Chemistry · Livro 1 · Grades 1–12

Química dos ensinos fundamental e médio

Química dos ensinos fundamental e médio · Grades 1–12

12As reações químicas: reagentes e produtos

O carvão brilha numa churrasqueira. Uma hora depois, quase nada sobrou dos pedaços pretos — um pouco de cinza cinzenta, e o calor que assou a carne. Para onde foi o carbono preto? Ele não sumiu: ele encontrou o oxigênio do ar e virou um gás novo, invisível. Agora que conhecemos os átomos e as moléculas, podemos dizer exatamente o que acontece numa transformação como essa.

O que você já sabe

Numa transformação química aparecem substâncias novas, e não há um caminho simples de volta (Capítulo 6). A água de cal fica leitosa com o dióxido de carbono, o sulfato de cobre anidro fica azul com a água (Capítulo 10). Toda a matéria é feita de átomos, que se agrupam em moléculas; uma fórmula como COX2\ce{CO2} lista os átomos de uma molécula (Capítulo 11).

Carvão em brasa: o carbono reagindo com o oxigênio do ar.
Carvão em brasa: o carbono reagindo com o oxigênio do ar.

12.1 Transformações físicas e químicas

Definição 12.1 (Transformação física)

Uma transformação física muda o estado ou a organização da matéria sem mudar as espécies químicas: a fusão, a solidificação, a ebulição, a dissolução, a mistura. As mesmas espécies estão presentes antes e depois; só a forma ou a organização delas mudou.

Exemplo 12.2 (A água, de três jeitos)

O gelo que derrete e vira água, a água que ferve e vira vapor de água, e o sal que se dissolve na água são transformações físicas: antes e depois, há moléculas de água (e sal). Num zoom, as moléculas são as mesmas; só mudou o modo como elas estão organizadas e como se movem.

Proposição 12.3 (Transformação química)

Numa transformação química, algumas espécies químicas desaparecem e aparecem espécies novas. Ela se distingue de uma transformação física pelos seus produtos: espécies novas, que podem ser detectadas com testes característicos.

Dois tipos de transformação.
Dois tipos de transformação.

12.2 Reagentes e produtos

Definição 12.4 (Reação química)

Uma reação química é o modelo que os químicos usam para uma transformação química: ela lista as espécies que são consumidas e as espécies que são formadas.

Definição 12.5 (Reagentes e produtos)

As espécies consumidas numa reação química são os reagentes; as espécies formadas são os produtos.

Exemplo 12.6 (O carbono queimando no oxigênio)

Quando o carvão queima, os reagentes são o carbono (o carvão) e o oxigênio (do ar). O produto é o dióxido de carbono: sacudido com água de cal, o gás que fica no frasco a deixa leitosa.

No laboratório — Carvão num frasco de oxigênio

O professor aquece um pedacinho de carvão até ele ficar em brasa, numa colher de combustão, e depois o desce para dentro de um frasco de oxigênio. O carvão brilha muito mais do que no ar e vai encolhendo até sumir. O frasco é tampado, um pouco de água de cal é despejado nele e sacudido: ela fica leitosa. O carbono e o oxigênio foram consumidos; foi formado dióxido de carbono.

Carvão em brasa, descido numa colher para dentro de um frasco de oxigênio, queima com um brilho forte: o carbono e o oxigênio reagem e formam dióxido de carbono.
Carvão em brasa, descido numa colher para dentro de um frasco de oxigênio, queima com um brilho forte: o carbono e o oxigênio reagem e formam dióxido de carbono.

Exemplo 12.7 (A palha de aço)

Um chumaço de palha de aço fina, que é principalmente ferro, pode queimar no ar soltando chuvas de faíscas. Os reagentes são o ferro e o oxigênio; o produto é um sólido escuro e quebradiço, um óxido de ferro.

Palha de aço queimando no laboratório: o ferro e o oxigênio reagem.
Palha de aço queimando no laboratório: o ferro e o oxigênio reagem.

12.3 A equação por extenso

Definição 12.8 (Equação por extenso)

Uma equação por extenso escreve uma reação química em palavras: os nomes dos reagentes à esquerda, ligados por ++, uma seta, e os nomes dos produtos à direita. A seta se lê “reagem e dão”.

Exemplo 12.9 (Três equações por extenso)

carbono ++ oxigênio ⟶\longrightarrow dióxido de carbono
metano ++ oxigênio ⟶\longrightarrow dióxido de carbono ++ água
ferro ++ oxigênio ⟶\longrightarrow óxido de ferro

Método 12.10 (Escrever uma equação por extenso)

  1. Encontre os reagentes: as espécies que desaparecem.
  2. Encontre os produtos: as espécies novas, identificadas por testes.
  3. Escreva os reagentes à esquerda, os produtos à direita, com uma seta entre eles; nunca um sinal de igual.

Uma espécie que está presente mas não participa — o nitrogênio do ar em volta de uma chama — não é escrita.

12.4 Uma reação é um rearranjo de átomos

Proposição 12.11 (Os átomos são rearranjados)

Numa reação química, as moléculas dos reagentes se desfazem e os átomos delas se juntam de outro modo para construir as moléculas dos produtos. Os próprios átomos não são criados nem destruídos: os mesmos átomos, nos mesmos números, estão lá antes e depois.

Exemplo 12.12 (O metano queimando, molécula por molécula)

Quando o metano de um fogão a gás queima, uma molécula de metano CHX4\ce{CH4} encontra duas moléculas de oxigênio OX2\ce{O2}. Os átomos delas se rearranjam numa molécula de dióxido de carbono COX2\ce{CO2} e duas moléculas de água HX2O\ce{H2O}. Antes: 1 átomo de carbono, 4 de hidrogênio e 4 de oxigênio. Depois: 1 de carbono, 4 de hidrogênio e 2+2=42 + 2 = 4 de oxigênio. Nada se perde, nada aparece do nada.

O metano queimando, desenhado com modelos moleculares: os átomos dos reagentes se rearranjam nos produtos. Os mesmos átomos são contados antes e depois.
O metano queimando, desenhado com modelos moleculares: os átomos dos reagentes se rearranjam nos produtos. Os mesmos átomos são contados antes e depois.

Observação 12.13 (Contar as moléculas)

A equação por extenso não diz quantas moléculas reagem: para isso, a equação é escrita com fórmulas e com números na frente delas. Escrever essas equações, e encontrar os números certos, é o assunto de um capítulo mais adiante.

12.5 Exercícios

Exercício 12.1 ★

Transformação física ou química? O gelo derretendo, um fósforo queimando, o açúcar se dissolvendo, o pão torrando, um prego enferrujando.

Solução

Solução de Exercício 12.1.

Físicas: o gelo derretendo, o açúcar se dissolvendo. Químicas: um fósforo queimando, o pão torrando, um prego enferrujando.

Exercício 12.3 ★

Escreva a equação por extenso da queima do carbono no oxigênio.

Solução

Solução de Exercício 12.3.

carbono ++ oxigênio ⟶\longrightarrow dióxido de carbono.

Exercício 12.5 ★★

Quando o metano queima, um copo frio segurado acima da chama fica embaçado, e o gás recolhido turva a água de cal. Que produtos esses dois testes mostram?

Solução

Solução de Exercício 12.5.

O embaçado mostra a água; a água de cal leitosa mostra o dióxido de carbono.

Exercício 12.6 ★★

O zinco reage com o ácido clorídrico: o zinco desaparece, bolhas de hidrogênio são liberadas, e o cloreto de zinco fica na solução. Escreva a equação por extenso.

Solução

Solução de Exercício 12.6.

zinco ++ ácido clorídrico ⟶\longrightarrow cloreto de zinco ++ hidrogênio.

Exercício 12.7 ★★

Olhe a figura com os modelos do metano queimando. Conte os átomos de hidrogênio antes e depois da reação.

Solução

Solução de Exercício 12.7.

Antes: 4 (na molécula de metano). Depois: 2+2=42 + 2 = 4 (dois em cada molécula de água).

Exercício 12.8 ★★

Por que dissolver sal na água não é uma reação química, embora o sal suma da vista?

Solução

Solução de Exercício 12.8.

Não aparece nenhuma espécie nova: o sal continua lá, espalhado pela água, e é recuperado fazendo a água evaporar. É uma transformação física.

Exercício 12.9 ★★

Uma tora de madeira queima até virar um montinho de cinza. Explique, usando a palavra “produtos”, por que a cinza é tão mais leve do que a tora.

Solução

Solução de Exercício 12.9.

A maior parte da madeira reagiu com o oxigênio e deu produtos que são gases, o dióxido de carbono e o vapor de água, que vão embora para o ar. Só a cinza fica.

Exercício 12.10 ★★

O hidrogênio queima no oxigênio e dá apenas água. Escreva a equação por extenso, e diga que teste identificaria o produto.

Solução

Solução de Exercício 12.10.

hidrogênio ++ oxigênio ⟶\longrightarrow água. O produto deixa azul o sulfato de cobre anidro.

Exercício 12.11 ★★★

Duas moléculas de hidrogênio HX2\ce{H2} reagem com uma molécula de oxigênio OX2\ce{O2} e dão duas moléculas de água HX2O\ce{H2O}. Conte os átomos de cada tipo antes e depois, e mostre que nenhum foi criado ou destruído.

Solução

Solução de Exercício 12.11.

Antes: 2×2=42 \times 2 = 4 átomos de hidrogênio e 2 átomos de oxigênio. Depois: duas moléculas de água contêm 2×2=42 \times 2 = 4 átomos de hidrogênio e 2×1=22 \times 1 = 2 átomos de oxigênio. Os mesmos átomos, nos mesmos números.

Exercício 12.12 ★★★

Um aluno desenha a queima do carbono assim: um átomo de carbono ++ uma molécula de oxigênio ⟶\longrightarrow uma molécula de dióxido de carbono e um átomo de oxigênio que sobra. O que está errado nesse desenho? Descreva em palavras o desenho correto.

Solução

Solução de Exercício 12.12.

Um átomo de oxigênio não pode surgir do nada: o desenho tem 2 átomos de oxigênio antes e 3 depois. O correto: um átomo de carbono ++ uma molécula de oxigênio ⟶\longrightarrow uma molécula de dióxido de carbono, sem nada sobrando.

12.6 Problema: dentro da chama de um fogão a gás

Problema 12.1

Problema de fim de semana — o que queima na chama de um fogão a gás, o que ela produz e quantas moléculas participam

O gás de um fogão de cozinha é principalmente metano, CHX4\ce{CH4}. Na chama azul, o metano reage com o oxigênio do ar. Num laboratório, o professor segura por alguns segundos um béquer frio e seco, de boca para baixo, acima de uma chama assim; depois desvira o béquer, despeja nele um pouco de água de cal e o sacode.

Parte I — Reagentes e produtos.

  1. Dê o nome dos dois reagentes dessa reação.
  2. Aparecem gotinhas dentro do béquer frio; uma delas deixa azul o sulfato de cobre anidro. Que produto isso mostra?
  3. A água de cal fica leitosa. Que outro produto isso mostra?
  4. O ar também contém nitrogênio, que atravessa a chama sem mudar. O nitrogênio é um reagente? Ele deve aparecer na equação por extenso?

Parte II — A equação por extenso.

  1. Escreva a equação por extenso da reação.
  2. A queima do metano é uma transformação física ou química? Dê duas razões.
  3. Escreva as fórmulas das quatro espécies da reação.

Parte III — Contar as moléculas. Cada molécula de metano que queima reage com duas moléculas de oxigênio e dá uma molécula de dióxido de carbono e duas moléculas de água.

  1. Conte os átomos de carbono, de hidrogênio e de oxigênio numa molécula de metano e em duas moléculas de oxigênio, juntas.
  2. Conte-os numa molécula de dióxido de carbono e em duas moléculas de água, juntas. O que você observa?
  3. A chama queima 10 moléculas de metano. Quantas moléculas de oxigênio ela consome?
  4. Quantas moléculas de dióxido de carbono ela produz?
  5. Quantas moléculas de água ela produz?
Solução

Solução de Problema 12.1.

1. O metano e o oxigênio.

2. A água.

3. O dióxido de carbono.

4. Não: ele não é consumido, e não é escrito na equação por extenso.

5. metano ++ oxigênio ⟶\longrightarrow dióxido de carbono ++ água.

6. Química: duas espécies desaparecem (o metano e o oxigênio), e duas espécies novas aparecem, detectadas por testes; além disso, há liberação de calor e de luz.

7. CHX4\ce{CH4}, OX2\ce{O2}, COX2\ce{CO2}, HX2O\ce{H2O}.

8. 1 de carbono, 4 de hidrogênio, 2×2=42 \times 2 = 4 de oxigênio.

9. 1 de carbono; 2×2=42 \times 2 = 4 de hidrogênio; 2+2×1=42 + 2 \times 1 = 4 de oxigênio. Os mesmos átomos, nos mesmos números: eles só foram rearranjados.

10. 10×2=2010 \times 2 = 20 moléculas de oxigênio.

11. 10 moléculas de dióxido de carbono.

12. 10×2=2010 \times 2 = 20 moléculas de água.

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