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Reação química
Fisica e química
Reações químicas
Ruan Medeiros
O que é Reação Química?
Uma reação química é uma transformação da matéria na qual ocorrem
mudanças qualitativas na composição química de uma ou mais substâncias
reagentes, resultando em um ou mais produtos. Envolve mudanças
relacionadas à mudança nas conectividades entre osátomos ou íons, na
geometria das moléculas das espécies reagentes ou ainda na interconversão
entre dois tipos de isômeros. Resumidamente, pode-se afirmar que uma reação
química é uma transformação da matéria em que pelo menos uma ligação
química é criada ou desfeita.
Ilustração 1: Fumo branco de
cloreto de amônio
resultante da reação
química entre amônia e
áciod clorítico
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Características
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
macroscopicamente sob a forma das leis de Lavoisier, de 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 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, isótono 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, formouse 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.
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Causas das reações químicas
O acontecimento de reações deve-se a fatores termodinâmicos e cinéticos.
Termodinâmica
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)
Em que 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.
Cinética
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.
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Reação de dupla troca
Em Química, uma reação de dupla troca ou reação de metátese é uma
reação onde há dois reagentes, ambos compostos gerando dois produtos,
sendo que são igualmente dois compostos, permutando entre si dois
elementos ou radicais.
Alguns exemplos são:
A própria reação de salificação (ácido+base) é um exemplo de reação de dupla
troca:
Estas reações ocorrem quando duas substâncias compostas resolvem fazer
uma troca e formam-se duas novas substâncias compostas. A reação de dupla
troca ocorre quando AD e/ou CB for
•menos solúvel
•eletrólito mais fraco
•mais volátil
que AB e/ou CD.
Ou ainda, pode-se observar os produtos para verificar se a reação de dupla
troca ocorre ou não. Neste caso de observação, a reação de dupla troca ocorre
efetivamente se, pelo menos um dos produtos da reação for:
•base forte
•água ou peróxido de hidrogênio
•sal insolúvel
•ácido volátil
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Tipos de reação
Neutralização
Uma reação de neutralização é um tipo específico de reação de dupla troca. A
neutralização ocorre quando iguais quantidades de ácido reagem com iguais
quantidades de base. A reação de neutralização cria uma solução de sal e
água, por exemplo:
HCl(aq) + NaOH(aq) → NaCl(aq) + H2O(l)
Dupla troca aquosa
As reações de dupla troca podem ocorrer entre dois sais inorgânicos quando
um dos produtos for insolúvel na água, garantindo o acontecimento da reação,
como nos seguintes exemplos:
AgNO3(aq) + NaCl(aq) → AgCl(s) + NaNO3(aq)
2AgNO3(aq) + CaCl2(aq) → 2AgCl(s) + Ca(NO3)2(aq)
CuSO4(aq) + 2NaCl(aq) → CuCl2(s) Na2SO4(aq)
Os compostos geralmente formados ou são um precipitado, ou um gás
insolúvel que borbulha para fora da solução ou um composto molecular,
geralmente água. Como uma destas três condições deve sempre existir para a
ocorrência da reação, uma tabela de solubilidade (ou conhecimento geral sobre
regras de solubilidade) pode ser usado antecipadamente para prever se dois
reagentes aquoses vão reagir ou não. A teoria HSAB também pode ser aplicada
como meio de determinar ou prever os produtos criados deste tipo de reação
de dupla troca. z\xz\x\
Carbonatos e ácidos
Outra subcategoria deste tipo de reação envolve a combinação de ácidos com
íons carbonatos/bicarbonatos. Essas reações sempre produzem ácido carbônico
como um dos produtos, que é uma substância muito instável e rapidamente se
decompões em dióxido de carbono e água. O exemplo abaixo é a reação do
"vulcão" das mais comuns feiras de ciências em escolas - ácido acético com
bicarbonato de sódio:
CH3COOH(aq) + NaHCO3(s) → CH3COONa(aq) + CO2(g) + H2O(l)
Essa reação também está presente no sal de frutas, e na determinação de
certos tipos de rochas, como as de calcário (CaCO3). Neste caso, se uma rocha
borbulhar gás (CO2) ao derramar-se ácido sobre ela, há a confirmação de que
ela possui o íon carbonato, e de que possivelmente ela seja de calcário.
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Metátese de olefinas
Um exemplo de reação por Metátese envolvendo a redistribuição de frações
alcalinas, referidas como olefinas com uma reção por Metátese deste tipo.
Uma importante e influenciavel reação com química organica, a qual envolve
os principios da metátese é a reação por metátese de olefinas desenvolvida
por Yves Chauvin, Richard R. Schrock e Robert H. Grubbs, que recebeu o
prêmio Nobel de Química em 2005.
O principio da metátese de olefinas é que uma dupla troca alcalina seja
dividida e redistribuida juntamente com a redistribuição alcalina sobre a
presença de metais catalíticos, como níquel ou tungstênio. Ela tem várias
aplicações comerciais significativas, e é especialmente útil devido às
quantidades relativamente pequenas de detritos e materiais tóxicos restantes.
Ilustração 2: Um exemplo de reação por metárese envolvendo a
redistribuição de frações alcalinas, referidas como olefinas com uma
reação por Metátese deste tipo
conclusão
Com este trabalho aprendi o que a reação química, quantos tipos de reações
existem, tambem aprendi as suas caracteristicas e os que causam as reações
químicas.
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