Geralmente uma reação química ocorre quando espécies

A velocidade com que as reações se processam varia muito, e existem alguns fatores que interferem não só nessa velocidade, mas até mesmo na ocorrência dessas reações. Eles são basicamente quatro: contato entre os reagentes, afinidade química, colisões favoráveis e energia de ativação.

1. Contato entre os reagentes: Para que as moléculas dos reagentes possam colidir umas com as outras, é necessário que elas entrem em contato.

Por exemplo, o sódio é um elemento metálico que reage com o oxigênio, oxidando-se em minutos quando em contato com o ar. Reage também violentamente com a água, como mostra a imagem abaixo:

Assim, para não entrar em contato com o oxigênio e com a umidade do ar, o sódio metálico é guardado em querosene:

1. Afinidade química: Essa propriedade diz respeito à capacidade que uma substância tem de reagir com a outra, pois mesmo se duas ou mais substâncias forem colocadas em contato, mas não houver afinidade entre elas, não ocorrerá a reação.

Não há afinidade química entre o sódio e o querosene, por exemplo, assim como acontece com um giz deixado exposto no ar, eles nunca irão reagir, porque não há afinidade química entre eles, o giz permanecerá intacto.

Nesse aspecto ainda há outra questão, o fato de que quanto maior a afinidade entre as substâncias, maior será a velocidade da reação. Por exemplo, ao considerarmos as reações de oxidorredução, essa afinidade corresponde à tendência de ganhar elétrons que um dos reagentes tem e a tendência de perder elétrons do outro reagente. No caso dos metais, eles têm a tendência de doar elétrons, oxidando-se. Quanto maior for essa tendência, maior é a reatividade do metal. Abaixo é mostrada a fila de reatividade dos metais e do hidrogênio:

Observe que o ouro (Au) é o metal menos reativo. Esse é um dos principais motivos para que ele seja tão valioso. O ouro é bastante resistente à exposição ao oxigênio e à umidade do ar, bem como ao ataque de ácidos isolados, sendo atacado somente por água régia, que é uma mistura de três partes de ácido clorídrico com uma parte de ácido nítrico. É por isso que muitas peças de ouro, como os sarcófagos do Egito antigo, continuam em ótimas condições até hoje.

1. Teoria das colisões: Para que uma reação química ocorra, as moléculas dos reagentes que entraram em contato devem colidir de modo efetivo. Abaixo é mostrado que nem sempre as colisões entre as moléculas são favoráveis, isto é, resultam na quebra de suas ligações dos reagentes e formação de novas substâncias (produtos):

Quanto maior o número de colisões favoráveis, maior será a velocidade da reação química.

Entenda mais sobre esse aspecto no texto Teoria das colisões.

1. Energia de ativação (Eat): Para que as colisões sejam favoráveis e resultem em reação química, é necessário que os reagentes possuam uma energia mínima, que é a energia de ativação.

A energia de ativação é necessária para a formação do complexo ativado, isto é, uma estrutura intermediária entre os reagentes e os produtos, onde as ligações dos reagentes estão sendo enfraquecidas e as ligações dos produtos estão sendo formadas:

Sem a energia de ativação, a reação não acontece. Por exemplo, no caso do sódio com a água, esses reagentes possuem a energia mínima para que a reação entre eles ocorra, por isso, só por estarem em contato, eles já reagem.

Agora considere outro caso: o gás propano, presente no gás de cozinha, possui afinidade química com o oxigênio do ar para entrar em combustão. No entanto, tais reagentes não possuem a energia de ativação e é por isso que quando abrimos a válvula do fogareiro, deixando o gás escapar, não acontece reação nenhuma. É preciso fornecer energia para a reação de combustão ocorrer e é isso que é feito quando aproximamos o palito de fósforos. Visto que essa reação de combustão é exotérmica, liberando energia, a reação continua ocorrendo até que pelo menos um dos reagentes seja totalmente consumido.

Portanto, quanto menor for a energia de ativação, mais rápida será a velocidade com que a reação se desenvolverá. Sobre isso, leia o texto Energia de Ativação e Complexo Ativado.

* Crédito editorial da imagem: Autor: Tavoromann/ Fonte de onde foi extraída: Wikipédia Commons

Quando ocorre uma mudança ou transformação em uma substância em que a constituição da matéria é alterada, dizemos que este é um fenômeno químico, ou melhor, que ocorreu uma reação química.

Neste caso, os átomos permanecem praticamente intactos, o que ocorre é que eles são “rearranjados” em novas moléculas. Por exemplo, observe a reação química abaixo:

Reação de formação da água.

No exemplo acima, ocorreu uma reação em que foram necessárias duas moléculas de hidrogênio (H2) e uma molécula de oxigênio (O2) para formar duas moléculas de água. Os átomos não foram alterados, apenas as moléculas iniciais se “desmontaram” e seus átomos foram reaproveitados para “montar” as moléculas finais.

Porém, para representar de maneira universal e de forma mais prática essa e outras reações mais complexas, foram criadas as equações químicas; isto é, uma representação simbólica e abreviada de uma reação química, que segue a seguinte regra geral:

No caso da reação citada acima, temos a seguinte equação química:

Equação química.

As fórmulas mostradas nas equações químicas (como H2 e O2) indicam quais são as substâncias que estão participando da reação. Os valores que vêm antes dessas fórmulas (como o 2 que veio antes do H2) são chamados de coeficientes estequiométricos, ou simplesmente coeficientes, e servem para indicar a proporção de moléculas que participam da reação. Observe que o coeficiente 1 não é escrito. Além disso, esses valores servem para balancear a reação, ou seja, o número total de átomos dos reagentes deve ser igual ao número total de átomos dos produtos.

As equações também nos fornecem outras informações, veja alguns exemplos abaixo:

• Mostra o estado físico da substância, por exemplo: gás (g), vapor (v), líquido (l), sólido (s), cristal (c);

• Mostra se está dissolvido em água, solução aquosa (aq);

• Desprendimento de gás (

• Formação de precipitado (↓);

• Necessidade de aquecimento (∆);

• Presença de luz (ʎ);

• Reações reversíveis não utilizam uma seta apenas, mas uma dupla seta (↔).

Uma reação química é uma transformação da matéria durante a qual as espécies químicas que constituem a matéria são modificadas. As espécies consumidas são chamadas de reagentes  ; as espécies formadas durante a reação são chamadas de produtos . Desde o trabalho de Lavoisier (1777), os cientistas sabem que a reação química ocorre sem variação mensurável na massa  : "Nada se perde, nada se cria, tudo se transforma" , o que reflete a conservação da massa .

A reação aluminotérmica é um redox espetacular.

As reações químicas causam uma mudança na natureza química da matéria. Transformações puramente físicas, como mudanças de estado ( fusão , solidificação , evaporação , ebulição ,  etc. ), desgaste, erosão e ruptura são, portanto, excluídas . Uma reação pode liberar energia (geralmente na forma de calor , mas também luz ), é então uma reação exotérmica . Pode requerer um aporte de energia, na forma de calor (portanto “produzir frio”) ou de luz, é então uma reação endotérmica . Em geral, uma reação só pode ocorrer se certas condições forem satisfeitas (presença de todos os reagentes, temperatura, pressão, condições de luz). Algumas reações requerem ou são facilitadas pela presença de um produto químico , denominado catalisador , que não é consumido pela reação. Classicamente, as reações químicas envolvem mudanças que dizem respeito ao movimento dos elétrons , à formação e à quebra de ligações químicas. No entanto, o conceito geral de uma reação química, em particular a noção de equação química, também é aplicável a transformações elementares de partículas e reações nucleares. Na química orgânica, várias reações químicas são combinadas na síntese química para se obter o produto desejado. Em bioquímica, uma série de reações químicas catalisadas por enzimas formam vias metabólicas, por meio das quais sínteses e colapsos geralmente impossíveis são realizados em uma célula.

Visão microscópica (em nível atômico)

Reação química: troca de átomos entre compostos, exemplo da combustão do metano no oxigênio.

A matéria é feita de átomos agrupados em compostos químicos ; durante uma reação química, os compostos trocam seus átomos; ao fazer isso, a natureza dos compostos muda. As reações químicas referem-se apenas a mudanças nas ligações entre os átomos ( ligações covalentes , ligações iônicas , ligações metálicas ).

Para representar os fenômenos que ocorrem durante uma reação química, escrevemos uma equação química .

Reação química e energia

Variação de energia durante a reação química, barreira de energia e entalpia de reação (exemplo da combustão do metano no oxigênio).

As transformações que ocorrem durante a reação química geralmente resultam em uma diminuição na energia total. Na verdade, em uma molécula ou um cristal , o “enganchar” dos átomos entre eles requer energia, chamada energia de ligação . Quando você quebra uma ligação, você "quebra" a molécula ou o cristal "espalhando" seus átomos. Em seguida, é necessário fornecer energia. Quando os átomos se recombinam, eles liberam energia formando novas ligações. No final da reação, a energia armazenada nas ligações dos produtos da reação é menor do que aquela armazenada nas ligações dos reagentes.

Durante a reação, há um estágio em que os velhos laços são rompidos e os novos ainda não foram criados. É um estado em que a energia do sistema é alta, um estado transitório que constitui uma barreira real à reação. O início da reação é simplesmente cruzar essa barreira de energia, chamada energia de ativação .

Se considerarmos uma reação ocorrendo à temperatura T e a pressão constante, que é o lote de reações realizadas ao ar livre sob pressão atmosférica, a energia do sistema de reação é medida pela função entalpia H A diferença de entalpia associada com a equação de reação, chamada de entalpia de reação , é possível determinar a variação da energia do sistema após a reação. É mais frequentemente expresso por transferência térmica com o ambiente externo. ΔrH{\ displaystyle \ Delta _ {\ mathrm {r}} \ mathrm {H}}

O estudo do aspecto energético das reações químicas é a termoquímica .

O estado de um sistema químico é caracterizado por:

• as grandezas físicas temperatura e pressão;
• as espécies químicas que o constituem, bem como o seu estado físico (sólido (s), líquido (l), gás (g), dissolvido (aq)) e a sua quantidade de matéria.

Velocidade de reação

O estudo da energia do sistema ( termoquímica ) permite saber se uma reação pode ocorrer ou não, qual energia inicial é necessário fornecer para atravessar a barreira. Mas há outro parâmetro importante: a velocidade de reação .

A taxa de reação é a medida da modificação ao longo do tempo das concentrações e / e pressões das substâncias envolvidas nesta reação. A análise das taxas de reação é importante para muitas aplicações, como engenharia química ou o estudo de equilíbrios químicos .

A taxa de reação depende de:

• a concentração dos reagentes  : uma concentração maior aumenta a possibilidade de colisão entre as moléculas e, portanto, aumenta a velocidade da reação;
• a superfície disponível para contato entre moléculas, especialmente do sólido em sistemas heterogêneos. Uma área de superfície maior produz uma taxa de reação maior;
• a pressão , que ao aumentar, diminui o volume e, portanto, a distância entre as moléculas. Isso aumenta a frequência de colisões de moléculas;
• a energia de ativação que é definida como a quantidade de energia necessária para que a reação comece e seja sustentada espontaneamente;
• a temperatura que ao subir ativa a reação aumentando a energia das moléculas e criando mais colisões por unidade de tempo;
• a ausência ou presença de um catalisador que modifica o mecanismo da reação que por sua vez aumenta a velocidade da reação diminuindo a energia de ativação necessária. Um catalisador não é destruído durante a reação;
• para algumas reações, a presença de radiação eletromagnética , especialmente a radiação ultravioleta , é necessária para quebrar as ligações para iniciar a reação.

Observe que algumas reações não dependem da concentração dos reagentes.

Reação química em laboratório

Em um laboratório, a realização de uma reação química envolve:

• Prepare a reação e calcule as quantidades;
• Realizar a reação à temperatura desejada;
• Neutralize o meio de reação se necessário;
• Trate a reação bruta  ;
• Purificar a mistura para obter, se possível, o composto desejado.

Exemplos

Algumas das reações químicas mais comuns incluem:

• a respiração , a fermentação láctica e a fermentação alcoólica que permitem às organizações produzir a energia  ;
• a secreção de produtos pelos órgãos (lágrimas, suor, saliva, suco gástrico, hormônios ,  etc. ); a ação dessas secreções;
• a combustão (nomeadamente em motores de combustão e caldeiras), o fogo  ;
• cozinhar alimentos, queimaduras;
• a corrosão do material (por exemplo, ferrugem);
• a clorofila da fotossíntese, que permite às plantas regenerar o oxigênio do ar, recuperando o dióxido de carbono  ;
• a dissolução de metais por um ácido;
• a revelação de fotografias de prata  ;
• a fabricação de eletricidade por baterias, o armazenamento e liberação de eletricidade por baterias e acumuladores;
• a produção de metais a partir de minérios ( metalurgia );
• a fabricação de gasolina, óleos e plásticos a partir do petróleo  ;
• a fabricação de produtos de limpeza: sabão (reação de saponificação), alvejante , ácido clorídrico , soda cáustica , amônia  ;
• a fabricação de fertilizantes , pesticidas , produtos fitossanitários  ;
• a fabricação de medicamentos  ;
• vinificação, processamento de álcool → ácido etanóico (vinagre);
• o bafômetro “fica verde”;
• poluição do ozônio por poluentes do ar;
• destruição do ozônio por clorofluorcarbonetos (CFCs) (refrigerantes, etc.).

Classificação

Existe uma grande variedade de reações químicas, mas podemos identificar "famílias" de reações. Algumas das famílias principais são apresentadas a seguir, mas esta lista não é exaustiva , e uma reação química pode pertencer simultaneamente a várias dessas famílias.

• reação de oxidação-redução , durante a qual a transferência de um ou mais elétrons de um agente redutor para um oxidante é observada:

	⇌{\ displaystyle \ rightleftharpoons}
Glc-6-P		Fru-6-P
Isomerização de glicose-6-fosfato em frutose-6-fosfato