Questão 6 (3º dia) da 2ª fase da UNICAMP 2016
Na indústria química moderna, a economia percentual de átomos tem uma forte componente ambiental, sendo, inclusive, um aspecto muito mais importante que o rendimento percentual, que tem uma componente mais econômica. A hidrazina (\text{N}_2\text{H}_4), um poderoso combustível para foguetes, pode ser obtida por diferentes reações de síntese, duas das quais estão representadas pelas equações químicas abaixo:
a) Imagine que você deve orientar a cúpula administrativa de uma indústria a utilizar uma dessas duas sínteses. Com base na maior economia percentual de átomos, qual seria a sua sugestão? Mostre que sua sugestão é a melhor opção.
b) Considere que, numa síntese de hidrazina, partindo-se de 2 mols de amônia e excesso do outro reagente, tenham sido obtidos 14 g de hidrazina. Considerando-se que o rendimento percentual da reação, nesse caso, foi maior que a economia percentual de átomos, qual processo de síntese foi utilizado, o 1 ou o 2? Justifique.
Dados:
economia percentual de átomos = {(massa do produto desejado) / (massa de todos os reagentes)} x 100, levando-se em conta apenas a estequiometria da reação;
rendimento percentual da reação = {(massa obtida do produto desejado) / (massa teórica esperada do produto desejado)} x 100.
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Resolução comentada
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a) A economia percentual de átomos compara a massa do produto desejado com a massa de todos os reagentes, usando só a estequiometria da equação.
Massas molares: \ce{NH3} = 17\ \text{g/mol}, \ce{H2O2} = 34\ \text{g/mol}, \ce{OCl-} = 51{,}5\ \text{g/mol} e \ce{N2H4} = 32\ \text{g/mol}.
- Reação 1: reagentes = 2\cdot 17 + 34 = 68\ \text{g}, então \dfrac{32}{68}\times 100 \approx 47{,}1\%.
- Reação 2: reagentes = 2\cdot 17 + 51{,}5 = 85{,}5\ \text{g}, então \dfrac{32}{85{,}5}\times 100 \approx 37{,}4\%.
A reação 1 aproveita mais átomos dos reagentes no produto desejado e gera menos resíduo. Por isso, a sugestão é a síntese com \ce{H2O2} (processo 1), que tem economia de átomos de cerca de 47%, contra cerca de 37% do processo 2.
Resposta: processo 1, com economia de átomos de \approx 47{,}1\% contra \approx 37{,}4\% do processo 2.
b) Nas duas equações, 2 mol de \ce{NH3} (com excesso do outro reagente) produzem no máximo 1 mol de \ce{N2H4}, ou seja, 32 g (massa teórica).
Rendimento:
Como o rendimento foi maior que a economia de átomos, temos:
- Processo 1: 43{,}75\% < 47{,}1\%, então o rendimento seria menor que a economia de átomos. Não serve.
- Processo 2: 43{,}75\% > 37{,}4\%, então o rendimento é maior que a economia de átomos. Serve.
Resposta: foi utilizado o processo 2, pois o rendimento (43{,}75\%) supera a economia de átomos dele (37{,}4\%), mas não a do processo 1 (47{,}1\%).
Assuntos: economia de átomos, rendimento de reação, estequiometria.
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