Estequiometria, cálculo por massa | Parte I

RKA - Olá, meu amigo ou minha amiga, tudo bem com você? Seja muito bem vindo ou bem vinda a mais uma aula de ciências da natureza! E nesta aula, nós vamos falar sobre estequiometria e também conversar sobre o balanceamento estequiométrico, estabelecendo as proporções da quantidade de substâncias utilizadas e produzidas nas transformações químicas, com base em sua massa. E nessa parte, nós vamos realizar uma conversa sobre os elementos químicos e sobre o número atômico. Você já ouviu falar no elemento químico? Sabe o que ele é? Bem, para saber o que é o elemento químico, precisamos saber o que é um átomo. O átomo é considerado a unidade básica da matéria, ou seja, é como se fosse um pequeno tijolinho que forma a matéria. Por menor que seja, cada átomo é formado por um núcleo contendo prótons e nêutrons e ao redor desse núcleo temos os elétrons. É interessante comentar que nós vamos observar o número de prótons em um átomo para identificar um elemento químico. Esse número de prótons, inclusive, é chamado de número atômico, que representamos com a letra "Z". Então, por exemplo, se estivermos falando do mercúrio, podemos ter uma pequena amostra desse mercúrio. Essa amostra possui vários e vários átomos, mas são átomos de quê? De mercúrio. Inclusive, representamos o mercúrio como "Hg", ou seja, meu amigo ou minha amiga, mesmo que a gente tenha muitos átomos nessa amostra, as propriedades desse conjunto de átomos são as mesmas de apenas um único átomo de mercúrio. É muito importante saber isso para determinarmos a massa de uma quantidade de elemento químico, pois usaremos um valor de referência, que é baseado no número de prótons que um átomo de um certo elemento possui, para determinarmos a massa dessa quantidade de elemento químico. Mas antes de falar sobre isso, é importante a gente conversar sobre a classificação dos elementos químicos. Quando observamos a tabela periódica, que é uma tabela utilizada para identificar e classificar os elementos químicos, percebemos que todos eles são agrupados de acordo com o seu número atômico, começando com o hidrogênio, que possui apenas um próton em seu núcleo, até o oganessônio, um elemento químico superpesado e que possui 118 prótons em seu núcleo. Na tabela também encontramos elementos como o carbono, que possui 6 prótons em seu núcleo, o nitrogênio, que possui um núcleo com 7 prótons, o oxigênio, que possui um núcleo com 8 prótons e, ainda, o elemento ferro, que possui 26 prótons em seu núcleo. Não podemos esquecer do mercúrio, que possui um núcleo com 80 prótons. Entendeu a ideia? Essa tabela vai apresentar todos os elementos químicos que conhecemos, começando pelo elemento de menor número de prótons em seu núcleo, para o maior. Ah, não podemos esquecer que eu já falei aqui que o número de prótons no núcleo atômico é chamado número atômico. Então, a partir de agora, vamos utilizar muito mais esse termo em vez de ficar falando em número de prótons, tudo bem? Então, quando eu falar do elemento ferro, eu vou dizer que ele tem um número atômico igual a 26, já que ele possui 26 prótons em seu núcleo atômico. Bem, repare que existem outras informações em cada quadradinho da tabela periódica, não é? Cada quadradinho representa um elemento químico e todas essas informações se referem a cada um desses elementos. A primeira informação, apresentada aqui do lado esquerdo superior, é o número atômico, que começa no 1 e vai até 118. Aqui na parte central, bem grande, temos o símbolo do elemento. Um pouco mais abaixo, bem pequeno, temos o nome do elemento químico e logo abaixo temos a massa atômica ou peso atômico, que é algo de que vamos falar um pouco mais na próxima parte dessa aula. Repare que a tabela é organizada através do número atômico, mas já sabendo disso, vamos identificar o símbolo, o número atômico e a massa atômica do hidrogênio, do carbono, do oxigênio e do ferro. Começando pelo hidrogênio, temos aqui que o seu símbolo é o "H", o seu número atômico é igual a 1 e a massa atômica é igual a 1. Ah, um detalhe, vamos colocar os valores aproximados de massa atômica aqui, tudo bem? Agora, o carbono. O símbolo do carbono é o "C", o seu número atômico é igual a 6 e a sua massa atômica é igual a 12. Vamos para o oxigênio. O símbolo do oxigênio é "O", o número atômico dele é igual a 8 e a massa atômica é igual a 16. Por último, o ferro. O símbolo do ferro é o "Fe", "F" maiúsculo e "e" minúsculo. Ele tem um número atômico igual a 26 e tem uma massa atômica aproximadamente igual a 56. Compreendeu como extrair essas informações da tabela periódica? A tabela dá todas as informações que a gente precisa, porém, é muito comum a gente representar essas informações fora da tabela periódica. E como faríamos isso nesse caso? Bem, sempre que a gente representar um elemento químico fora da tabela periódica, vamos fazer isso um pouco diferente do que é apresentado na tabela. Inicialmente, vamos colocar o símbolo do elemento na parte superior esquerda ou direita, não importa. Vamos colocar a massa atômica e, na parte inferior esquerda, vamos colocar o número atômico. Por exemplo, dos elementos que destacamos antes, que foram o hidrogênio o carbono, o oxigênio e o ferro, como poderíamos representar esses elementos da forma que apresentamos aqui? O hidrogênio ficaria dessa forma, com massa atômica na parte superior e o número atômico na parte inferior. O carbono ficaria da mesma forma, com o 12 em cima, que é a massa atômica, e o 6 na parte inferior, já que esse número se refere ao número atômico. O oxigênio ficaria com 16 em cima e o 8 na parte inferior. Por último, o ferro, que ficaria com 56 na parte superior e o 26 na parte inferior, não esquecendo, claro, que o 56 é o quê? É a massa atômica do ferro e o 26 é o número atômico desse elemento. Agora, se eu desse a representação de um elemento, você conseguiria saber de qual elemento estamos falando? Também conseguiria saber qual é o seu número atômico e a sua massa atômica? Por exemplo, eu vou colocar aqui "Cl", com "C" maiúsculo e o "l" minúsculo, com 35,5 em cima e 17 na parte inferior. Pelo símbolo, identificamos que o elemento é o cloro, ele está na tabela periódica. Pelos valores, temos a massa atômica igual a 35,5 e o número atômico igual a 17, ou seja, nós temos um cloro com 17 prótons em seu núcleo atômico, já que, como eu conversei com você, o número atômico indica quantos prótons o elemento tem no seu núcleo atômico. Agora que você já sabe o que é um elemento químico, já sabe o que é o número atômico e como a tabela periódica se organiza, podemos começar a conversar sobre a massa atômica. Bem, é importante a gente deixar claro que não vamos utilizar a definição de massa utilizada pela física, já que são contextos diferentes, mas podemos dizer que a massa está diretamente relacionada com a quantidade de matéria que existe em um elemento, Sabendo disso, para determinar essa massa, nós vamos somar a massa dos prótons e dos nêutrons que formam um elemento químico. Desconsideramos a massa dos elétrons, pois a massa dos elétrons é muito menor que a massa dos prótons e dos nêutrons, ou seja, a sua massa é insignificante se comparada à massa do próton e à massa do nêutron. Outra coisa, a massa atômica apresentada na tabela utiliza o Carbono-12 como referência, então, quando temos uma massa atômica igual a 1, significa que essa massa é igual a 1/12 da massa atômica do carbono. Por exemplo, se a gente imaginar que uma caixa de ovo é um carbono, e que essa caixa tenha 12 ovos, cada ovo representa 1/12 dessa caixa, ou seja, é um ovo de 12 ovos que tem nessa caixa. Então, quando estamos falando da massa atômica igual a 1, significa 1 de 12 da massa atômica do Carbono-12. O hidrogênio tem uma massa atômica igual a 1, pois a sua massa é igual a 1/12 da massa atômica do carbono. Mas enfim, meu amigo minha ou amiga, essa é apenas uma informação para você saber a referência utilizada para determinar a massa atômica de um elemento. Ah, sim, normalmente medimos a massa atômica em unidade de massa atômica, ou seja, "u m a". Outra informação bem rápida aqui é que você vai encontrar muitas massas com números após a vírgula. Isso se deve ao fato de que a massa atômica de um elemento é determinada através da média ponderada dos isótopos de um elemento. Calma, professor, o que você falou? O que é esse negócio de isótopo? Falando aqui rapidinho, quando átomos possuem o mesmo número atômico, eles são chamados isótopos, ou seja, dois isótopos são átomos que possuem o mesmo número de prótons. Por exemplo, se estamos falando do elemento químico hidrogênio, nós estamos falando de uma série de átomos que possuem apenas 1 próton em seu núcleo. Diga-se de passagem, existem três tipos diferentes de hidrogênios, o prótio, o deutério e o trítio, mas todos são classificados como hidrogênio porque possuem apenas 1 próton em cada um de seus núcleos. Então qual é a diferença entre eles? O número de nêutrons. O prótio por exemplo, possui apenas 1 próton e nenhum nêutron. O deutério possui 1 nêutron e 1 próton em seu núcleo. O trítio possui em seu núcleo 1 próton e 2 nêutrons. Então, para determinar a massa atômica de um elemento, é realizada uma média ponderada da massa de todos esses isótopos. Bem, eu não vou entrar em muitos detalhes sobre isso agora, já que eu falei isso apenas para você saber a origem da massa atômica e porque alguns valores não são inteiros. Agora que você já sabe o que é a massa atômica, podemos partir para o próximo assunto, as moléculas e a massa molecular. Você sabe o que é uma molécula? Quando unimos dois ou mais átomos de um mesmo elemento químico ou não a fim de deixá-los eletricamente neutros, nós formamos uma molécula. Bem, aqui eu preciso fazer uma paradinha e conversar sobre a carga elétrica dos átomos. Como já falei, os átomos são formados por prótons, nêutrons e elétrons. Esses elementos possuem uma característica chamada carga elétrica. Os prótons possuem carga positiva e os elétrons possuem carga elétrica negativa. Já os nêutrons não possuem carga elétrica. Outra coisa interessante é que o próton e o elétron possuem o mesmo valor numérico de carga, a única diferença é o sinal. Sendo assim, quando um átomo possui o mesmo número de prótons e elétrons, ele fica eletricamente neutro, já que as cargas negativas dos elétrons anulam as cargas positivas dos prótons. Esse é um ideal é ser alcançado, só que nem sempre ocorre. Às vezes um átomo tem menos elétrons e prótons, outras vezes, o átomo vai ter mais elétrons do que prótons. O que fazer nesse caso para se equilibrar eletricamente? Ele precisa se ligar a outros átomos. Então, se um átomo que possui mais elétrons do que prótons encontra um outro átomo que possui menos elétrons que prótons, eles vão se ligar, a fim de ficarem com carga elétrica neutra. Isso é uma solução bem interessante, não é? Quando esses átomos fazem essa ligação, nós formamos o que chamamos de molécula. Claro, meu amigo ou minha amiga, eu estou dando uma explicação bem simples aqui para você compreender o que é uma molécula. Existe uma certa complexidade por trás disso tudo, mas neste momento, eu quero que você compreenda que uma molécula é formada pela união de dois ou mais átomos, a fim de deixá-los eletricamente neutros. Conseguiu compreender essa ideia? Por exemplo, se temos um átomo de sódio que está precisando de elétrons e um átomo de cloro que está com elétrons de sobra, eles podem se ligar. O cloro irá fornecer os elétrons de que o sódio está precisando. No final dessa história, teremos o cloreto de sódio, o sal que usamos na cozinha, e os dois ficarão eletricamente neutros. Beleza, mas falta falar uma coisa. Sabemos que os elementos químicos possuem uma massa atômica, certo? Então, quando formamos uma molécula, essa molécula também terá uma massa? Sim, a massa correspondente à molécula é chamada de massa molecular. Ótimo, mas como podemos determinar a massa de uma molécula? Somando a massa atômica de cada um dos elementos que formam a molécula. E isso é algo que iremos ver na próxima parte desta aula. Então, quero deixar aqui um grande abraço e até a próxima.