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Participação do ar nas reações químicas

Química

Quando há participação do ar nas reações químicas, apenas o oxigênio reage, mas é necessário calcular a quantidade de gás nitrogênio, pois ele está no ar e nos produtos.
Gás metano sofrendo combustão na presença do oxigênio do ar
Gás metano sofrendo combustão na presença do oxigênio do ar
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O ar seco apresenta cerca de 78% de gás nitrogênio (N2), 21% de gás oxigênio (O2) e 1% de outros gases, em volume. Isso significa que temos uma proporção de 1 : 4 : 5 de gás oxigênio, gás nitrogênio e ar total, respectivamente.

O ar participa de muitas reações, principalmente as reações de oxidação, como as combustões. Na realidade, porém, o único componente do ar que reage é o oxigênio, sendo que o nitrogênio é considerado inerte. Mas, embora não participe da reação, o nitrogênio faz parte do ar que reage e dos gases finais produzidos.

Dessa forma, quando uma reação se processa com a participação do ar, pode ser necessário encontrarmos fatores tais como: qual a massa de oxigênio que reagiu, qual o volume do ar, qual o volume dos gases finais da reação, quanto de nitrogênio estava presente no ar e nos gases finais e assim por diante.

Veja o exemplo a seguir e verifique duas formas que podem ser usadas para realizar esses cálculos. Uma das formas é usando regra de três e a outra é usando a proporção estequiométrica citada ( 1 (oxigênio) : 4 (nitrogênio) : 5 (ar)):

Exemplo:

Suponha que um volume de 40 L de metano (CH4) foi completamente queimado, nas condições ambientes de temperatura e pressão, produzindo gás carbônico (CO2) e água (H2O). Considerando uma composição aproximada do ar de 80% de gás nitrogênio (N2) e 20% de gás oxigênio (O2), responda:

a)      Qual o volume de gás oxigênio consumido nessa reação?

b)      Qual o volume de ar necessário à combustão?

c)       Qual o volume total dos gases no final da reação?

Resolução:

a) Para realizarmos esse cálculo, precisamos escrever a equação química que representa a combustão do metano balanceada:

CH4    +   2 O2   →    CO2   +   2 H2O
1 mol      2 mol        1 mol      2 mol
Considerando que o rendimento da reação foi de 100%, temos:

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1 L de CH4 -----------  2 L de O2  
40 L de CH4 -----------  x
x = 40 L. 2 L 
           1 L  
x = 80 L de O2(g)

Foram consumidos 80 L de gás oxigênio nessas condições.

b) Se o volume de oxigênio é 80 L, o volume do ar será:

20% de O2  -----------  100% de ar
80 L de O2  -----------  x
x = 80 L. 100% 
           20%  
x = 400 L de ar

Outra forma de solucionar essa questão era usar a proporção entre o gás oxigênio e o ar mostrada no início do texto, que é de 1 : 5. Assim, bastava multiplicar o volume do oxigênio por 5:

80 L . 5 = 400 L de ar

c)            CH4    +   2 O2   →    CO2   +   2 H2O
 1 mol      2 mol        1 mol      2 mol
 40 L         80 L           40 L          80 L

Pela reação acima, vemos que 40 L de gás carbônico e 80 L de água foram obtidos, o que dá um total de 120 L de produtos. Mas, ainda tem o gás nitrogênio presente no ar que não reage. Assim, precisamos descobrir qual o seu volume também:

80% de N2  -----------  100% de ar                                             80% de N2  -----------  20% de O2
                x  -----------  400 L de ar              ou                                            x  -----------  80 L de ar             
x = 80 L. 400L                                                                                    x = 80 % . 80L 
           100%                                                                                                        20%
x = 320 L de N2                                                                                                                         x = 320 L de N2

Esse cálculo poderia ter sido feito também de forma mais simples, usando a proporção 1 : 4 : 5.

1 O-------  4 N2           ou               5 ar  -------  4 N2           
80 L ------- x                                       400 L ------- x
x = 320 L                                             x = 320 L

Agora, basta somar esse valor com o dos outros gases para saber qual é o volume total dos gases no final da reação:

120 + 320 = 440L de gases


Por Jennifer Fogaça
Graduada em Química

Gostaria de fazer a referência deste texto em um trabalho escolar ou acadêmico? Veja:

FOGAçA, Jennifer Rocha Vargas. "Participação do ar nas reações químicas"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/participacao-ar-nas-reacoes-quimicas.htm. Acesso em 16 de julho de 2019.

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