Os airbags de segurança dos automóveis são acionados com o impacto, que envia um sinal elétrico para o dispositivo e inicia a reação explosiva do trinitreto de sódio (NaN3), produzindo sódio metálico e nitrogênio molecular, conforme a equação:
O gás produzido tem função de inflar o airbag. Esse tipo de dispositivo contém, aproximadamente, 100 g de NaN3.
Nesse dispositivo, o volume de gás produzido, em litro, é
A) 4,7.
B) 9,4.
C) 18,8.
D) 56,5.
E) 113,0.
✍ “Resolução Em Texto”
Matérias Necessárias para a Solução da Questão
Química Geral (Estequiometria e Massa Molar).
Físico-Química (Estudo dos Gases).
Equação de Clapeyron (PV = nRT).
Tema/Objetivo Geral:
Calcular o volume de um gás produzido em uma reação química (airbag) a partir de uma massa conhecida de reagente, aplicando conceitos de estequiometria e leis dos gases.
Nível da Questão
Médio.
Exige dois passos bem definidos: primeiro, converter massa em mol e usar a proporção estequiométrica; segundo, aplicar a equação dos gases ideais. O desafio é não se perder nas contas com números decimais.
Gabarito
Letra D.
Ao decompormos 100g de azida de sódio, produzimos aproximadamente 2,3 mol de gás nitrogênio. Aplicando a equação de Clapeyron, esse número de mols ocupa um volume de cerca de 56,5 litros.
1️⃣ PASSO 1 – O QUE A QUESTÃO QUER? (O MAPA DA MINA)
Decodificação do Objetivo:
A questão quer saber o tamanho do “balão” (volume do airbag) que será enchido quando 100 gramas de pó explosivo (NaN₃) virarem gás (N₂).
Simplificação Radical (A Analogia Central):
Imagine uma receita de bolo.
A receita (equação química) diz: “2 xícaras de farinha (NaN₃) fazem 3 bolos (N₂)”.
Você tem 100g de farinha. Quantos bolos você consegue fazer? E qual o tamanho total desses bolos?
Para saber isso, primeiro precisamos traduzir “gramas” para “xícaras” (mols) e depois ver o volume que esses bolos ocupam no forno (gás ideal).
Nosso Plano de Ataque será o seguinte:
- Calcular a Massa Molar: Saber quanto pesa 1 mol de NaN₃.
- Regra de Três (Estequiometria): Descobrir quantos mols de gás N₂ são gerados.
- Calcular o Volume (PV=nRT): Transformar mols de gás em Litros.
2️⃣ PASSO 2 – DESVENDANDO AS FERRAMENTAS (A CAIXA DE FERRAMENTAS)
Ferramenta 1: Massa Molar (O peso do pacote)
A tabela periódica (ou os dados da questão) nos dá o peso de cada átomo.
NaN₃ = 1 Na + 3 N.
Ferramenta 2: A Receita Química (Estequiometria)
A equação balanceada é a lei:
2 mols de NaN₃ ➔ 3 mols de N₂.
Ferramenta 3: A Lei dos Gases (Clapeyron)
Para saber o volume de um gás, usamos:
P . V = n . R . T
- P: Pressão (1 atm).
- V: Volume (o que queremos).
- n: Número de mols de gás (calculado no passo 2).
- R: Constante (0,0821).
- T: Temperatura em Kelvin (25°C + 273 = 298 K).
3️⃣ PASSO 3 – INTERPRETAÇÃO GUIADA (MÃO NA MASSA)
Vamos aos números!
Passo A: Massa Molar do NaN₃
Na = 23
N = 14 (x3 = 42)
Massa Molar = 23 + 42 = 65 g/mol .
Passo B: Quantos mols de NaN₃ temos?
Temos 100g.
n(NaN₃) = 100 / 65 ≈ 1,54 mols.
Passo C: Quantos mols de N₂ são produzidos?
Olhe para a equação: 2 mols de NaN₃ produzem 3 mols de N₂.
A relação é de 1,5 (ou seja, produz 50% a mais).
Se eu tenho 1,54 mols de reagente:
n(N₂) = (1,54 x 3) / 2
n(N₂) ≈ 2,31 mols de Gás Nitrogênio.
Passo D: Qual o volume desses mols?
Aplicando PV = nRT:
1 . V = 2,31 . 0,0821 . 298
Dica de Cálculo:
0,0821 . 298 ≈ 24,5 (Esse é o volume de 1 mol nas CNTP “quase” padrão, a 25°C).
V ≈ 2,31 . 24,5
V ≈ 56,5 Litros.
🚨 ARMADILHA CLÁSSICA! 🚨
Esquecer de converter a Temperatura.
O enunciado deu T = 25°C. Se você colocar “25” na fórmula do PV=nRT, vai dar tudo errado (V ≈ 4,7 L, alternativa A).
Lei Absoluta dos Gases: Sempre use KELVIN. (25 + 273 = 298 K).
A Bússola (O Perfil do Culpado):
- Síntese do raciocínio: Convertemos 100g de azida em mols, achamos a proporção de gás gerado e calculamos o volume ocupado por esse gás a 25°C.
- Expectativa: Um valor próximo de 56 litros.
4️⃣ PASSO 4 – ALTERNATIVAS COMENTADAS (A AUTÓPSIA)
A) 4,7.
Diagnóstico do Erro: Erro de Temperatura.
Análise: O aluno usou T = 25 (Celsius) em vez de 298 (Kelvin). O cálculo ficaria V = 2,31 . 0,082 . 25 ≈ 4,7. É a pegadinha clássica.
Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.
B) 9,4.
Diagnóstico do Erro: Erro na Estequiometria (1:1).
Análise: O aluno pode ter esquecido a proporção 2:3 e calculado como se 1 mol de azida gerasse 1 mol de nitrogênio, e ainda cometido erros de arredondamento ou temperatura.
Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.
C) 18,8.
Diagnóstico do Erro: Erro na Estequiometria.
Análise: O aluno pode ter considerado apenas 1 mol de reagente gerando 1 mol de produto, sem ajustar as massas.
Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.
D) 56,5.
Análise de Correspondência: Perfeita.
Análise: Resultado exato da aplicação correta da estequiometria (gerando 2,31 mols de gás) e da lei dos gases ideais com a temperatura em Kelvin.
Conclusão: ✔️ Alternativa correta.
E) 113,0.
Diagnóstico do Erro: Dobro do resultado.
Análise: O aluno pode ter multiplicado por 2 indevidamente, talvez pensando que a reação gerava o dobro de volume ou errando a divisão na estequiometria.
Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.
5️⃣ PASSO 5 – O GRAND FINALE (APRENDIZAGEM EXPANDIDA)
Frase de Fechamento:
A alternativa D é a correta pois integra a conservação de massa (estequiometria) com o comportamento físico dos gases (Clapeyron), demonstrando que 100g de sólido podem se expandir para mais de 50 litros de gás em fração de segundos.
Resumo-flash (A Imagem Mental):
Um pacotinho de pó (100g) explode e enche um travesseiro gigante (56L).
🧠 Para ir Além (A Ponte para o Futuro):
Por que usamos Nitrogênio (N₂) no airbag? Porque é um gás inerte (não pega fogo) e abundante. Mas o Sódio (Na) que sobra é perigoso e reativo. Por isso, airbags reais têm outros ingredientes (como sílica e nitrato de potássio) para reagir com esse sódio metálico e transformá-lo em vidro inofensivo (silicato) dentro do airbag. É química salvando vidas com segurança dupla!
