Transformações: Reações químicas

A cor como testemunha. A reação de uma solução de nitrato de chumbo com outra, de iodeto de potássio, produz o amarelíssimo iodeto de chumbo.

O que são reações, os fatores que podem provocá-las e os indicadores de que uma delas ocorreu

Você já viu, nas aulas anteriores, que as substâncias são formadas de átomos; esses átomos se juntam em moléculas ou num retículo cristalino; e essa junção atômica se dá por meio de ligações químicas.

Agora você vai ver que, quando as ligações químicas são quebradas, ocorre uma reação química; numa reação, as substâncias originais (reagentes) se recombinam e dão origem a outras substâncias (produtos). Numa reação química, a estrutura da matéria é alterada. Mas ainda identificamos os átomos que compõem cada substância. Por exemplo, numa molécula de água, identificamos perfeitamente os elementos químicos hidrogênio e oxigênio que a compõem.

Uma reação ocorre quando as ligações químicas se rompem. Isso se dá quando a quantidade de energia num sistema é alterada. Essa mudança pode acontecer por diversos meios, como a alteração da temperatura, a mistura de substâncias que funcionam como catalisadores, a incidência de luz ou a passagem de corrente elétrica.

Balanceamento de equações químicas

Uma reação é representada como equação química. Assim como ocorre nas receitas de culinária, uma reação depende não apenas dos ingredientes (reagentes), mas também da proporção em que esses ingredientes são empregados. Veja o que ocorre com a reação dos gases oxigênio (O₂) e hidrogênio (H₂), que resulta em água (H₂O):

Repare que o produto da reação acima (a água) tem propriedades muito diferentes das dos reagentes – estado físico, pontos de fusão (PF) e de ebulição (PE). Então houve uma reação química. Mas a natureza dos átomos não se alterou: o oxigênio continua  endo oxigênio, e o hidrogênio, hidrogênio.

Assim como as equações matemáticas, as quantidades de um lado da equação devem ser iguais às quantidades do outro lado. Então, para escrever a equação de uma reação, é preciso:

→ Conhecer a fórmula dos reagentes;

→ Conhecer a fórmula dos produtos; e

→ Verificar se a quantidade de átomos de um lado da equação (dos reagentes) é igual à quantidade de átomos do outro lado (dos produtos).

Na reação que resulta em água, sabemos que a água é produto da reação dos gases hidrogênio e oxigênio. E conhecemos a fórmula de cada
uma dessas substâncias. Veja:

No entanto, repare: o número de átomos do produto (H₂O) é diferente do número de átomos dos reagentes. Falta um átomo de oxigênio. Para igualar esse número, temos de fazer o balanceamento da equação. Isso é feito acrescentando-se coeficientes. O coeficiente não altera o número de átomos, mas de moléculas:

Repare que agora temos duas moléculas de hidrogênio (com dois átomos cada uma) e uma molécula de oxigênio (também com dois átomos cada uma). O produto são duas moléculas de água. O número de átomos se mantém dos
dois lados: quatro átomos de hidrogênio e dois átomos de oxigênio.

No balanceamento de uma equação jamais se mexe nos índices – ou seja, jamais se altera o número de átomos. Fazer isso significa alterar a substância. Por exemplo: H₂O é uma molécula de água. Mas H₂O₂ é peróxido de hidrogênio, a
água oxigenada.

Índices : O índice é também chamado atomicidade, porque indica o número de átomos de um composto.

O balanceamento de uma equação explica muita coisa. Por exemplo, o metano (CH₄), que contribui para o aquecimento global ao intensificar o efeito estufa. Veja a reação referente a esse fenômeno químico:

Note que:

• → O número de átomos de carbono e de hidrogênio permanece o mesmo, dos dois lados da equação (1 C) e (4 H);
• → O mesmo acontece com o oxigênio: os quatro átomos existentes no início da reação se mantêm no produto;
• → Só que, no produto, os átomos de oxigênio se separam: dois deles compõem o dióxido de carbono (CO₂); os outros dois entram em duas moléculas de água (2 H₂O).

BALANCEAMENTO

Algumas dicas para fazer o balanceamento de uma equação. Vamos balancear a seguinte equação:

• Passo 1: comece o balanceamento pelos elementos que aparecem apenas uma vez de cada lado da equação. No caso, o hidrogênio (H) e o carbono (C).

• Passo 2: para balancear o carbono (C), que tem 2 átomos de um lado, temos de mudar o coeficiente do outro lado:

C₂H₆O + O₂ → 2 CO₂ + H₂O

• Passo 3: de hidrogênio (H), há seis átomos de um lado e apenas dois de outro. Para balancear, vamos de novo aplicar o coeficiente adequado:

C₂H₆O + O₂ → 2 CO₂ + 3 H₂O

• Passo 4: conferimos se o número de átomos dos demais elementos está igual dos dois lados. Neste caso, temos três átomos de oxigênio entre os reagentes e sete deles no produto. Então, temos de alterar o coeficiente de um dos reagentes:

C₂H₆O + 3 O₂ → 2 CO₂ + 3 H₂O

Nas provas, as questões sobre balanceamento costumam fornecer no enunciado a fórmula das substâncias ou compostos envolvidos na reação. Mas, em alguns casos, os examinadores consideram esse dado como conhecido pelo aluno. Vale a pena, então, memorizar as fórmulas de compostos mais comuns.

 Tipos de reações

As reações podem ser classificadas por diferentes critérios. Alguns dos principais tipos são:

→ Reação de síntese ou adição
Duas ou mais substâncias resultam num único produto. Genericamente:

A   +   B   →   C  

São reações de síntese:

H₂   +   Cl₂   →  2 HCl
2 CO   +   O₂   → 2 CO₂
CaO + H₂O → Ca(OH)₂

Síntese O potássio é sólido e tem estrutura cristalina. O cloro tem estrutura molecular. A combinação das duas substâncias provoca uma reação que sintetiza uma terceira substância, o cloreto de potássio. Esse cloreto é sólido e de estrutura cristalina, mas diferente da estrutura de qualquer um dos reagentes

→ Análise ou decomposição
Nesse tipo de reação, um único composto se separa em substâncias mais simples quando é submetido a calor, corrente elétrica ou luz. Genericamente:

A   →  B   +   C 

Dependendo do agente físico usado, a decomposição recebe nomes diferentes. Uma decomposição obtida por calor é chamada pirólise (piros = fogo e lise = quebra). A resultante da passagem de corrente elétrica é eletrólise, e a produzida por luz, fotólise.

Constituem reações de decomposição:

(NH₄)₂Cr₂O₇ →  Cr₂O₃  +  4 H₂O  +  N₂ (pirólise)
2  H₂O₂   →  2 H₂O   +   O₂ (fotólise)

Decomposição O óxido de mercúrio é um sólido de estrutura cristalina. O símbolo ∆ sobre a seta, na figura, representa aquecimento. Se o óxido de mercúrio é aquecido, a substância se decompõe em seus elementos originais: mercúrio e oxigênio

→ Deslocamento ou simples troca
     Uma substância simples reage com uma substância composta (constituída de vários elementos). Nessa reação, a substância simples desloca (ou seja, substitui) um elemento da substância composta. Genericamente:

 A   +   BC   →  AC   +   B

São reações de deslocamento:

Cl₂   +   2 KI   →  2  KCl   +    I₂
Zn    +  2  AgNO₃   →   Zn(NO₃)₂   +  2 Ag
Br₂   +   (NH₄)₂S   →   2 NH₄Br    +    S

Simples Troca Na reação entre o lítio e a água, os átomos de hidrogênio e oxigênio da água se separam. O lítio se combina com o oxigênio e com parte dos átomos de hidrogênio para formar o hidróxido de lítio, em solução aquosa. Outra parte dos átomos de hidrogênio se recombina de dois em dois, constituindo o gás hidrogênio

→ Dupla troca
Íons de cargas iguais trocam de posição, produzindo outros dois compostos. Genericamente:

AB   +   CD   →  AD   +   CB

São reações de dupla troca:

HNO_{3 (aq)}   +   KCN _(aq)   →  KNO_{3 (aq)}  +  HCN _(g)
3 Ca(OH)_{2 (aq)}    +    2 FeCl_{3 (aq)}   →   3 CaCl_{2 (aq)}   +   2 Fe(OH)_{3 (s)} 
H₂SO_{4 (aq)}   +   2 NaOH_(aq)   →   Na₂SO_{4 (aq)}   +   2 H₂O _(l) 

Nas equações químicas, as indicações (g), (l) e (s) que aparecem ao pé de alguns compostos indicam o estado físico da substância – gasoso, líquido ou sólido, respectivamente. A indicação (aq) significa solução aquosa.

O Balanceamento de equações químicas

• Quando o coeficiente ou o índice forem iguais a 1, não é necessário escrevê-los:

• Quando o coeficiente for maior que 1, ele é multiplicado pelo índice dos elementos para indicar o número de átomos:

Os tipos de reação

• Síntese ou adição
• A + B → C

• Análise ou decomposição
• A → B + C

• Deslocamento ou simples troca
• A + BC → AC + B

• Dupla-troca
• AB + CD → AD + CB