Participação do ar nas reações químicas

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 O_2(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