Pureza dos reagentes

O cálculo e a determinação da pureza dos reagentes utilizados em uma reação química é procedimento e preocupação rotineira em indústrias que trabalham com a produção de novas substâncias (resultado de toda reação química).

Há preocupação com a pureza dos reagentes porque, infelizmente, grande parte das matérias-primas utilizadas em escala industrial possui certo grau (porcentagem) de impureza, ou seja, uma parte da massa da matéria-prima é formada por outras substâncias que não participam da reação química de interesse da indústria.

Assim, os químicos da indústria utilizam uma massa qualquer de matéria-prima e realizam uma reação química, verificando, ao seu término, qual foi a massa de produto obtida.

Em seguida, utilizando a lei de Proust (lei das proporções ou divisões em massa) e o cálculo estequiométrico, que obedece aos coeficientes que balanceiam a equação química, calcula-se a massa de reagente que realmente deveria ter sido utilizada para formar a massa obtida.

Por fim, a partir do conhecimento da massa real de reagente e da sua massa qualquer utilizada na reação, os químicos realizam a seguinte regra de três para determinar a pureza do reagente:

Massa qualquer utilizada do reagente----------100% de pureza

Massa real do reagente----------x

O resultado desse cálculo fornece o grau de pureza exato da matéria-prima utilizada, bem como seu grau de impureza. Para calcular o grau de impureza, basta realizar uma subtração simples, conforme demonstrado a seguir:

Grau de impureza = 100% – grau de pureza

Veja também: Rendimento de uma reação

Abaixo, você poderá verificar alguns exemplos de resolução de exercícios sobre pureza de reagentes, seja em vestibulares ou no Enem:

Exemplo 1: (Covest) A hematita, Fe₂O_3(s), é uma das principais riquezas minerais do Brasil. Esse mineral é empregado na obtenção de ferro metálico, Fe(s), obtido a partir de um processo de redução em alto forno, usando carvão, C(s), como agente redutor. Uma das reações ocorridas nesse processo é dada pela seguinte equação não balanceada:

Fe₂O_3(s) + C_(s) → Fe_(s) + CO_(g)

Calcule a massa de Fe(s) (em toneladas) que é possível obter a partir de 100 toneladas de hematita 70% pura. (Massas atômicas: C = 12 g/mol; O = 16 g/mol; Fe = 56 g/mol).

Resolução: Para a determinação da massa de ferro formada a partir de 100 toneladas de hematita 70% pura, devemos seguir os seguintes passos:

 

Passo 1: Balancear a equação química.

1 Fe₂O_3(s) + 3 C_(s) → 2 Fe_(s) + 3 CO_(g)

A partir do balanceamento, temos que um mol de hematita (Fe₂O₃) reage com três mol de carbono (C), formando dois mol de ferro (Fe) e três mol de monóxido de carbono (CO).

Passo 2: Calcular a massa molar da hematita.

Para isso, devemos multiplicar a massa atômica desse elemento por sua quantidade de átomos na fórmula e, em seguida, somar os resultados:

Fe₂O₃ = 2.(56) + 3.(16)

Fe₂O₃ = 112 + 48

Fe₂O₃ = 160 g/mol

Passo 3: Cálculo da massa de hematita (Fe₂O₃) pura (70%) presente em 100 toneladas da substância:

Massa total do reagente----------100% de pureza

Massa pura do reagente----------x% de pureza

100 toneladas----------100% de pureza

x-------------70% de pureza

100.x = 70.100

100x = 7000

x = 7000
      100

x = 70 toneladas

Passo 4: Cálculo da massa do ferro (Fe) formado a partir de 70 toneladas de hematita (Fe₂O₃).

Para encontrarmos esse valor, devemos montar uma regra de três envolvendo apenas a hematita (Fe₂O₃) e o ferro (Fe), obedecendo sempre à estequiometria (quantidade em mol dos participantes, de acordo com o balanceamento da equação). Na primeira linha, utilizamos as massas molares, enquanto que, na segunda linha, utilizamos a massa pura e a incógnita da massa a ser descoberta.

1 Fe₂O₃-------2 Fe

1. massa molar da hematita---------2. massa atômica do ferro

massa pura de hematita--------- massa de ferro formado

1. 160 g/mol de Fe₂O₃ --------------------------------- 2. 56 g/mol de Fe

70 toneladas de Fe₂O₃ ---------------- x toneladas de Fe

160.1.x = 70.2.56

160x = 7840

x = 7840
      160 

x = 49 toneladas de ferro

Assim, foram formadas 49 toneladas de massa de ferro a partir de 100 toneladas de hematita 70% pura.

Veja também: Reagente em excesso e reagente limitante

Exemplo 2 (Ufla-MG) Quando o nitrato de amônio (NH₄NO₃) decompõe-se termicamente, produzem-se gás hilariante (N₂O) e água. Se a decomposição de 100 g de NH₄NO₃ impuro fornece 44 g de N₂O, a pureza do nitrato de amônio é de: (Massas atômicas: N = 14 g/mol; H = 1 g/mol; O = 16 g/mol).

NH₄NO₃ → N₂O + H₂O

a) 20%

b) 40%

c) 60%

d) 80%

e) 90%

Resolução: Para a determinação da porcentagem de pureza de 100g de NH₄NO₃, deve-se seguir os seguintes passos:

Passo 1: Balancear a equação química:

1 NH₄NO₃ → 1 N₂O + 2 H₂O

A partir do balanceamento, temos que um mol de nitrato de amônio (NH₄NO₃) decompõe-se, formando um mol de gás hilariante (N₂O) e dois mol de água (H₂O).

Passo 2: Calcular a massa molar do nitrato de amônio (NH₄NO₃).

NH₄NO₃ = 1.(14) + 4.(1) + 1.(14) + 3.(16)

NH₄NO₃ = 14 + 4 + 14 +48

NH₄NO₃ = 80 g/mol

Passo 3: Calcular a massa molar do gás hilariante (N₂O).

N₂O = 2.(14) + 1.(16)

N₂O = 28 + 16

N₂O = 44 g/mol

Passo 4: Calcular a massa real do NH₄NO₃ que deve ser utilizada para formar 44g de N₂O, conforme indicado no enunciado.

Para isso, devemos montar uma regra de três envolvendo apenas o nitrato de amônio (NH₄NO₃) e gás hilariante (N₂O).

1 NH₄NO₃ -------- 1 N₂O

1. massa molar do NH₄NO₃---------1. massa molar do N₂O

massa de NH₄NO₃ utilizada--------- massa de N₂O fornecida pelo exercício

1. 80 g/mol de NH₄NO₃ --------------------------------- 1. 44g/mol de N₂O

x g de NH₄NO₃--------------------------------- 44 g de N₂O

1.44.x = 1.80.44

44x = 3520

x = 3520
       44

x = 80g de NH₄NO₃

Passo 5: Calcular a porcentagem de pureza de NH₄NO₃ utilizado.

Massa de NH₄NO₃ fornecida no enunciado ----------100% de pureza

Massa real do NH₄NO₃ utilizada ---------- x%

100 g de NH₄NO₃----------100% de pureza

80 g de NH₄NO₃------------ x% de pureza

100.x = 80.100

100x = 8000

x = 8000
      100

x = 80% de pureza

Logo, se a decomposição de 100 g de NH₄NO₃ impuro fornece 44 g de N₂O, a pureza do nitrato de amônio é de 80% (Letra D).

Por Me. Diogo Lopes Dias