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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

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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).

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BALANCEAMENTO

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

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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 + O22 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 + O22 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 O22 CO2 + 3 H2O

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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

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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)

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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

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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:

HNO3 (aq)   +   KCN (aq)   →  KNO3 (aq)  +  HCN (g)
3 Ca(OH)2 (aq)    +    2 FeCl3 (aq)     3 CaCl2 (aq)   +   2 Fe(OH)3 (s) 
H2SO4 (aq)   +   2 NaOH(aq)     Na2SO4 (aq)   +   2 H2O (l) 

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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:

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

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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