Questão de Química · FGV SEE-MG 2023 (nº 38)

A análise elementar por combustão é um método para determinar a composição de substâncias orgânicas. Ao queimar uma amostra em oxigênio, todo o carbono se converte em gás carbônico ($CO_2$) e todo o hidrogênio em água ($H_2O$). A massa de oxigênio na substância original é calculada por diferença, subtraindo as massas de carbono e hidrogênio da massa total da amostra. Com as massas de cada elemento, calculamos seus mols e, a partir da proporção molar, determinamos a fórmula molecular.

Cálculos:

1. Massa de Carbono (C):

   • A massa molar do $CO_2$ é $12 \text{ g/mol (C)} + 2 \times 16 \text{ g/mol (O)} = 44 \text{ g/mol}$.
   • A proporção de C em $CO_2$ é $12/44$.
   • Massa de C = $39.6 \text{ mg } CO_2 \times (12 \text{ g C} / 44 \text{ g } CO_2) = 10.8 \text{ mg C}$.

2. Massa de Hidrogênio (H):

   • A massa molar da $H_2O$ é $2 \times 1 \text{ g/mol (H)} + 16 \text{ g/mol (O)} = 18 \text{ g/mol}$.
   • A proporção de H em $H_2O$ é $2/18$.
   • Massa de H = $21.6 \text{ mg } H_2O \times (2 \text{ g H} / 18 \text{ g } H_2O) = 2.4 \text{ mg H}$.

3. Massa de Oxigênio (O):

   • A massa total da amostra orgânica é $18.0 \text{ mg}$.
   • Massa de O = Massa total da amostra - Massa de C - Massa de H
   • Massa de O = $18.0 \text{ mg} - 10.8 \text{ mg} - 2.4 \text{ mg} = 4.8 \text{ mg O}$.

4. Número de mols de cada elemento:

   • Mols de C = $10.8 \text{ mg} / 12 \text{ mg/mmol} = 0.9 \text{ mmol}$
   • Mols de H = $2.4 \text{ mg} / 1 \text{ mg/mmol} = 2.4 \text{ mmol}$
   • Mols de O = 4.8 \text{ mg} / 16 \text{ mg/mmol} = 0.3 \text{ mmol}\

5. Proporção molar (Fórmula Empírica):

   • Dividimos o número de mols de cada elemento pelo menor valor encontrado (0.3 mmol):
     • C: $0.9 / 0.3 = 3$
     • H: $2.4 / 0.3 = 8$
     • O: $0.3 / 0.3 = 1$
   • A fórmula empírica é $C_3H_8O$. Como não foi fornecida a massa molar da substância, e a fórmula empírica corresponde a uma das opções, ela é também a fórmula molecular.

(A) Incorreta: Esta fórmula ($CH_4O$) não corresponde à proporção molar de 3:8:1 encontrada nos cálculos.
(B) Incorreta: Esta fórmula ($C_2H_6O$) não corresponde à proporção molar de 3:8:1 encontrada nos cálculos.
(C) Correta: A fórmula $C_3H_8O$ corresponde exatamente à proporção molar (3:8:1) de carbono, hidrogênio e oxigênio calculada a partir dos dados da combustão. A armadilha mais comum neste tipo de questão é esquecer de calcular a massa de oxigênio por diferença (subtraindo as massas de C e H da massa total da amostra) ou cometer um erro nesse cálculo, ou ainda, esquecer que a molécula de água ($H_2O$) possui dois átomos de hidrogênio ao calcular a massa de H.
(D) Incorreta: Esta fórmula ($C_4H_{10}O$) não corresponde à proporção molar de 3:8:1 encontrada nos cálculos.