Ciencias Unidade 2 Capitulo 4

8/17/2019 Ciencias Unidade 2 Capitulo 4

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Troca de ideias

As reações químicas são vistas, frequentemente, como eventos explosivos ou malcheirosos.

• Você acha que todas as reações químicas são assim? Conhece algum exemplo que não seja?

• O que você acha que ocorre com os átomos durante uma reação química?

• As reações químicas acontecem também nos seres vivos?

O mundo em que vivemos está repleto de reações químicas. Apenas o fato de estarmos vivos

já significa que milhões de reações químicas estão ocorrendo simultaneamente em nosso corpo.

As plantas só conseguem produzir a glicose (sua fonte de energia) por causa

da fotossíntese, uma importante e complexa reação química. Existem

ainda milhares de produtos que fazem parte do nosso dia a dia e que

só existem graças ao desenvolvimento de processos químicos.

Neste capítulo olharemos de perto as reações

químicas, entenderemos como elas ocorrem e como

a química as interpreta.

R e p r o d u ç ã o p r o i b i d a . A

r t . 1 8 4 d o C ó d i g o P e n a l e L e i 9 . 6

1 0 d e 1 9 d e f e v e r e i r o d e 1

9 9 8 .

4

Capítulo

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Reações químicas


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RepresentaçãoDurante uma reação química, os átomos sofrem um rearranjo, formando novas substâncias.

Observe a figura ao lado.Repare que a molécula representada por dois átomos de cor azul e a molécula representada por dois

átomos de cor vermelha, ao reagirem, originaram novas substân-cias, nesse caso, moléculas com um átomo “vermelho” e um átomo“azul”. Os átomos formadores das moléculas iniciais, chamadasde reagentes, sofreram um rearranjo, originando os produtos.A seta tem a função de separar o estado inicial e o estado finaldesse nosso sistema, ou seja, reagentes e produtos.

Agora observe a figura:

Notou algo estranho? O que ocorreu com os dois átomos “cinza” que estão faltando nosprodutos? Certamente essa reação química está incorreta ou incompleta, pois os átomos não podemdesaparecer ou aparecer durante uma reação química. A quantidade inicial e final de átomos deveser igual, bem como seus tipos.

Seria muito inconveniente se os químicos precisassem, a todo o momento, desenhar bolinhaspara representar os átomos, moléculas e íons que podem se envolver numa reação química. Porisso, as equações químicas são usadas para facilitar a representação de uma reação, pois, por meiodelas, indicamos não apenas os reagentes e os produtos, mas também as condições em que a reaçãoestá ocorrendo (temperatura, meio, presença de luz etc.).

A água pode ser formada a partir dos gases hidrogênio e oxigênio, em condições especiais,

de acordo com a seguinte equação química:

2H2(g)

+ 1O2(g)

w 2H2O

(g)

Na equação acima, os coeficientes estão grafados em azul. Eles indicam a proporção dosreagentes para formar o produto. No exemplo dado, duas moléculas de gás hidrogênio reagemcom uma molécula de gás oxigênio para formar duas moléculas de água.

Os índices, pintados em vermelho, indicam quantos átomos de um determinado elementoparticipam na formação da substância. Portanto, a molécula de hidrogênio é composta por doisátomos de hidrogênio.

Reversibilidade de uma reação químicaMuitas reações químicas podem ocorrer nos dois sentidos, ou seja, os reagentes iniciais

dão origem a produtos que, em condições favoráveis, originam novamente os reagentes. Nestasituação, a representação da reversibilidade da equação é feita por uma seta com duplo sentido,da seguinte forma:

A + BxC + D

A formação do ácido carbônico é um exemplo de reação química reversível: o gás carbônico daatmosfera reage com a água da chuva formando o ácido carbônico, que, por ser instável, novamenteforma gás carbônico e água.

CO2 + H2Ox H2 CO3

Reagentes Produtos




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Atividades

Texto para as questões 1 e 2.

A galena é um mineral de cor escura de onde se extrai o chumbo (Pb), na forma de sulfeto dechumbo (PbS). A tinta branca usada antigamente apresentava, em sua composição, um carbonatode chumbo que era lentamente transformado em sulfeto de chumbo pela ação do gás sulfídrico

(H2S) presente no ar, reduzindo o brilho da pintura. Para resolver esse problema, os restauradoresusam água oxigenada (H

2O

2), que, em contato com o sulfeto de chumbo, converte-o em sulfato de

chumbo (PbSO4) e água.

1 Quais são os produtos e os reagentes na reação usada para resolver o problema?

2 Escreva a equação química que representa a reação descrita.

Considere a figura ao lado para responderàs questões 3 e 4.

3 Qual o nome do processo esquematizado?

4 Escreva uma equação química para a rea-ção esquematizada.

5 Um pacotinho com pó para refresco de laranja foi despejado numa jarra com água. O resul-tado foi um suco de cor amarela. Podemos dizer que houve uma reação química?

Atividades complementares

6 Um copo com água foi colocado no congelador. Após algum tempo, a água havia congelado.Um estudante argumentou que essa seria uma reação química, pois o gelo era diferente daágua. Comente essa argumentação.

7 Qual a diferença entre representar quimicamente 2H e H2?

Gás carbônico (CO2)do ambiente

Oxigênio (O2)

Glicose (C6H

12O

6)

Água (H2O)

S E R G 6 4 / S H U T T E R S T O C K




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Considere o esquema ao lado para responder às questões de 8 a 10.

8 O processo descrito na figura pode ser considerado uma reaçãoquímica? Justifique.

9 A figura está incorreta do ponto de vista químico. Comente esseerro.

10 Quantos átomos diferentes estão representados na figura?E quantas substâncias diferentes?

BalanceamentoHoje você é o (a) cozinheiro(a)! De acordo com a receita do bolo a ser feito, você precisa de três ovos

e um copo de leite, além de outros ingredientes. Infelizmente, você encontrou apenas um ovo e bastanteleite. Será que é possível fazer o bolo aumentando o leite e diminuindo o ovo? Claro que não!

Da mesma forma, as reações químicas ocorrem com proporções bem definidas entre os reagen-tes. Fazer o balanceamento consiste em garantir que, numa dada equação química, a quantidade deátomos presentes nos reagentes apareça nos produtos. Conforme vimos, embora ocorra o rearranjo

desses átomos, a quantidade deles não se altera, assim como o elemento a que pertence cada um.Num balanceamento, modificamos os coeficientes de maneira a obter os menores valores inteirospossíveis para que a reação ocorra.

O acerto dos coeficientes é usualmente feito por tentativas, mas torna-se mais fácil se seguirmosalgumas orientações práticas:• Inicie o balanceamento pelo elemento que aparece em menor quantidade.

• Use coeficientes fracionários, se for necessário. Eles serão facilmente eliminados se multipli-carmos a equação toda por um número conveniente.

• Evite iniciar o balanceamento pelos elementos hidrogênio e oxigênio. Deixe-os por último, sepossível.

Vamos a um exemplo:

(x)BaCl2 + ( y)H

2SO

4 w ( z)BaSO

4 + (w)HCl

Nosso objetivo será encontrar os valores de x, y, z ew de maneira que areação fique balanceada. Repare que o elemento Cl (cloro) possui dois átomosnos reagentes, mas apenas um nos produtos. Igualamos essa quantidade nosdois lados, colocando o número 2 no lugar dew. Ao mesmo tempo, resolve-seo caso do H (hidrogênio). Eram dois nos reagentes e agora são dois nosprodutos. Dessa forma, os demais coeficientes são iguais a 1 (não é necessárioindicar, nesse caso). A reação balanceada pode ser escrita como:

BaCl2 + H

2SO

4 w BaSO

4 + 2HCl

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A lei da conservação das massasImagine uma situação em que pudéssemos pesar uma folha de papel numa balança precisa

e anotar o valor encontrado. Depois queimaríamos a folha, recolheríamos as cinzas e pesaríamosnovamente. O que poderíamos descobrir? A massa diminuiu!

E se fizéssemos o mesmo com um pedaço de palha de aço? Após queimá-lo e pesá-lo novamente,a massa teria aumentado! Fatos como esses intrigavam os químicos do século XVIII, levando-os aelaborar teorias bastante exóticas para explicar esses comportamentos. O cientista francês AntoineLavoisier foi quem provou que, na verdade, em um sistema fechado, a massa das substâncias quereagiam (os reagentes) era exatamente igual à massa das substâncias que se formavam (os produtos).As diferenças encontradas somente ocorriam porque os experimentos eram conduzidos em sistemaaberto, permitindo a entrada e a saída de gases. Lavoisier realizou diversos experimentos emsistema fechado para tirar suas conclusões, conhecidas atualmente como lei da conservação dasmassas. Na verdade, a conservação das massas é uma consequência da conservação do númerode átomos durante uma reação química.

Atividades

11 Verifique se as reações apresentadas estão balanceadas corretamente. Caso não estejam, façaas correções necessárias:a) H

2O + COw H

2 + CO

2 c) NaOH + H

2SO

4 w Na

2SO

4 + H

2O

b) H2 + O

2 w H

2O d) NaCl + AgNO

3 w NaNO

3 + AgCl

12 O etanol é um combustível renovável muito usado no Brasil, onde é obtido da cana-de-açúcar.A fórmula do etanol é C

2H

6O, e sua combustão (reação com o oxigênio do ar) produz gás

carbônico (CO2) e água. Escreva a equação balanceada dessa reação química.

13 Para gravar em vidro, utiliza-se uma solução aquosa de ácido fluorídrico (HF), substânciaque tem a capacidade de reagir com o dióxido de silício (SiO

2) presente no vidro. Os produ-

tos formados são o tetrafluoreto de silício (SiF4) e água. Escreva a equação balanceada dessa

reação química.

14 Ao ser aquecido, o nitrato de amônio (NH4NO3) se decompõe explosivamente formando mo-nóxido de dinitrogênio (N

2O) e água (H

2O). Escreva a equação balanceada para esse processo.

15 A massa de um palito de fósforo diminui quando ele é queimado, já a massa de um pregoaumenta quando ele enferruja. Essas observações contradizem a lei da conservação das mas-sas? Justifique.




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16 Considere as informações a seguir eequacione as etapas de obtenção do áci-do sulfúrico por meio de equações ba-lanceadas.

• Reagem-se dissulfeto ferroso (FeS2) eoxigênio (O

2) para produzir dióxido de

enxofre (SO2) e óxido férrico (Fe

2O

3).

• O dióxido de enxofre reage com o gásoxigênio formando trióxido de enxofre(SO

3).

• Adiciona-se água ao trióxido de enxofre,produzindo o ácido sulfúrico (H

2SO

4).

17 As lanternas a carbureto são muito comuns

entre os espeleólogos (especialistas em ca-vernas). A luz é produzida pela reação

química entre o carbureto (CaC2) e a água,

produzindo hidróxido de cálcio [Ca(OH)2]

e o gás etino (C2H

2), que entra em combus-

tão liberando luz. Dê a equação química

balanceada para esse processo.

18 O bicarbonato de sódio (NaHCO3) dimi-

nui a acidez estomacal. Ao reagir com oácido clorídrico (HCl) presente no estô-mago, forma-se cloreto de sódio (NaCl),

gás carbônico (CO2) e água (H2O). Escrevaa reação balanceada para o processo.

19 As donas de casa conhecem um métodomuito eficiente para remover manchas deferrugem (Fe(OH)

3): adicionam um pou-

co de vinagre sobre o tecido. O vinagreé uma solução aquosa de ácido acético(H

3CCOOH), que reage com a mancha for-

mando o acetato férrico (Fe(H3CCOO)

3)

e água (H2

O). A mancha solubiliza-se emágua, sendo removida com facilidade. Escre-va a equação balanceada para o processo.

20 De acordo com a lei da conservação dasmassas, qual será a massa de água forma-da se reagirmos completamente 4 g de H

2

e 32 g de O2?

Ocorrência das reações químicasNão basta misturarmos substâncias sem qualquer critério para que ocorra uma reação química.

Entre os fatores necessários, podemos destacar:• Afinidade entre os reagentes. Algumas substâncias são inertes, ou seja, têm grande dificuldade

em reagir com outras. Os gases nobres são exemplos de substâncias inertes.

• Contato físico entre as substâncias reagentes.

Embora não seja fácil afirmar que uma reação química ocorreu, dispomos de algumas pistasque são evidências de sua ocorrência. Vamos ver algumas delas.

Formação e evolução de gases

O air bag, dispositivo de segurança

presente em alguns modelos de automóveis,também é um exemplo de reação química comliberação de gás. No momento do impacto, umimpulso elétrico produz a detonação de umamistura de substâncias (como NaN

3 e KNO

3),

que reagem muito rapidamente produzindogás nitrogênio (N

2), responsável por inflar o

dispositivo.Apesar de ser uma prática não recomendada

por causar dor, irritação e agressão aos tecidos,atrasando a cicatrização, ainda é comum tratar um

ferimento aplicando-se água oxigenada sobre ele.

K I M D . F R E N C H / S H U T T E R S T O C K




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Ao entrar em contato com a ferida, a água oxigenada produz uma espuma branca e borbulhante.Isso ocorre graças à presença de uma enzima, a catalase, que acelera a decomposição da águaoxigenada em água e oxigênio. Além da catalase, a presença de iodeto (proveniente, por exemplo,do iodeto de potássio) também acelera a reação, desprendendo o oxigênio mais rapidamente.A liberação de um gás serve, nesse caso, como evidência de que a reação ocorreu.

Formação de um precipitado

Faça um teste simples: tente dissolver um pouquinho desal de cozinha em um copo de água. Conseguiu? Provavel-mente sim. A solução resultante é incolor, e você não conse-gue perceber visualmente que o sal está ali dentro. Dizemosque o sal de cozinha, conhecido quimicamente como NaCl,é solúvel em água. Mas é claroque essa solubilidade tem umlimite. Não podemos dissolver,em condições normais, um sacode 1 kg de sal em um copinho de200 mL de água.

No entanto, se você tentardissolver um punhado de areia,perceberá que ela não se dis-solve na água, sendo, portanto,insolúvel nesse solvente. Emdeterminados casos, percebe-mos a ocorrência de uma reaçãoquímica pela formação de umproduto insolúvel, que chama-mos de precipitado.

Mudanças de cor Um policial pode verificar facilmente se um moto-

rista está embriagado pedindo-lhe que sopre num canu-dinho ligado a um aparelho, obafômetro. Os bafômetrosforam criados em 1958, e alguns são baseados na reaçãoquímica do dicromato de potássio em meio ácido com oetanol, produzindo uma mudança de cor (de laranja paraesverdeado). A variação na coloração é detectada pelodispositivo e traduzida em valores. O teste demora cercade um minuto e meio para indicar o resultado.

A reação presenteno bafômetro é apenasum entre muitos casosem que a mudança decoloração do sistemaindica a ocorrência deuma reação química.Na sequência de fotosapresentadas, temosmais um exemplo dereação química acon-

tecendo.

(a) O erlenmeyer contém uma soluçãode cloreto de bário (BaCl

2), um sal

solúvel em água. O béquer contémácido sulfúrico (H

2SO

4) diluído em

água. (b) Ao adicionarmos o ácido,forma-se um precipitado. É o sulfatode bário (BaSO

4).

(a) O béquer sobre a mesa contém umasolução de sulfato de cobre (CuSO

4),

de cor azulada. No erlenmeyer há umasolução diluída de hidróxido de sódio(NaOH). (b) Quando o NaOH é adicio-nado ao CuSO

4, ocorre a formação de

Cu(OH)2. O sistema adquire uma cor azul

mais escura. Esta também é uma reaçãocom precipitação, já que o Cu(OH)

2 forma

um sólido gelatinoso, que, após algumtempo, irá precipitar.

b

a

a

b

F O T O S : B I P

F O T O S : B I P




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Variações na temperatura do sistema

A alteração na temperatura do sistema é mais um indício da ocorrência de uma reaçãoquímica. Em alguns casos, a temperatura aumenta, indicando uma possível reação exotérmica. Aoreagirmos um ácido e uma base (reação de neutralização), observaremos a liberação de energia,evidenciada pelo aumento da temperatura do sistema. Em outras reações notamos o abaixamentoda temperatura do sistema, mostrando que ocorreu absorção de energia durante o processo. Sãochamadas de reações endotérmicas, como a reação de formação do iodeto de hidrogênio (HI) apartir dos gases H2 e I2.

Classificação das reações químicasApresentaremos as reações químicas classificadas em quatro grupos principais: reações de

síntese (adição), de decomposição (análise), de simples troca e de dupla-troca. É importante lembrarque existem ainda vários outros tipos de reações químicas que não abordaremos aqui.

Reações químicas de síntese e de decomposição

Compare as seguintes reações:

Reação I: 2H2 + O2 w 2H2O Reação II: 2H2O2 w 2H2O + O2

Observando os reagentes e produtos das duas reações, notamos que, na reação I, o gáshidrogênio reage com o gás oxigênio formando a água, uma molécula comparativamente maiscomplexa. Na reação II ocorre o inverso, o peróxido de hidrogênio, ou água oxigenada (H2O2), sedecompõe produzindo água e gás oxigênio.

A reação I é uma reação de síntese ou adição, em que duas ou mais substâncias reagem paraformar uma (ou mais) nova(s) substância(s).

A reação II é um exemplo de reação de decomposição ou análise, em que ocorre o inverso:

uma substância se decompõe originando duas (ou mais) diferentes substâncias.Reações químicas de simples troca

Nas reações de simples troca, ou deslocamento, uma substância simples reage com umasubstância composta formando uma nova substância composta e uma nova substância simples.Observe:

2KI + Cl2 w 2KCl + I2

Nessa reação, a substância composta KI (iodeto de potássio) reagiu com a substância simplesCl

2

(gás cloro) formando uma nova substância composta, o KCl (cloreto de potássio) e uma novasubstância simples, o I2 (iodo sólido).

Reações químicas de dupla-troca

Nas reações de dupla-troca, duas substâncias compostas reagem entre si dando origem a duasnovas substâncias compostas. As reações de neutralização de um ácido por uma base são exemplosde reações de dupla-troca. Observe:

HCl + NaOH w NaCl + H2O

Duas substâncias compostas (HCl e NaOH) reagiram formando duas novas substâncias

compostas (NaCl e H2O).




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Atividades

Texto para as questões 21 e 22.

O brometo de prata (AgBr) é um sal usado em filmes fotográficos. Quando a luz incide sobreele, transforma-o em prata metálica. Podemos fabricá-lo facilmente reagindo uma solução aquosade brometo de potássio (KBr) e nitrato de prata (AgNO3). O AgBr formado é um sólido branco-

-amarelado.

21 Existe alguma evidência da ocorrência de uma reação química na formação do AgBr?

22 Escreva a equação balanceada para a reação de formação do AgBr, classificando-a.

23 A amônia (NH3) é uma das substâncias químicas mais produzidas no mundo. O processo de

obtenção da amônia utilizado atualmente foi desenvolvido em 1909 por Carl Bosch e FritzHaber e consiste em reagir os gases N

2 e H

2 em condições extremas de pressão e temperatura:

250 atm e 450 °C. Na época, os alemães importavam nitrato de sódio (conhecido como sali-tre do chile) para produzir explosivos, mas o processo Haber-Bosch era muito mais prático.A amônia produzida era submetida ao processo Ostwald, que, em três etapas, conseguiaproduzir o ácido nítrico, matéria-prima na fabricação de explosivos e fertilizantes. Observea descrição desse processo:• A amônia reage com o gás oxigênio produzindo monóxido de nitrogênio e água.• O monóxido de nitrogênio reage com o gás oxigênio produzindo dióxido de nitrogênio.• O dióxido de nitrogênio reage com a água produzindo ácido nítrico e monóxido de ni-

trogênio.

a) Em qual importante contexto histórico se deu o desenvolvimento do processo Haber-Bosch?

b) Qual a vantagem em se utilizar o processo Haber-Bosch em vez de se importar o nitratode sódio?

c) Dê as equações químicas balanceadas para a síntese da amônia e para o processo Ostwald.




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24 Leia o texto a seguir e responda às questões.

Na madrugada do dia 2 de dezembro de 1984, os habitantes de Bhopal, uma cidade na Índia,foram surpreendidos com o vazamento de 40 toneladas de gases tóxicos provenientes deuma fábrica de pesticidas. Estima-se que cerca de 27 mil pessoas tenham morrido neste queé considerado o pior desastre industrial da história. Os responsáveis pelo desastre pagaram

indenizações insignificantes se comparadas à tragédia ocorrida, e o governo da Índia foiextremamente negligente no episódio. Um dos gases que vazaram foi o isocianato de metila,substância altamente tóxica que provoca cegueira em contato com os olhos e bloqueio nosalvéolos pulmonares, impedindo a respiração.

a) Na sua opinião, é correto dizer que a química é a responsável pela tragédia? Apresenteseus argumentos.

b) Se o desastre tivesse ocorrido em um país desenvolvido, as consequências teriam sidooutras?

25 O cobre metálico (Cu, sólido) reage com uma solução concentrada de ácido nítrico (HNO3,

aquoso) formando o dióxido de nitrogênio (NO2), um gás castanho-avermelhado. A soluçãoresultante adquire uma coloração verde-escura, por causa da formação do nitrato cúpricoCu(NO3)2.Localize no texto acima duas evidências da ocorrência de uma reação química.

26 Cite duas condições necessárias para a ocorrência de uma reação química.

27 Diferencie reações químicas endotérmicas e exotérmicas, fornecendo exemplos.

28 Quais evidências podem ser usadas para se suspeitar da ocorrência de uma reaçãoquímica?





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Ciencias Unidade 2 Capitulo 4

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