 2 .
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