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 Fisica e química Reações químicas Ruan Medeiros 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. Fisica e química Reações químicas Ruan Medeiros 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. Fisica e química Reações químicas Ruan Medeiros 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 Fisica e química Reações químicas Ruan Medeiros 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. Fisica e química Reações químicas Ruan Medeiros 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. Fisica e química Reações químicas Ruan Medeiros