Balanço de Equações de Combustão
Teoria
Equação química
Em algum momento da sua vida você já deve ter visto uma reação química escrita do jeito abaixo.
Essa forma de representar uma reação química é chamada de equação química. A equação química acima representa uma reação entre o metano e o oxigênio que forma gás carbônico e água . As substâncias do lado esquerdo da seta são chamadas de reagentes ( e ). As substâncias do lado direito são chamadas de produtos ( e ).
Mas essa equação não nos diz apenas quais substâncias estão reagindo e quais substâncias estão se formando. Ela também nos fala que: para cada de metano é necessário existir de oxigênio para a reação conseguir formar de gás carbônico e de água . O é informado pelos números do lado das substâncias.
Esses números são chamados de coeficientes estequiométricos. Quando não aparece nenhum número do lado da substância, quer dizer que o coeficiente estequiométrico vale 1.
Resumindo, a equação química é muito parecida com a receita de um bolo! A receita tem a proporção certa dos ingredientes para formar uma quantidade de bolo. A equação química mostra a proporção entre os reagentes para formar uma quantidade de produto. Para formar o dobro de produto, é só dobrar a quantidade de cada reagente.
Mas cuidado para não errar na interpretação! O valor numérico dos coeficientes só nos mostram as quantidades de de cada substância. Eles não informam diretamente a quantidade de quilograma delas! Por isso, a equação química acima não diz que de precisa reagir com de para formar de e de .
Essa interpretação está errada! Esse erro de interpretação pode te fazer pensar que a massa de reage com o dobro de massa de . Você acharia a proporção errada entre as massas! Na verdade, de devem reagir com de para formar de e de . Isso quer dizer que a massa de é maior que o dobro da massa de !
Calculamos os coeficientes estequiométricos usando o balanço de equação química!
O exemplo de equação química que usamos, mostrava todos os coeficientes estequiométricos da reação. No entanto, os exercícios de reação química nem sempre vão mostrar esses números. Em alguns casos, somos nós que precisamos calcular cada valor. Mas como?
A equação química abaixo é um exemplo de exercício que você pode encontrar pela frente.
Para conseguir descobrir quantos de oxigênio são usados na reação e quantos de produtos são formados, precisamos encontrar os três coeficientes estequiométricos que faltam (, e ). Isso quer dizer que temos que achar três incógnitas (, e ). Mas pra isso, precisamos de três equações! Onde nós podemos encontrar essas equações?
Para achar a quantidade de cada substância, precisamos entender como uma reação química funciona! Quando ela ocorre, as ligações químicas das moléculas reagentes se quebram. Depois disso, os elementos dos reagentes se reorganizam e formam os produtos! Ou seja, nenhum elemento é destruído ou criado do nada na reação. Eles são apenas reorganizados!
Se nenhum elemento químico é destruído ou criado, a quantidade de que um elemento tinha antes da reação é igual à quantidade de que ele passou a ter depois da reação. Esse método de cálculo do coeficiente estequiométrico é chamado de balanço de equação química. Vamos usá-lo agora no nosso exemplo!
Cálculo dos coeficientes estequiométricos do exemplo
Se o de um elemento antes da reação é igual ao desse elemento depois da reação, o de carbono nos reagentes é igual ao de carbono nos produtos.
Conseguimos achar nossa primeira equação! Ela já nos ajudou a achar o valor do coeficiente estequiométrico . Fizemos isso, percebendo que existe de nos reagentes e de nos produtos! Então vamos usar esse mesmo método nos elementos que faltam ( e ) para encontrar os coeficientes que restam ( e )! Para o hidrogênio temos que:
Para o oxigênio temos que:
Pronto! Além de achar todos os coeficientes, descobrimos um método que podemos usar para calcular os coeficientes de vários tipos de reações químicas! Então será que aprendemos tudo o que precisamos para calcular os coeficientes de todas as reações químicas?
Infelizmente não! Apesar de esse método poder ser aplicado em qualquer reação química, nem sempre ele é o suficiente para achar o valor dos coeficientes que faltam! Algumas reações químicas têm tantos coeficientes desconhecidos, que acabam precisando de mais equações do que o balanço de equação química é capaz de criar. Um exemplo disso está abaixo.
Essa reação é a combustão do metano com ar seco. Nesse exemplo, existem 5 coeficientes sem valores conhecidos (, , , e ). No entanto, essa reação só ocorre entre 4 elementos químicos (, , e ). Isso significa que o balanço químico só consegue criar 4 equações (1 para cada elemento)! Como podemos criar mais uma equação e achar todos os coeficientes?
Para a gente conseguir criar uma nova equação para a combustão com ar seco, precisamos antes aprender o que é combustão!
O que é combustão?
A combustão é uma reação química que ocorre, quando os elementos de uma substância perdem elétrons e, por causa disso, liberam muita energia! Um exemplo de combustão é a reação entre o gás metano e o oxigênio . Os elementos do metano são o carbono e o hidrogênio . O carbono perde elétrons para o oxigênio e libera calor por isso.
Reconhece essa equação química? Ela é a reação que usamos para explicar o balanço químico!
A figura abaixo mostra a quantidade de elétrons que o carbono e o oxigênio tinham antes da reação e quantos elétrons eles passam a ter depois da combustão.
A substância formada pelos elementos que perdem elétrons e liberam energia se chama combustível. O combustível do exemplo acima é o metano , porque ele é formado pelo elemento químico carbono que perde elétrons durante a reação! Os combustíveis são geralmente feitos de átomos de carbono e hidrogênio. Eles são chamados de hidrocarbonetos.
A substância formada pelos elementos que ganham elétrons é chamada de oxidante. O oxidante do exemplo é o gás oxigênio , porque ele é formado pelo elemento químico oxigênio que ganha elétrons. O gás oxigênio é o oxidante de todas as reações de combustão que vamos estudar! Ele é muito usado, porque ele está presente de graça no ar!
Vimos então que os únicos ingredientes da combustão são o oxidante e o combustível. Apesar disso a maioria dos exercícios de combustão possui o gás nitrogênio nos reagentes.
Por que então o está nos reagentes, se ele não é um oxidante nem um combustível?
Essa pergunta é muito importante! Se a gente conseguir responder isso, vamos conseguir criar uma nova equação para a combustão com ar seco! Isso quer dizer que vamos conseguir encontrar a equação que faltava para calcular todos os coeficientes estequiométricos!
Combustão com oxigênio atmosférico
O aparece junto com os reagentes, porque o oxigênio da reação é fornecido pelo ar. Ou seja, o oxigênio usado na reação não está puro. Ele está misturado com o gás nitrogênio ! A composição do ar em base molar é praticamente de nitrogênio e de oxigênio .
onde:
- é a quantidade de do gás nitrogênio ;
- é a quantidade de do gás oxigênio ;
- é a quantidade de do ar. Ele é a soma do com o .
Essas equações mostram que para cada de ar usado na reação, estão presentes de e de . Em outras palavras, para cada de que reagem, existem de que entra junto com o na combustão! Então acabamos de descobrir uma proporção entre o de e o de !
A fórmula acima mostra que para cada de na reação, existem de .
Essa fórmula é a nova equação de cálculo dos coeficientes estequiométricos! No exemplo de combustão de gás metano com ar seco, temos que:
Logo:
Se aplicarmos o balanço químico para o carbono , achamos que:
Se a gente fizer o mesmo para o hidrogênio , encontramos que:
Já para o oxigênio a equação fica:
Usando a nova equação que criamos, podemos determinar o coeficiente estequiométrico do gás nitrogênio presente nos reagentes.
Por fim, usando o balanço químico no nitrogênio, calculamos o valor do coeficiente .
Com isso, a equação química de combustão do metano com ar seco vira:
As reações com ar seco são geralmente escritas de um jeito diferente para chamar atenção que existe uma proporção fixa entre e .
Agora vamos testar o método que aprendemos em exercícios de combustão com outros combustíveis!
Calculamos os coeficientes estequiométricos usando o balanço de equação química!
Cálculo dos coeficientes estequiométricos do exemplo
O que é combustão?
Combustão com oxigênio O 2 atmosférico
Exercícios Resolvidos
Exercício Resolvido #1
Elaboração própria
Em um processo de combustão, de carbono reagem com oxigênio para formar dióxido de carbono . Determine a equação de reação balanceada.
Passo 1
Fala, galera, como estão? Vamos partir direto para o que nos interessa?
O enunciado quer que a gente escreva a equação química da reação de combustão que ele descreveu. O enunciado diz que de reage com de e formam de .
Escrever a equação química da reação é a mesma coisa que colocar os reagentes a esquerda da seta e os produtos a direita da seta e determinar os coeficientes estequiométricos e da equação! Para achar e , faremos o balanço da equação química no próximo passo!
Passo 2
Fazer o balanço da equação é a mesma coisa que dizer que a quantidade de que um elemento tinha antes da reação é igual à quantidade de que ele passou a ter depois da reação. Ou seja, a quantidade de de nos produtos, tem que ser igual aos de presentes nos reagentes! Logo:
Pronto! Achamos ! Agora resta encontrar !
Para isso, lembramos que a quantidade de átomos de (oxigênio) presentes nos reagentes tem que ser igual aos de átomos de presentes nos produtos!
Substituindo essa informação na equação química, chegamos na equação balanceada de combustão que o enunciado pediu pra gente determinar.
Uhuuuul! Mandamos muito!
Resposta
Exercício Resolvido #2
Elaboração própria
Em uma reação de combustão, de carbono reage com de enxofre e oxigênio para formar dióxido de carbono e dióxido de enxofre . Determine a equação de reação balanceada.
Passo 1
Oi, pessoal! O enunciado quer que a gente escreva a equação química da reação de combustão que ele descreveu. O enunciado diz que de reage com de e de para formar de e de .
Escrever a equação química da reação é a mesma coisa que colocar os reagentes a esquerda da seta e os produtos a direita da seta e determinar os coeficientes estequiométricos , e da equação! Para achar , e , faremos o balanço da equação química no próximo passo!
Passo 2
Fazer o balanço da equação é a mesma coisa que dizer que a quantidade de que um elemento tinha antes da reação é igual à quantidade de que ele passou a ter depois da reação. Ou seja, a quantidade de de nos produtos, tem que ser igual aos de presentes nos reagentes! Logo:
Pronto! Achamos ! Agora resta encontrar e !
é encontrado, quando lembramos que os de átomos de nos produtos têm que ser iguais aos de presentes nos reagentes.
Para achar , lembramos que a quantidade de átomos de (oxigênio) presentes nos reagentes tem que ser igual aos de átomos de presentes nas móleculas de mais átomos de presentes nas moléculas de dos produtos!
Substituindo essa informação na equação química, chegamos na equação balanceada de combustão que o enunciado pediu pra gente determinar.
Show de bola, gente, acabamos a questão! Parabéns pra nós!
Resposta
Exercício Resolvido #3
Elaboração própria
Octano e oxigênio reagem, formando gás carbônico e de água . Determine a quantidade de de reagentes nessa reação de combustão.
Passo 1
Oier, galerinha! O enunciado quer que a gente a gente determine a quantidade de dos reagentes da combustão. Pra isso, nós temos que somar a quantidade de de com a quantidade de de .
Pra determinar o valor de e , precisamos escrever a equação química da reação de combustão que o enunciado descreveu. O enunciado diz que de reage com de para formar de e de .
Escrever a equação química da reação é a mesma coisa que colocar os reagentes a esquerda da seta e os produtos a direita da seta e determinar os coeficientes estequiométricos , e da equação! Para achar , e , faremos o balanço da equação química no próximo passo!
Passo 2
Fazer o balanço da equação é a mesma coisa que dizer que a quantidade de que um elemento tinha antes da reação é igual à quantidade de que ele passou a ter depois da reação. Ou seja, a quantidade de de nos reagentes, tem que ser igual aos de presentes nos produtos! Logo:
Pronto! Achamos ! Agora resta encontrar e !
é encontrado, quando lembramos que os de nos produtos têm que ser iguais aos de presentes nos reagentes.
Para achar , lembramos que a quantidade de átomos de presentes nos reagentes tem que ser igual aos de átomos de presentes nas móleculas de mais átomos de presentes nas moléculas de dos produtos!
Substituindo e na equação de dos reagentes, achamos .
Boaaaaa! Resolvemos a questão!
Resposta
Exercício Resolvido #4
Elaboração própria
Em uma reação de combustão, de octano reagem com ar seco, formando gás carbônico , água e nitrogênio . Determine a quantidade de de ar usada nessa reação de combustão.
Passo 1
Faaala, lind@s! O enunciado quer que a gente a gente determine a quantidade de de ar da combustão. Quando utilizamos o presente no ar seco para realizar uma reação combustão, ele vem junto com nitrogênio . Logo, achamos somando a quantidade de de com a quantidade de de .
Pra determinar o valor de e , precisamos escrever a equação química da reação de combustão que o enunciado descreveu. O enunciado diz que de reagem com de e de para formar de , de e de .
Escrever a equação química da reação é a mesma coisa que colocar os reagentes a esquerda da seta e os produtos a direita da seta e determinar os coeficientes estequiométricos , , , e da equação! Para achar , , , e , faremos o balanço da equação química no próximo passo!
Passo 2
A primeira informação que precisamos lembrar quando fazemos o balanço da combustão com ar seco é que a cada de presente no ar, existem de presentes no ar. Ou seja, a quantidade de do é maior que a quantidade de do !
Agora só precisamos achar o valor de pra descobrir ! Pra isso, temos que achar os coeficientes e ! Achamos através do balanço do carbono . Para a quantidade de carbono ficar balanceada, a quantidade de de presente nos produtos tem que ser igual à quantidade de presente nos reagentes.
Pronto! Achamos ! Agora resta encontrar e ! Faremos isso no próximo passo!
Passo 3
é encontrado por meio do balanço de hidrogênio . de nos produtos tem que ser igual aos de presentes nos reagentes.
Para finalmente achar , temos que fazer o balanço de oxigênio! Ou seja, a quantidade de de nos reagentes tem que ser igual a de nas moléculas de mais de nas moléculas de .
Com esse valor, achamos .
Substituindo e na equação de de ar, achamos .
Aeeeeee fechamos esse exercício! Arrasamos!
Resposta
Exercício Resolvido #5
Elaboração própria
Em uma reação de combustão, de octano reagem com ar seco, formando gás carbônico , água , nitrogênio e de oxigênio . Determine a razão entre a quantidade de de ar e a quantidade de de combustível dessa reação de combustão.
Passo 1
Como vocês estão, chuchus? Bora fazer esse exercício de balanceamente de equação de combustão?
O enunciado quer que a gente determine a razão entre a quantidade de de ar e a quantidade de de combustível presentes na combustão. Como o combustível é o octano, o já foi informado e vale .
Para calcular , temos que lembrar de uma informação! Quando utilizamos o presente no ar seco para realizar uma reação combustão, ele vem junto com nitrogênio . Logo, achamos somando a quantidade de de com a quantidade de de .
Pra determinar o valor de e , precisamos escrever a equação química da reação de combustão que o enunciado descreveu. O enunciado diz que de reagem com de e de para formar de , de , de e de .
Escrever a equação química da reação é a mesma coisa que colocar os reagentes a esquerda da seta e os produtos a direita da seta e determinar os coeficientes estequiométricos , , , e da equação! Para achar , , , e faremos o balanço da equação química no próximo passo!
Passo 2
A primeira informação que precisamos lembrar quando fazemos o balanço da combustão com ar seco é que a cada de presente no ar, existem de presentes no ar. Ou seja, a quantidade de do é maior que a quantidade de do !
Agora só precisamos achar o valor de pra descobrir ! Pra isso, temos que achar os coeficientes e ! Achamos através do balanço do carbono . Para a quantidade de carbono ficar balanceada, a quantidade de de presente nos produtos tem que ser igual à quantidade de presente nos reagentes.
Pronto! Achamos ! Agora resta encontrar e ! Faremos isso no próximo passo!
Passo 3
é encontrado por meio do balanço de hidrogênio . de nos produtos tem que ser igual aos de presentes nos reagentes.
Para finalmente achar , temos que fazer o balanço de oxigênio! Ou seja, a quantidade de de nos reagentes tem que ser igual a de nas moléculas de mais de nas moléculas de , mais de nas molécilas de .
Com esse valor, achamos .
Substituindo e na equação de de ar, achamos .
Substituindo na equação de :
Show of ball, galera! Mais um exercício pra conta!
Resposta
Exercício Resolvido #6
Elaboração própria
Em uma reação de combustão, de etanol reagem com ar seco, formando gás carbônico , água , nitrogênio e de oxigênio . Determine a razão entre a quantidade de de ar e a quantidade de de combustível dessa reação de combustão.
Passo 1
Oi, galera bonita! Vamos direto ao ponto para resolver logo esse exercício!
O enunciado quer que a gente determine a razão entre a quantidade de de ar e a quantidade de de combustível presentes na combustão. Como o combustível é o octano, o já foi informado e vale .
Para calcular , temos que lembrar de uma informação! Quando utilizamos o presente no ar seco para realizar uma reação combustão, ele vem junto com nitrogênio . Logo, achamos somando a quantidade de de com a quantidade de de .
Pra determinar o valor de e , precisamos escrever a equação química da reação de combustão que o enunciado descreveu. O enunciado diz que de reagem com de e de para formar de , de , de e de .
Escrever a equação química da reação é a mesma coisa que colocar os reagentes a esquerda da seta e os produtos a direita da seta e determinar os coeficientes estequiométricos , , , e da equação! Para achar , , , e faremos o balanço da equação química no próximo passo!
Passo 2
A primeira informação que precisamos lembrar quando fazemos o balanço da combustão com ar seco é que a cada de presente no ar, existem de presentes no ar. Ou seja, a quantidade de do é maior que a quantidade de do !
Agora só precisamos achar o valor de pra descobrir ! Pra isso, temos que achar os coeficientes e ! Achamos através do balanço do carbono . Para a quantidade de carbono ficar balanceada, a quantidade de de presente nos produtos tem que ser igual à quantidade de presente nos reagentes.
Pronto! Achamos ! Agora resta encontrar e ! Faremos isso no próximo passo!
Passo 3
é encontrado por meio do balanço de hidrogênio . Nos produtos, existem de que precisam ser iguais aos de nás moléculas de dos reagentes.
Para finalmente achar , temos que fazer o balanço de oxigênio! Ou seja, de presente em dos reagentes mais de presente em têm que ser iguais a de nas moléculas de mais de nas moléculas de , mais de nas molécilas de .
Com esse valor, achamos .
Substituindo e na equação de de ar, achamos .
Substituindo na equação de :
Show of ball, galera! Mais um exercício pra conta!
Resposta
Exercício Resolvido #7
Elaboração própria
Em uma reação de combustão, etanol reage com ar seco, formando de gás carbônico , água , nitrogênio e de oxigênio . Determine a razão entre a quantidade de de ar e a quantidade de de combustível dessa reação de combustão.
Passo 1
Oi, galera bonita! Vamos direto ao ponto para resolver logo esse exercício!
O enunciado quer que a gente determine a razão entre a quantidade de massa em do ar e a quantidade de massa em do combustível na combustão.
Para calcular a massa , temos que multiplicar a quantidade de de ar presente na reação pela massa molar do ar . O mesmo deve ser feito para o combustível. Achamos a massa , multiplicando a quantidade de de combustível pela massa molar do combustível.
Para calcular , temos que lembrar de uma informação! Quando utilizamos o presente no ar seco para realizar uma reação combustão, ele vem junto com nitrogênio . Logo, achamos somando a quantidade de de com a quantidade de de .
Pra determinar o valor de e , precisamos escrever a equação química da reação de combustão que o enunciado descreveu. O enunciado diz que de reagem com de e de para formar de , de , de e de .
Escrever a equação química da reação é a mesma coisa que colocar os reagentes a esquerda da seta e os produtos a direita da seta e determinar os coeficientes estequiométricos , , , e da equação! Para achar , , , e faremos o balanço da equação química no próximo passo!
Passo 2
A primeira informação que precisamos lembrar quando fazemos o balanço da combustão com ar seco é que a cada de presente no ar, existem de presentes no ar. Ou seja, a quantidade de do é maior que a quantidade de do !
Agora só precisamos achar o valor de pra descobrir ! Pra isso, temos que achar os coeficientes e ! Achamos através do balanço do carbono . Para a quantidade de carbono ficar balanceada, a quantidade de de presente nos reagentes tem que ser igual à quantidade de presente nos produtos.
Pronto! Achamos ! Agora resta encontrar e pra achar ! Faremos isso no próximo passo!
Passo 3
é encontrado por meio do balanço de hidrogênio . Nos produtos, existem de que precisam ser iguais aos de nás moléculas de dos reagentes.
Para finalmente achar , temos que fazer o balanço de oxigênio! Ou seja, de presente em dos reagentes mais de presente em têm que ser iguais a de nas moléculas de mais de nas moléculas de , mais de nas molécilas de .
Com esse valor, achamos .
Substituindo e na equação de de ar, achamos .
Agora que conhecemos e podemos calcular as massas e para encontrar !
Passo 4
Pra achar , temos que ver o valor da massa molar do ar em uma tabela. vale . Logo:
Pra achar , podemos ver a massa molar do etanol na tabela abaixo.
Substituindo e na equação de :
Finalmente chegamos no fim do exercício, pessoal! Pode comemorar!
Resposta
Exercício Resolvido #8
Elaboração própria
Em uma reação de combustão, de um hidrocarboneto desconhecido reage com ar seco, formando de gás carbônico , de água , nitrogênio e de oxigênio . Determine qual é o hidrocarboneto e calcule a razão entre a quantidade de de ar e a quantidade de de combustível dessa reação de combustão.
Passo 1
Oi, galera bonita! Vamos direto ao ponto para resolver logo esse exercício!
O enunciado quer que a gente determine a razão entre a quantidade de massa em do ar e a quantidade de massa em do combustível na combustão. Além disso, ele quer saber quanto valem e do hidrocarboneto .
Para calcular a massa , temos que multiplicar a quantidade de de ar presente na reação pela massa molar do ar . O mesmo deve ser feito para o combustível. Achamos a massa , multiplicando a quantidade de de combustível pela massa molar do combustível. vale segundo o enunciado!
Para calcular , temos que lembrar de uma informação! Quando utilizamos o presente no ar seco para realizar uma reação combustão, ele vem junto com nitrogênio . Logo, achamos somando a quantidade de de com a quantidade de de .
Pra determinar o valor de e , precisamos escrever a equação química da reação de combustão que o enunciado descreveu. O enunciado diz que de reagem com de e de para formar de , de , de e de .
Escrever a equação química da reação é a mesma coisa que colocar os reagentes a esquerda da seta e os produtos a direita da seta e determinar os coeficientes estequiométricos , e da equação! No nosso caso, também precisamos achar e do hidrocarboneto! Para achar , , , e faremos o balanço da equação química no próximo passo!
Passo 2
Primeiro, usaremos o balanço da equação química pra achar qual é o hidrocarboneto que está participando da reação. Achamos através do balanço de carbono ! Para a quantidade de carbono ficar balanceada, a quantidade de de presente nos reagentes tem que ser igual à quantidade de presente nos produtos.
Achamos através do balanço de hidrogênio . Para a quantidade de hidrogênio ficar balanceada, a quantidade de de presente nos reagentes tem que ser igual à quantidade de presente nos produtos.
Com e , vemos que o hidrocarboneto desconhecido é o hidrocarboneto chamado de octano! Ou seja, já achamos uma das respostas que o exercício nos pedia! Agora vamos começar a determinar !
Passo 3
A primeira informação que precisamos lembrar quando fazemos o balanço da combustão com ar seco pra achar é que a cada de presente no ar, existem de presentes no ar. Ou seja, a quantidade de do é maior que a quantidade de do !
Agora só precisamos achar o valor de pra descobrir ! Pra isso, temos que fazer o balanço de oxigênio . Para a quantidade de oxigênio ficar balanceada, a quantidade de de presente nos reagentes tem que ser igual à de presente mais de presente em mais de presente no dos produtos.
Com esse valor, achamos .
Substituindo e na equação de de ar, achamos .
Agora que conhecemos e podemos calcular as massas e para encontrar !
Passo 4
Pra achar , temos que ver o valor da massa molar do ar em uma tabela. vale . Logo:
Pra achar , temos que obter a massa molar do octano que vale .
Substituindo e na equação de :
Boaaaaaaaaa! Encontramos a segunda e última informação que o enunciado pediu!