Pureza das Reações

1. O que é a pureza de um reagente e por que ela é importante?

Nem sempre os reagentes utilizados em processos químicos são substâncias puras.

Muitas vezes, eles contêm impurezas que não participam da reação, reduzindo a quantidade efetiva do reagente disponível.

A pureza de um reagente é a relação entre a massa da substância pura, que verdadeiramente participa da reação,  e a massa total da amostra.

A fórmula para o cálculo da pureza é:

Saber a pureza de um reagente é essencial para evitar erros nos cálculos estequiométricos, pois apenas a parte pura da amostra realmente reage.

2. Como calcular a quantidade real de substância pura em uma amostra impura

Se tivermos uma amostra impura, a primeira coisa a se fazer é calcular a massa real do reagente puro, a massa que reage:

Massa que reage = (Pureza) x Massa total

Do mesmo jeito que as questões que envolvem rendimento, aqui você só precisa conhecer dois modelos de questão:

• Saber calcular a pureza do reagente quando a questão te disser quanto que reagiu ou quanto que formou;
• Saber calcular quanto que reagiu ou quanto que formou quando a questão te disser a pureza do reagente.

(Inserir diagrama ilustrando a diferença entre a massa total da amostra e a massa pura do reagente.)

3. Exemplo 1: Cálculo da massa real com a pureza

Um minério de ferro reage com carbono grafite de acordo com a seguinte reação: Fe₂O₃ + 3 C → 2 Fe + 3 CO.

Se o minério de ferro contém 80% de Fe₂O₃ e pesa 500 Kg, quantos quilos de gás CO foram liberados com essa reação? Dados:

• Massa molar do Fe₂O₃ = 160 g/mol
• Massa molar do CO = 28 g/mol

📝 Resolução:

Massa que reage = (Pureza) x Massa total → Massa que reage = 0,8 x 500 → Massa de Fe₂O₃ que reage = 400 Kg.

Pela proporção estequiométrica, 1 mol de Fe₂O₃ forma 3 mol de CO. Transformando para massa, temos que 160 g de Fe₂O₃ formam 3 x 28 g de CO.

160 g Fe₂O₃ → 3 x 28 g CO

400 Kg Fe₂O₃ → massa de CO

massa de CO = 400 x 3 x 28 / 160 → massa de CO = 210 Kg.

Quando você treinar bastante, você conseguirá resolver a questão com apenas uma regra de três direta. Ela segue a seguinte lógica:

"A" g reagente                 → "B" g do produto (proporção estequiométrica)

"C" g reagente . (pureza) → "D" g do produto (quanto foi de fato formado)

Se a gente tivesse feito direto esse exemplo:

160 g           → 3 x 28 g

0,8 x 500 Kg → massa CO

massa CO = 0,8 x 500 x 3 x 28 / 160 → massa CO = 210 Kg. 

4. Exemplo 2: Cálculo da pureza

Uma amostra de calcário é formada por carbonato de cálcio (CaCO₃) e por impurezas.

Ao utilizarmos 200 g dessa amostra para uma decomposição térmica, observou-se a formação de 42 g de óxido de cálcio (CaO). 

Qual a pureza da amostra de calcário?

Reação: CaCO₃ → CaO + CO₂

Massas molares: Ca = 40 g/mol; C = 12 g/mol; O = 16 g/mol.

📝 Resolução:

A massa molar do CaCO₃ é de 40 + 12 + (3x16) = 52 + 48 = 100 g/mol. Já a massa de CaO é de 40+16 = 56 g/mol.

A proporção entre CaCO₃ e CaO é de 1 mol para 1 mol, ou seja, de 100 g de CaCO₃ para 56 g de CaO.

Portanto, se 100 g formam 56 g, então 200 g deveriam formar 56 x 2 = 112 g de CaO. 

(Obs: a gente já sabia que não formaria 100%, a questão já falou que o calcário é impuro, esse cálculo é "inútil", fizemos apenas para deixar o raciocínio redondo).

Essa é a massa teórica que deveria ter sido formada, mas apenas 42 g foram formados! 

Então vamos fazer uma regra de três para descobrir quanto do CaCO₃ reagiu:

100 g CaCO₃        → 56 g CaO

Massa que reage → 42 g CaO

Massa que reage x 56 = 100 x 42 → Massa que reage = 42 x 100 / 56 → Massa de CaCO₃ que reage = 75 g.

Se a massa total é de 200g e apenas 75g reagem, a nossa pureza é de:

m(reage) = (Pureza) x m(total) → 75 = (Pureza) x 200 → Pureza = 37,5%.

Fazendo direto pela regra de três:

"A" g reagente                 → "B" g do produto (proporção estequiométrica)

"C" g reagente . (pureza) → "D" g do produto (quanto foi de fato formado)

Substituindo os valores:

100 g                 → 56 g

200 g x (Pureza) → 42 g

Pureza x 200 x 56 = 42 x 100 → Pureza = 0,375 = 37,5%.

5. E se a questão cobrar rendimento e pureza ao mesmo tempo?

Você reparou que, nas duas regras de três que treinamos, a pureza e o rendimento aparecem na mesma posição?

O raciocínio se torna simples e rápido: 

• A primeira linha da regra de três sempre será a proporção estequiométrica, teórica: "se tanto de reagente → tanto de produto..."
• A segunda linha será: REAGENTE x PUREZA x RENDIMENTO → PRODUTO.

No fim das contas, o rendimento e a pureza falam a mesma coisa de formas diferentes: quanto do reagente que realmente se transformou no produto.

Por isso, podemos simplificar a interpretação da questão inteira em uma única regra de três. 

6. Exercícios propostos para praticar

1️ Na reação Cu₂S (s) + O₂ (g) → 2 Cu (s) + SO₂ (g), quantos mols de Cu são formados a partir de 1391,25 Kg de Cu₂S?

Dados: massa molar e pureza do Cu₂S: 159 g/mol e 80%? 

2️ Na reação 7 H₂O₂ + N₂H₄ → 2 HNO₃ + 8 H₂O, com 80% de rendimento e com 75% de pureza da H₂O₂, foram produzidos 6 mols de HNO₃.

Qual a massa original da H₂O₂, considerando sua massa molar = 34 g/mol?

Gabarito

1️ 14 mols de Cu.

2️ 1190 g de H₂O₂.