Ao verificar modificações em qualquer sistema, você deve analisar se houve, ou não, alterações que possam ser observadas na constituição dos componentes do sistema (nível macroscópico). Essas modificações, como você verá no decorrer do assunto, podem caracterizar uma reação química.

Os exemplos abaixo esclarecem outro ponto importante com relação à ocorrência, ou não, de uma reação química:

- um copo de água com sal.
- açúcar queimado.

O sal pode ser novamente separado da água, apenas evaporando a água (fenômeno físico). Já o açúcar, depois de queimado, não retorna à sua constituição inicial (fenômeno químico). Assim, ficam evidentes as diferenças entre uma reação química e uma mistura.

Nos fenômenos químicos, a constituição das substâncias envolvidas é alterada. As reações químicas descrevem esses processos, onde algumas alterações no sistema podem ser observadas, tais como: liberação de gás, mudança de cor e formação de um sólido.

Para descrever uma reação química, são utilizadas as equações químicas, as quais informam qualitativamente e quantitativamente o que está acontecendo. Uma equação química pode ser dividida em dois membros: os reagentes e os produtos. Observe o exemplo a seguir:


Um exemplo de equação química e as informações descritas.

Este exemplo descreve o processo de formação da água, reação que exige uma grande quantidade de energia. A observação constata que as quantidades de hidrogênio e oxigênio envolvidos no processo são idênticas. Este é um princípio muito importante na Química, já citado na lei de Lavoisier: “Na natureza nada se cria, nada se perde; tudo se transforma.”

Vários processos cotidianos são reações químicas; em certos exemplos, você nem percebe a equação química envolvida. Isso ocorre no processo de revelação fotográfica, o qual, até pouco tempo, era a única alternativa para obtermos fotografias, hoje superado pela revelação digital.


O processo químico envolvido na revelação de fotografias.


Equações químicas

Uma equação química pode ter a seguinte definição:

“Equação química é a representação gráfica e abreviada de uma reação química, ou o fenômeno químico.”

Na entrada da sua residência, você coloca um portão de ferro resistente e seguro. Passaram alguns dias e logo surgiram pontos de ferrugem na parte inferior, que demora mais tempo para secar. Observando a descrição, é possível observar que houve mudança de coloração, e surgiu um pó avermelhado, indícios de um fenômeno químico. Mas quais explicações podem ser fornecidas com relação a esse fato?

As equações químicas identificam quais os elementos químicos envolvidos no processo, como também a quantidade desses elementos. Outras informações também podem estar envolvidas, como o sentido da reação, os fatores que influem como luz, calor, estado físico dos compostos. Estes assuntos serão tratados neste ponto do seu estudo.

Os reagentes formam o primeiro termo da equação química (à esquerda da flecha), e indicam quais as substâncias que vão desaparecer durante a reação. Os produtos formam o segundo membro da equação (à direita da flecha) e apresentam as substâncias que serão formadas no decorrer da reação. Estão presentes nas equações químicas:

a) Fórmulas: informam quais as substâncias participantes da reação química. As fórmulas químicas tanto nos reagentes quanto nos produtos são separadas entre si pelo sinal de mais (+).

b) Coeficientes: informam qual a proporção de moléculas participantes da reação química. São fundamentais para igualar o número total de átomos envolvidos no processo.

c) Índices: são os pequenos números que aparecem abaixo da simbologia dos elementos. São números fixos, trazendo informações sobre as moléculas envolvidas no processo.


Identificando uma equação química e seus termos.

No exemplo da equação química da água, os coeficientes mantiveram a proporção das quantidades de hidrogênio e oxigênio, como foi assinalado. Observe o exemplo seguinte, que retrata o processo de oxidação do ferro (ferrugem).


Peça de ferro oxidada.

A equação abaixo retrata o fenômeno do processo químico da oxidação (ferrugem), o mesmo que ocorre na grade do portão relatado acima.

Fe    +    O2 → Fe2O3

No lado dos reagentes, estão presentes: um átomo de ferro, e dois átomos de oxigênio; no lado dos produtos, estão presentes: dois átomos de ferro e três de oxigênio. Conclusão: as quantidades envolvidas não são proporcionais. Agora, analise a mesma equação química:

4 Fe    +    3 O2 →  2Fe2O3

Com os coeficientes 4, 3 e 2, verifica-se que a quantidade de ferro e oxigênio no lado dos reagentes é igual ao lado dos produtos. Os coeficientes estabeleceram a proporcionalidade entre as substâncias envolvidas na equação química. Esta relação pode ser feita considerando as massas (moleculares ou atômicas) dos elementos participantes.


Proporção de massas entre reagentes e produtos de uma equação química.


O número de moléculas entre reagentes e produtos pode
aumentar ou diminuir. O número de átomos de cada elemento
é que tem que se manter constante.


Classificação das reações químicas

As reações químicas, podem ser classificadas conforme vários critérios. A seguir, você vai verificar alguns deles.


1.
Natureza da reação: esta classificação considera os seguintes critérios:

a) síntese ou adição: ocorre quando dois ou mais reagentes produzem um único produto. Equação geral: A + B + C + .... → D
Exemplo: 2 Hg   +   O2 →  2 HgO

b) análise ou decomposição: ocorre quando dois ou mais produtos são obtidos a partir de um reagente. Equação geral: A → B + C + D + ...
Exemplo: CaCO3   →   CaO +  CO2
OBS: o composto carbonato de cálcio (CaCO3) é um importante suplemento alimentar, presente na casca do ovo de galinha.


A casca do ovo da galinha é uma fonte de cálcio.

c) deslocamento ou simples troca: é a reação em que se obtêm uma substância simples e uma substância composta a partir de outra substância simples e de outra substância composta.
Exemplo: Cl2 + 2 NaBr   →   2NaCl +  Br2

d) dupla troca: é a reação em que se obtêm duas substâncias compostas a partir de outras duas sustâncias compostas.
Exemplo: NaOH + HCl   →   NaCl +  H-OH
                                                        H2O

OBS: esta equação química representa a formação do cloreto de sódio, conhecido como sal de cozinha. Ela ocorre através da reação química entre a soda caústica (NaOH) e o ácido muriático (HCl).


2.
Sentido da realização:

a) reversíveis: são reações que podem ocorrer em dois sentidos, ou seja, os produtos formados podem reagir entre si e regenerarem os reagentes. Um exemplo é o da produção do gás amônia, a partir do gás hidrogênio (H2) e do gás nitrogênio (N2), que faz parte do Processo de Haber:

Exemplo: N2(g) + 3H2(g) ↔ 2NH3(g)
A seta dupla (↔) significa que a reação ocorre nos dois sentidos, e que o subscrito (g) indica que a substância se encontra na fase gasosa.


Obtenção da amônia, Processo de Haber.

b) irreversívei: são reações químicas que ocorrem em um único sentido. Geralmente seus produtos são voláteis ou insolúveis.
Exemplo:  SO3 + H2O  →  H2SO4


3. Classificação quanto ao desenvolvimento de calor

a) endotérmicas: são reações químicas que absorvem calor do meio durante o processo. Quando você cozinha um alimento está fornecendo calor para que ocorra o processo.
Exemplo: H2O (l)  + energia → H2(g)  + ½ O2(g)

b) exotérmicas: são reações químicas que liberam calor para o meio durante o processo. Quando o gás de botijão queima ele libera calor.
Exemplo: 2 C2H10  +  13 O2 -------- 8 CO2  +  10 H2O


Exemplo de uma reação exotérmica.


4. Classificação quanto à espontaneidade

a) Reações espontâneas: ocorrem quando o simples contato entre os reagentes já produz a reação química. Um bom exemplo desta classificação é o processo de formação do cloreto de zinco, ZnCl2, o qual é utilizado na fabricação de cimento de magnésia para restauração dental e alguns enxaguatórios bucais.
Exemplo: Zn + 2HCl  → ZnCl2 + H2


O cloreto de zinco é utilizado na fabricação de cremes dentais.

b) Reações não espontâneas: o simples contato entre os reagentes não é o suficiente para que ocorra a reação química. Neste caso é necessário um fator externo para iniciar o processo, como por exemplo: calor, luz, eletricidade. Um processo que envolve este tipo de reação é o da galvanização.

Exemplo: Mg + O2 →  2MgO

Equilíbrio entre reagentes e produtos:
o balanceamento das equações químicas

Equilibrar o número de átomos, por consequência a massa, entre reagentes e produtos de uma equação química, é um processo importante para comprovar que a reação química ocorreu, comprovando também o princípio de conservação da massa, a lei de Lavoisier. Existem vários métodos que permitem esse balanceamento. Você vai verificar um deles a seguir.

Em vários processos industriais, é fundamental conhecer a quantidade de reagentes envolvidos nas reações químicas e, partindo desse dado, prever, através do balanceamento da equação química, a massa de produtos formados, até mesmo para identificar perdas por possíveis falhas nas etapas do processo. Um exemplo é a produção de ferro metálico, representada pela equação química:

Fe2O3  + CO  →  Fe  + CO2, verifique a importância de saber a quantidade de reagente necessária para produzir o ferro metálico necessário para cumprir um contrato de empresarial?


Método das tentativas:
também chamado de método direto, este processo segue uma seqüência de etapas, descritas a seguir:

  1. Procurar um elemento que se apresente apenas num reagente e apenas num produto.
  2. Determinar os coeficientes para essas duas substâncias, igualando o número de átomos do elemento.
  3. Partindo-se do par de coeficientes determinados, inicialmente, procurar igualar o número de átomos dos demais elementos e assim encontrar os coeficientes restantes.

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Balanceamento de equações químicas.

Agora você acompanhará o desenvolvimento de alguns exemplos:

1) O processo de formação do gás carbônico a partir do monóxido de carbono é um fenômeno envolvendo a  Equação química: CO  + O2 → CO2

a) acertando a quantidade de oxigênio: 2 CO  + O2 → 2 CO2
b) conferindo a quantidade de carbono: 2 CO  + O2 → 2 CO2
c) resultado final: 2 CO  +  O2 →  2 CO2

2) Equação química: CaO   +   P2O5   →   Ca3(PO4)2

OBS: o número fora dos parênteses (2) deve multiplicar os elementos que estão dentro dele.


Números de átomos na molécula de fosfato de cálcio.

Com o número de elementos presentes na fórmula, pode-se iniciar o balanceamento da substância:

  1. o cálcio e o fósforo aparecem uma vez em cada lado da equação.
  2. escolher o elemento com menor índice, o cálcio (Ca). O valor do índice é 3. Multiplicar o cálcio do lado do reagente por três.
  3. conferir o número de elementos da equação no lado dos reagentes e no lado dos produtos.


Conferindo o número de elementos na equação química de formação do fosfato de cálcio.

Equação balanceada: 3 CaO  +  P2O5  →  Ca3(PO4)2

Obs: o fosfato de cálcio é o principal constituinte dos ossos dos animais.


As reações químicas e os fatores que alteram o seu funcionamento.