O que são reações químicas?

Reações químicas são processos de interconversão entre as espécies químicas, ou seja, formas de transformação de uma substância em outra. Uma reação química inicia-se por meio do contato de reagentes que, com as condições adequadas, transformam-se nos produtos. A deterioração de um alimento, a queima de um pedaço de madeira ou a ação de um medicamento em nosso corpo são exemplos de reações químicas.

As reações químicas podem apresentar mecanismos diferentes de desenvolvimento. São estudadas em Química, contudo todas são regidas por leis ponderais, as quais apresentam observações empíricas de seu comportamento. Compreender reações químicas é entender o universo, pois, a todo instante, inúmeras reações químicas estão ocorrendo não só à sua volta, mas também dentro de você.

Leia também: Afinal, o que é uma substância?

Tópicos deste artigo

• 1 - Resumo sobre reações químicas
• 2 - Quando ocorre uma reação química?
  • → Exemplos de reações químicas
• 3 - Quais são os tipos de reações químicas?
• 4 - Leis das reações químicas
• 5 - Balanceamento das reações químicas
• 6 - Qual a importância das reações químicas?
• 7 - Exercícios resolvidos sobre reações químicas

Resumo sobre reações químicas

• As reações químicas são processos de interconversão de substâncias químicas em outras.
• Em uma reação, substâncias conhecidas como reagentes são postas em contato para que, em condições específicas, transformem-se em novas substâncias, conhecidas como produtos.
• A ocorrência de uma reação química pode ser percebida por alterações na cor, no cheiro, no sabor e também na textura das substâncias.
• Entre as principais reações químicas estão as de adição, decomposição, simples troca, dupla troca e a combustão.
• As reações químicas são regidas pelas Leis Ponderais, cujo intuito é explicar o comportamento geral das reações químicas, até mesmo quantitativamente.
• Ao equacionar uma reação química, devemos fazer o devido balanceamento dos participantes, de modo a obedecer às Leis Ponderais.
• A todo instante reações químicas ocorrem, seja à nossa volta, seja dentro de nós; assim sendo, a compreensão das reações químicas é primordial.

Quando ocorre uma reação química?

Entende-se que ocorre uma reação química quando há a interconversão das espécies químicas, ou seja, um processo em que uma ou mais substâncias químicas são transformadas em outras substâncias químicas.

→ Exemplos de reações químicas

• um tronco de madeira queimando;
• a fabricação de um plástico a partir do petróleo;
• a deterioração de um alimento;
• um prego que enferruja;
• um instrumento de prata que escurece;
• a digestão dos alimentos;
• a produção do vinho;
• a queima da gasolina dentro do motor;
• a ação de um medicamento em nosso corpo.

Ou seja, existem muitas situações cotidianas em que reações químicas estão acontecendo em nosso redor e sequer estamos percebendo. Contudo, emboram ocorram em nível atômico, algumas alterações macroscópicas ocorrem, auxiliando-nos a perceber uma reação química, como uma mudança de cor, gosto, textura ou odor.

Uma reação química pode, na prática, ser representada por uma equação química, cuja estrutura básica é:

REAGENTES → PRODUTOS

Quais são os tipos de reações químicas?

Embora o universo das reações químicas seja muito vasto, pode-se dizer que as principais formas de ocorrência de reação química são as que seguem.

• Reação de síntese (ou adição): nessa modalidade, dois ou mais reagentes formam um único produto.

N₂ (g) + 3 H₂ (g) → 2 NH₃ (g)

• Reação de decomposição (ou análise): nesse tipo de reação, um único reagente origina dois ou mais produtos.

CaCO3 (s) → CaO (s) + CO₂ (g)

• Reação de deslocamento (ou simples troca): nessa modalidade de reação, um elemento em uma substância composta é deslocado (substituído) por um elemento em uma substância simples.

Zn + 2 HCl → ZnCl₂ + H₂

• Reação de dupla troca (ou permutação): nesse tipo de reação, há a permutação entre os elementos de substâncias compostas, em que o ânion de um reagente se une ao cátion do outro reagente, assim como o cátion de um reagente se une ao ânion do outro reagente.

HNO₃ + NaOH → NaNO₃ + H₂O

• Reação de combustão: é um tipo de reação em que um combustível (na maioria das vezes um composto orgânico) é queimado na presença de um comburente (na maioria das vezes gás oxigênio).

C₂H₆O + 3 O₂ → 2 CO₂ + 3 H₂O

Leis das reações químicas

Ao longo de nossa história, as reações químicas tiveram seu comportamento geral observado, dando origem a algumas observações empíricas, conhecidas como leis ponderais, explicitadas a seguir:

• Lei da conservação de massa: enunciada por Antoine Lavoisier, a lei de conservação de massa (também conhecida como lei de Lavoisier) afirma que, em um sistema fechado, a massa dos participantes de uma reação química não se altera, ou seja, a massa total dos reagentes é igual à massa total dos produtos.

• Lei das proporções definidas: enunciada por Joseph Proust, afirma que na formação de uma substância os reagentes utilizados serão combinados sempre na mesma proporção em massa.

Perceba que 12 gramas de carbono reagem com 32 gramas de gás oxigênio (O₂) para formar 44 gramas de dióxido de carbono (CO₂). Caso a quantidade de carbono dobre, a de gás oxigênio e de dióxido de carbono variam na mesma proporção.

• Lei das proporções múltiplas: enunciada por John Dalton, afirma que na produção de dois compostos diferentes formados pelos mesmos elementos químicos, a massa de um dos elementos varia numa proporção de números inteiros se a massa do outro elemento se mantiver constante.

Perceba que carbono (C) e gás oxigênio (O₂) formam tanto o monóxido de carbono (CO) quanto o dióxido de carbono (CO₂). Mantendo-se a massa de carbono constante (12 g), a massa de oxigênio dobra (um número inteiro).

Balanceamento das reações químicas

Com a observação de que há conservação de massa em reações químicas, devemos entender que átomos não são destruídos nem criados, eles apenas mudam de parceiros. Assim sendo, as reações químicas devem estar balanceadas, ou seja, demonstrar, na equação, que a quantidade de reagentes é a mesma de produtos.

Tais quantidades são demonstradas por números colocados à frente dos participantes das reações e são chamados de “coeficientes estequiométricos”. Os coeficientes estequiométricos representam as quantidades relativas, em mol, dos participantes da reação. A palavra “estequiometria” deriva das palavras gregas para “elemento” e “medida”.

Para cumprir as observações da lei de conservação de massas, dois métodos de balanceamento são conhecidos, o chamado método das tentativas e o balanceamento por oxidorredução, os quais veremos a seguir:

• Método das tentativas: nesse método os coeficientes devem ser testados até que os números de elementos antes e depois da seta sejam iguais. Por vezes a avaliação é simples e direta, mas em alguns casos não, exigindo bastante tempo. Por isso, é comum a utilização de algumas metodologias, como a regra do MACHO, que enumera a ordem preferencial de balanceamento dos participantes da reação. A sigla “MACHO” apresenta a letra inicial dos elementos que serão balanceados na ordem: metal, ametal, carbono, hidrogênio e, por fim, oxigênio.

Por exemplo, vamos ver a seguinte reação não balanceada:

H₂S + NaOH → Na₂S + H₂O

O elemento sódio (Na) é um metal; assim sendo, iniciamos o balanceamento por ele. Antes da seta há apenas um único elemento sódio, no NaOH, enquanto após a seta há dois, no Na₂S. Assim, coloca-se o coeficiente 2 na frente do NaOH. A colocação desse coeficiente dobra não só a quantidade de sódio, mas de todos os participantes de NaOH:

H₂S + 2 NaOH → Na₂S + H₂O

Agora, passa-se ao ametal. No caso, temos o elemento enxofre (S). Contudo, percebe-se que a quantidade do elemento enxofre antes da seta, no H₂S, é igual ao depois da seta, no Na₂S, não necessitando alterar o coeficiente, que é igual a 1 (quando o coeficiente estequiométrico é igual a 1, ele não deve ser explicitado).

Como não há carbono na reação, passa-se ao elemento hidrogênio. Percebe-se que antes da seta a quantidade de elementos hidrogênio é igual a 4 (2 no H₂S e mais 2 no NaOH), enquanto após a seta o número de elementos hidrogênio é igual a 2 (em H₂O). Assim, deve-se multiplicar o coeficiente estequiométrico de H₂O por 2, a fim de se igualar.

H₂S + 2 NaOH → Na₂S + 2 H₂O

Por fim, antes da seta há a indicação de 2 elementos oxigênio (no NaOH), mesmo número de elementos oxigênio após a seta (H2O), não necessitando-se fazer alterações no coeficiente estequiométrico. Assim, como todos os elementos estão com quantidades iguais antes e depois da seta, afirma-se que a reação já está balanceada.

H₂S + 2 NaOH → Na₂S + 2 H₂O

• Oxidorredução: também conhecido como balanceamento redox, tal método se baseia na manutenção da carga total de uma reação química. As reações redox podem servir para explicar diversos mecanismos de reação, como os de combustão, por exemplo. Nesse mecanismo, entende-se que espécies, ao reagirem, perdem elétrons (oxidam), enquanto outras acabam ganhando elétrons (reduzem). Isso porque é sabido que elétrons não podem ser destruídos durante uma reação química, daí o entendimento do nome oxidorredução: não há oxidação, sem haver redução.

Para o balanceamento redox, os coeficientes estequiométricos são estabelecidos de acordo com o número de elétrons ganhados ou perdidos. Por exemplo:

Zn + HCl → ZnCl₂ + H₂

Antes da seta, o elemento zinco (Zn) está com carga 0, indo para carga +2 após a seta (no ZnCl₂). Já o hidrogênio inicia a reação com carga igual a +1 (no HCl), finalizando a reação com carga igual a 0 (no H₂). Logo, vê-se que:

                        Zn⁰ → Zn⁺²                há a perda de 2 elétrons

                        H⁺¹ → H⁰                   há o ganho de 1 elétron

Como não pode haver perda de elétrons, deve-se considerar que o número de elétrons perdidos tem que ser igual ao número de elétrons ganhos. Assim, os coeficientes das espécies de hidrogênio devem ser multiplicados por 2, para que se iguale o número de elétrons que foram perdidos pelo zinco. A reação fica:

Zn + 2 HCl → ZnCl₂ + H₂

O H₂ não teve seu coeficiente alterado, pois na espécie já há 2 átomos de hidrogênio.

Qual a importância das reações químicas?

Inúmeras reações químicas estão ocorrendo neste instante, enquanto você lê este texto. Tanto ao seu redor, quanto dentro do seu corpo. O entendimento das reações químicas faz com que possamos entender o nosso funcionamento e o nosso universo. A teoria do Big Bang, a mais aceita para explicar a origem de nosso universo, mostra que tudo se iniciou por meio de reações químicas (reações de fusão nuclear). Aliás, o nosso sol e as demais estrelas produzem energia por meio de reações químicas.

A indústria química, de grande impacto na economia global, demonstra a importância social e econômica da compreensão das reações químicas em nosso cotidiano. As reações químicas são amplamente estudadas. Não só é importante determinar as quantidades envolvidas, mas a energia gasta ou gerada, se uma reação é espontânea ou não e em que velocidade ela decorre. Algumas reações químicas produzem energia para atividades cotidianas, como nos motores dos veículos automotivos ou nas baterias de nossos celulares e demais dispostivos eletrônicos amplamente utilizados por nós.

Foi com o melhor entendimento das reações químicas que aprendemos técnicas para estocar melhor nossos alimentos, aumentar seu tempo de conservação, assim permitindo que eles possam ser barateados. As reações químicas também nos fizeram entender como nosso corpo funciona, auxiliando na produção de medicamentos, por exemplo.

Ou seja, compreender as reações químicas é trazer mais qualidade de vida e melhor compreensão da natureza.

Acesse também: O que são soluções químicas?

Exercícios resolvidos sobre reações químicas

Questão 1

(Uerj)

A ciência em si

Se toda coincidência
Tende a que se entenda
E toda lenda
Quer chegar aqui
A ciência não se aprende
A ciência apreende
A ciência em si

Se toda estrela cadente
Cai pra fazer sentido
E todo mito
Quer ter carne aqui
A ciência não se ensina
A ciência insemina
A ciência em si

Se o que se pode ver, ouvir, pegar, medir, pesar
Do avião a jato ao jabuti
Desperta o que ainda não, não se pôde pensar
Do sono eterno ao eterno devir

Como a órbita da Terra abraça o vácuo devagar
Para alcançar o que já estava aqui
Se a crença quer se materializar
Tanto quanto a experiência quer se abstrair

A ciência não avança
A ciência alcança
A ciência em si

ARNALDO ANTUNES e GILBERTO GIL Adaptado de fiocruz.br.

Por meio de métodos científicos de investigação, a química estuda as transformações de materiais.

Uma transformação que corresponde a um fenômeno químico está indicada em:

A) sublimação da naftalina
B) destilação do álcool
C) oxidação do aço
D) fusão do gelo

Resolução:

Alternativa C.

A oxidação do aço configura a corrosão do ferro presente na liga em óxido de ferro, uma nova substância, com cor, textura e propriedades mecânicas diferentes. As demais opções versam sobre fenômenos físicos, em que só há alteração do estado físico da matéria.

Questão 2

(Unitins) A lei de conservação da massa ou lei de Lavoisier demonstra que nas reações de combustão as massas de todas as substâncias envolvidas permanecem inalteradas. A massa pesada no início, antes da reação, é a mesma do final desde que a reação seja feita em um recipiente fechado.

Analise a representação abaixo e considere que a reação ocorre em sistema fechado.

A quantidade de oxigênio é

A) 1 g
B) 7 g
C) 11 g
D) 21 g
E) 0 g

Resolução:

Alternativa A.

Sendo o sistema fechado, sem perdas de massa gasosa, há a observação da lei de Lavoisier (conservação de massa). Assim sendo, se a massa total de produtos é igual a 11 gramas (9 + 2), logo a massa total de reagentes deve ser a mesma. Portanto:

10 + x = 11

x = 1 grama.

Fontes

HOUSECROFT, C. E.; SHARPE, A. G. Inorganic Chemistry. 4. ed. Harlow (Inglaterra): Pearson Education Limited, 2012.

DO CANTO, E. L.; LEITE, L. L. C.; CANTO, L. C. Química – na abordagem do cotidiano. 1. ed. São Paulo: Moderna, 2021.

MULLER, P. Glossary of terms used in physical organic chemistry (IUPAC Recommendations 1994). Pure and Applied Chemistry. v. 66, n. 5. jan. 2009.

MILLS, I. et al. International Union of Pure and Applied Chemistry: Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry. 2. ed. Oxford: Blackwell Science, 1993.

LEAL, M. C. Como a Química Funciona? Química Nova na Escola. n. 14, nov. 2001.