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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:
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 O2 ------- 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