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 lista os átomos de uma molécula (Capítulo 11).
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.
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.
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.
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 dióxido de carbono |
| metano oxigênio dióxido de carbono água |
| ferro oxigênio óxido de ferro |
Método 12.10 (Escrever uma equação por extenso)
- Encontre os reagentes: as espécies que desaparecem.
- Encontre os produtos: as espécies novas, identificadas por testes.
- 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 encontra duas moléculas de oxigênio . Os átomos delas se rearranjam numa molécula de dióxido de carbono e duas moléculas de água . Antes: 1 átomo de carbono, 4 de hidrogênio e 4 de oxigênio. Depois: 1 de carbono, 4 de hidrogênio e de oxigênio. Nada se perde, nada aparece do nada.
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 12.2 ★
O que são os reagentes e os produtos de uma reação química?
Exercício 12.3 ★
Escreva a equação por extenso da queima do carbono no oxigênio.
Solução
Solução de Exercício 12.3.
carbono oxigênio dióxido de carbono.
Exercício 12.4 ★
Na equação por extenso “ferro oxigênio óxido de ferro”, diga quais são os reagentes e qual é o produto.
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 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.
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.
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 água. O produto deixa azul o sulfato de cobre anidro.
Exercício 12.11 ★★★
Duas moléculas de hidrogênio reagem com uma molécula de oxigênio e dão duas moléculas de água . Conte os átomos de cada tipo antes e depois, e mostre que nenhum foi criado ou destruído.
Exercício 12.12 ★★★
Um aluno desenha a queima do carbono assim: um átomo de carbono uma molécula de oxigênio 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.
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, . 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.
- Dê o nome dos dois reagentes dessa reação.
- Aparecem gotinhas dentro do béquer frio; uma delas deixa azul o sulfato de cobre anidro. Que produto isso mostra?
- A água de cal fica leitosa. Que outro produto isso mostra?
- 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.
- Escreva a equação por extenso da reação.
- A queima do metano é uma transformação física ou química? Dê duas razões.
- 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.
- Conte os átomos de carbono, de hidrogênio e de oxigênio numa molécula de metano e em duas moléculas de oxigênio, juntas.
- Conte-os numa molécula de dióxido de carbono e em duas moléculas de água, juntas. O que você observa?
- A chama queima 10 moléculas de metano. Quantas moléculas de oxigênio ela consome?
- Quantas moléculas de dióxido de carbono ela produz?
- 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 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. , , , .
8. 1 de carbono, 4 de hidrogênio, de oxigênio.
9. 1 de carbono; de hidrogênio; de oxigênio. Os mesmos átomos, nos mesmos números: eles só foram rearranjados.
10. moléculas de oxigênio.
11. 10 moléculas de dióxido de carbono.
12. moléculas de água.