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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.
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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

Gás metano sofrendo combustão na presença do oxigênio do ar
Gás metano sofrendo combustão na presença do oxigênio do ar

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 outubro de 2019.

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