Reação química

Transformação onde se formam novas substâncias diferentes das iniciais
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Fumaça branca de cloreto de amônio resultante da reação química entre amônia e ácido clorídrico.

Uma reação química é uma transformação da matéria em que ocorrem mudanças qualitativas na composição química de uma ou mais substâncias reagentes, resultando em um ou mais produtos.[1][2][3] Envolve mudanças relacionadas à mudança nas conectividades entre os átomos ou íons, na geometria das moléculas das espécies reagentes ou ainda na interconversão entre dois tipos de isômeros. Para iniciar a reação, geralmente é necessário energia na forma de calor.

Resumidamente pode-se afirmar que uma reação química é uma transformação da matéria em que pelo menos uma ligação química é criada ou desfeita.

CaracterísticasEditar

Podem haver certos aspectos visuais de que houve uma reação química, eles são desprendimento de gás, formação de precipitado, mudança de cor e aparecimento de luminosidade ou combustão. Um aspecto importante sobre uma reação química é a conservação da massa e o número de espécies químicas microscópicas(átomos e íons) presentes antes e depois da ocorrência da reação. Essas leis de conservação se manifestam microscopicamente sob a forma das leis de Lavoisier, do mestre Proust e de Dalton. De fato, essas leis, no modelo atômico de Dalton, se justificariam pelas leis de conservação acima explicitadas e pelo fato de os átomos apresentarem valências bem definidas. Ao conjunto das características e relações quantitativas dos números de espécies químicas presentes numa reação dá-se o nome de estequiometria.

Deve-se salientar que uma ligação química ocorre devido a interações entre as nuvens eletrônicas dos átomos, e que então a reação química apenas envolve mudanças nas eletrosferas. No caso de ocorrer mudanças nos núcleos atômicos teremos uma reação nuclear. Ao passo que nas reações químicas a quantidade e os tipos de átomos sejam os mesmos nos reagentes e produtos, na reação nuclear, as partículas subatômicas são liberadas, o que causa redução de sua massa, sendo este um fato relacionado à existência de elementos isóbaros, isótonos e isótopos entre si.

Um exemplo de uma reação química é (ambos os regentes em solução aquosa)

NaCl + AgNO3 NaNO3 + AgCl

Nesta reação química, ao passo que o NaNO3 permanece em solução, formou-se uma ligação entre a prata (Ag) e o cloro (Cl) o que resultou em um produto sólido de cloreto de prata (AgCl), pode-se então dizer que houve uma reação química.

Balanceamento de equações químicas

Em uma reação química os elementos e o número de átomos de cada elemento têm de ser os mesmos antes e depois da reação (equação balanceada). Durante a reação química não ocorre destruição ou criação de novos átomos, o que muda é a forma com que os átomos estão organizados, podendo haver transferência de elétrons de um átomo para outro. Por esse motivo sempre é preciso verificar se as equações químicas estão balanceadas.

Para realizar o balanceamento de uma equação é necessário adicionar coeficientes (números inteiros que colocados antes de cada substância, tornam o número de átomos iguais em cada membro da equação). Os coeficientes indicam apenas a proporção entre os átomos, não alterando os índices (números menores que aparecem depois do elemento) das formulas, pois isso alteraria a natureza química da substância.

                             H2(g) + O2(g)  → H2O(l) (equação não balanceada)

O primeiro membro da equação apresenta dois átomos de hidrogênio e dois de oxigênio. No segundo membro o hidrogênio também apresenta dois átomos, porém o oxigênio apresenta apenas um, ou seja, a equação está desbalanceada.

2H2(g) + O2(g)  → 2H2O(l) (equação balanceada)

            Após o balanceamento, são observados quatro átomos de hidrogênio no primeiro e no segundo membros da equação. E em relação ao oxigênio, são observados dois átomos no primeiro e no segundo membros.

As letras entre parênteses presentes nas equações representam o estado físico de cada elemento. Sendo assim, (l) liquido; (s) sólido; (g) gás; (aq) substância em solução aquosa; (v) vapor.

Em equações mais complicadas, devemos começar o balanceamento sempre pelo elemento que aparece apenas uma vez em cada membro da equação, por exemplo:

CH4 + O2 → CO2 + H2O (equação desbalanceada)

Neste caso tanto o carbono quanto o hidrogênio aparecem apenas uma vez em cada membro da equação, portanto o balanceamento começa por eles. Depois que esses forem balanceados, deve-se conferir se o número dos outros átomos está correto.

CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g)+ 2H2O(v) (equação balanceada)

No caso de todos os elementos aparecerem apenas uma vez em cada membro da equação, deve-se começar o balanceamento pelo elemento com maior índice. Por exemplo:

Fe + O2 → Fe2O3 (equação desbalanceada)

Neste exemplo o balanceamento se inicia pelo oxigênio, pois ele apresenta o maior índice (3). Depois deve-se conferir se o número de átomos de ferro está correto.

4Fe(s) + 3O2(g) → 2Fe2O3(s) (equação balanceada)

Causas das reações químicasEditar

O acontecimento de reações deve-se a fatores termodinâmicos e cinéticos.

TermodinâmicoEditar

Quanto à termodinâmica, o acontecimento de uma reação é favorecido com o aumento da entropia e a diminuição da energia. Essas duas grandezas se cooperam nesse caso, de acordo com a seguinte equação:

ΔG = ΔH — T · ΔS (para sistemas a pressão constante)
ΔA = ΔU — T · ΔS (para sistemas a volume constante)

Onde T é a temperatura em kelvin, ΔH é a variação da entalpia (que é igual a energia absorvida ou liberada em pressão constante) entre os reagentes e os produtos, ΔU é variação da energia interna (que é igual a energia absorvida ou liberada a volume constante) entre eles, ΔS é a variação da entropia entre os mesmos, ΔG é uma grandeza chamada de energia livre de Gibbs e ΔA é uma grandeza chamada de energia de Helmholtz.

Se ΔA e ΔG forem maiores que zero em dadas condições, a reação é dita como não espontânea nessas condições, e ela ocorre ou não ocorre em escala apreciável. Na situação de ΔA e ΔG iguais a zero teremos um equilíbrio químico.

Caso ΔA e ΔG sejam menores que zero em dadas condições, dizemos que a reação é termodinamicamente favorável nestas condições, ou seja, ela é espontânea. Contudo é importante notar que uma reação ser espontânea não necessariamente significa que ela ocorra rapidamente. Reações espontâneas são aquelas que ocorrem sem a ajuda de uma influência externa. Já as reações não espontâneas precisam de uma força para move-las na direção contrária da espontânea. Nas reações espontâneas ocorre aumento de entropia, enquanto nas não espontâneas ocorre diminuição de entropia.

CinéticaEditar

Nesse ponto, entram os fatores cinéticos. Para que uma reação ocorra é necessário que antes, os reagentes superem uma certa barreira de energia, e quanto maior for essa barreira mais difícil será a reação ocorrer e mais lenta ela será. Dessa forma, uma reação termodinamicamente favorável pode ocorrer de forma extremamente lenta ou acabar nem sendo observada em um intervalo de tempo consideravelmente grande; então se diz que a reação é cineticamente desfavorável. Um bom exemplo disso é o carvão e o diamante, que são duas formas diferentes de carbono (alótropos); em condições normais a transformação de diamante a carvão é termodinamicamente favorável porém cineticamente desfavorável, o que faz com que fossem necessários centenas ou milhares de anos para se observar alguma mudança em um diamante. É preciso entender que uma reação para ser cineticamente viável, necessita primeiramente ser termodinamicamente possível. A velocidade da reação pode ser aumentada pelo aumento da temperatura, superfície de contato e concentração dos reagentes. Para que a reação ocorra, é necessária uma energia mínima chamada energia de ativação. Quanto maior for ela, mais lenta será a reação. Pode-se adicionar um catalisador à reação. Este tem a função de diminuir a energia de ativação, sem ser consumido durante a reação, aumentando a velocidade dela.

Tipos de reações químicasEditar

Tradicionalmente, as reações químicas podem ser classificadas de acordo com o número de reagentes e produtos em cada membro da equação química que representa a reação:

  • reações de síntese, composição ou adição  ;
  • reações de análise ou decomposição  ;
  • reações de simples troca ou deslocamento ( ;
  • reações de dupla troca  .

Os tipos de reações listados acima são meios de classificar as reações inorgânicas, que também são avaliadas pela presença ou não de substâncias compostas.

Mas também existem as reações orgânicas, envolvendo compostos de carbono. Há três maneiras de classificar essas reações:

  • Reações de adição: ocorre em compostos insaturados, principalmente alcenos, em que a ligação pi é quebrada por ser fraca e seus átomos são adicionados aos compostos de carbono da ligação sigma, que permanece intacta por ser mais forte;
  • Reações de substituição: são aquelas em que há substituição de um átomo por outro ligante;
  • Reações de eliminação: são aquelas em que ocorre a saída de ligantes sem que eles sejam substituídos por outros.

Outra classificação categoriza as reações em dois tipos:

  • reações de oxirredução ou reações redox: essas reações ocorrem entre metais -tendência à ceder elétrons- e não metais -tendência à receber elétrons.
  • as demais reações

Algumas reações de síntese, algumas de análise, todas de simples troca e nenhuma de dupla troca são reações de oxirredução

Classes de reações por molécula:

  1. Reações unimoleculares, em que um reagente sofre ruptura e/ou formação de ligação para produzir diferentes produtos;
  2. Reações bimoleculares, em que dois reagentes colidem e depois sofrem ruptura e/ou formação para produzir diferentes produtos;
  3. Reações de associação termolecular, em que dois reagentes colidem para formar um complexo molecular com uma nova ligação química entre os dois reagentes e uma terceira molécula, remove uma parte da energia cinética interna dessa molécula para estabilizá-la.
  4. Reação quimicamente termolecular, uma reação mediada por um complexo de colisão efêmera (HO2) formado a partir da colisão de duas moléculas (H, O2) que então reage após colidir com uma terceira molécula (H).[4]

Um tipo de reação que não encontra paralelo nas classificações acima é a chamada reação de isomerização.

Ainda existem uma série de reações que são estudadas em Química Orgânica, ou seja, sub-classes de reações, tais como : Reações de Halogenação, Reações de Hidrogenação, Reações de Substituição Nucleofílica etc..

Ver tambémEditar

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Referências