Escrito por Fernando Garcia
Estequiometria
Estequiometria ou cálculos químicos é literalmente a quantificação de uma reação química no quesito de quantidades. Com o entendimento desse conteúdo conseguiremos predizer a quantidade de produtos a serem produzidos e além disso outros parâmetros da reação, como rendimento por exemplo. Assim, aqui veremos as bases da estequiometria num geral, já que é um conteúdo relativamente extenso que pode ser abordado de diversas formas diferentes.
Transformando tudo em mol
Antes de qualquer coisa, precisamos saber chegar na grandeza universal para todo cálculo químico, o mol. Todas as proporções traçadas entre reagentes e produtos são feitas com base no número de mols, deste modo, precisamos saber chegar na quantidade em mol das substâncias a partir de suas massas ou seu volume. Vamos começar pelo caso em que nos é dado a massa de uma substância.
Com a massa de uma certa substância, precisamos de um fator que converta essa massa em mols, isso é feito pela massa molar. A massa molar é a massa que um mol de certa substância ou átomo possui, geralmente ela é expressa em g/mol. Deste modo, para obter o número de mols de algo a partir de uma certa massa, basta pegar essa massa e dividir pela massa molar da substância em questão. Vejamos agora quando nos é dado o volume.
Pelo volume temos duas situações diferentes: Quando lidamos com sólidos ou líquidos; e quando lidamos com gases. Com sólidos e líquidos as coisas são resolvidas com o uso da densidade dessas substâncias. Desse modo, quando a questão traz, por exemplo, um volume 
de alguma substância 
, ela vai também trazer a densidade dessa substância. De posse dessa densidade achamos a massa e consequentemente o seu número de mols pela massa molar. Quando lidamos com gases, temos que apelar para a equação dos gases ideais, a famosa:
Contudo, a questão pode nos dizer alguns detalhes que facilitem nossa vida e faça com que não precisemos saber a pressão e temperatura do gás. Caso a questão diga que as condições são as da 
, sempre adotamos um volume molar de qualquer gás ideal como sendo de 
litros. Volume molar é o volume que um mol de gás ideal ocupa em certas condições específicas. Assim, caso a questão diga que é a ou dê algum volume molar de gás para as condições expostas, basta pegar o volume de gás que foi dado e dividir por esse valor de volume molar para se obter a quantidade em mol desse gás. Entretanto, lembre-se que caso o volume molar não for fornecido ou a questão não falar sobre , não tem para onde correr e a saída será aplicar a equação de Clapeyron para descobrir o número de mols do gás.
Prevendo a quantidade de produtos com base nos reagentes
Um dos motivos para querer quantificar a quantidade de reagentes em uma reação química é para sabermos quanto de produtos podem ser produzidos. Quando estabelecemos uma equação química balanceada, esses coeficientes estabelecem uma proporção entre todas as substâncias sejam produtos ou reagentes. Essa proporção é chamada de proporção estequiométrica e com ela podemos achar quantidades de produtos ou reagentes, sempre em mol. Peguemos a seguinte reação:
Assumindo que começamos com excesso de nitrogênio e apenas 
mol de hidrogênio molecular. Como visto na equação balanceada acima, a proporção estequiométrica entre 
e 
é de 
. Assim, para achar a quantidade em mol de amônia produzida basta multiplicar a quantidade de mols de gás hidrogênio por , o que nos fornece 
mols de amônia produzida. Veja que a proporção entre duas substâncias sempre é dada pela divisão de seus coeficientes, logo, pegamos o coeficiente daquela substância que sabemos a quantidade e dividimos pelo coeficiente da que queremos achar e depois multiplicamos tudo para achar o número de mols final.
Conceitos importantes: Reagente limitante e rendimento
Para uma reação química acontecer todos os reagentes são consumidos em suas respectivas proporções estabelecidas, caso um deles acabe, toda a reação acaba. Assim, temos em um meio reacional as seguintes possibilidades: Os reagentes estão exatamente em proporção, ou os reagentes estão fora de proporção. Analisemos ambos os casos a seguir.
Tomemos como exemplo a seguinte reação:
Quando os reagentes estão em proporção significa que a quantidade de todos respeita a proporção estabelecida por seus coeficientes, neste caso, os reagentes estão em proporção se para cada um mol de metano tenhamos dois de oxigênio, ou seja, sempre que o número de mols do oxigênio é o dobro do de metano. Logo, se tivermos 
mol de metano e 
mol de oxigênio eles estão em proporção. Isso significa que ao final da reação não haverá sobra de nenhum reagente, já que serão todos completamente consumidos.
Por outro lado, quando eles não estão em proporção adequada, teremos sempre um reagente limitante e outros em excesso. O limitante é sempre aquele que tem a menor quantidade proporcional, ou seja, aquele que ao pegarmos sua quantidade em mol e dividirmos pelo seu coeficiente estequiométrico nos forneça o menor valor. Assumindo a reação acima, imaginemos que tenhamos 
mol de metano e 
de oxigênio. Notamos de cara que eles não estão na proporção adequada, logo, temos um reagente limitante para esta reação. Dividindo tudo pelos coeficientes temos:
Aqui vimos que o oxigênio é o reagente limitante desta reação. Entretanto, surge uma nova pergunta: Quanto que sobra de cada reagente após a reação se completar? Para respondê-la basta relembrarmos a questão da proporção estequiométrica. Ao dividirmos as quantidades em mol de cada um desses reagentes pelos seus respectivos coeficientes estequiométricos achamos a quantidade consumida para um reagente que possua coeficiente de balanceamento 
. Assim, para saber o quanto vai ser consumido de cada substância, pegamos o resultado da divisão do reagente limitante e multiplicamos pelo coeficiente de cada um dos demais reagentes (incluindo o limitante) e assim obtemos a quantidade consumida de cada um. Para saber a quantidade formada de produto é só fazer a mesma coisa só que com os coeficientes estequiométricos dos produtos.
Bom, como no caso analisado a divisão do limitante deu 
, basta pegar esse resultado e multiplicar pelo coeficiente do metano para saber o quanto foi consumido dele. Nessa situação, como seu coeficiente é 1 a quantidade consumida foi de mol, deste modo, o que sobra de metano em excesso foi de 
mol. Para o oxigênio temos o consumo de 
mol, como ele é o reagente limitante, ele foi consumido totalmente, não havendo assim excesso.
Até agora, todas as contas que estamos fazendo é considerando que todos os reagentes (mesmo que limitantes) sejam consumidos por completo, contudo nem sempre isso é válido. É justamente aí que entra o conceito de rendimento de uma reação, ele é dado por:
O rendimento de 
é obtido quando todo o reagente limitante é consumido para formação de produto e é considerado o caso da idealidade. Quando não se tem o rendimento de e precisa-se determinar a quantidade de produto formado, fazemos o mesmo esquema considerando o rendimento total e no final pegamos o valor calculado para a quantidade de produtos formados e apenas multiplicamos pela porcentagem de rendimento fornecido. Para achar um valor para o rendimento para a reação, basta fazer usando a expressão acima, dividindo a quantidade ideal esperada de produto formado pelo o que realmente foi produzido.
Conclusão
Esse conteúdo é fundamental em todas as provas de química que você for realizar na vida, incluindo olimpíadas científicas. Contudo, como é um assunto que envolve bastante cálculo e contas, a prática é mais que necessária para se dominar de fato a estequiometria. Tem muitas sacadas ou ideias que não foram apresentadas neste material, mas que com certeza você entrará em contato quando realizar problemas sobre este conteúdo. Bons estudos!