Reações Químicas: Conceitos, Classificações e Cinética

Reação Química

A reação química ou mudança química é qualquer processo químico no qual duas ou mais substâncias (chamadas reagentes), sob o efeito de um fator de energia, se transformam em outras substâncias chamadas produtos.

Equação Química

A equação química é a representação simbólica de uma reação química.

Classificação das Reações Químicas

Pela forma como ocorrem

• Síntese ou Adição: os elementos reagem para formar um único composto.
• Decomposição: aquelas em que um composto se divide em duas ou mais substâncias.
• Substituição (Simples Troca): quando um elemento reage com um composto e desloca um elemento deste para formar uma nova substância.
• Dupla Troca: quando dois reagentes permutam entre si dois elementos, formando dois novos compostos.

Pela sua velocidade

• Instantâneas: reações que ocorrem em um intervalo de tempo muito curto.
• Não instantâneas: são reações que levam mais tempo para se processarem.

Pela sua energia

• Endotérmicas: são reações que absorvem energia.
• Exotérmicas: são reações que liberam energia.

Energia de Ativação

A energia de ativação ( ) em química e biologia é a energia mínima necessária para que um sistema inicie um processo particular. A energia de ativação é usada frequentemente para denotar o mínimo de energia necessária para produzir uma determinada reação química.

Mecanismo de Reação

O mecanismo de reação é o conjunto de estágios ou estados que compõem uma reação química. Os mecanismos de reação estão ligados à cinética e à dinâmica química.

Taxa de Reação

A taxa de reação é definida como a quantidade de substância que reage por unidade de tempo. Por exemplo, a oxidação do ferro em condições atmosféricas é uma reação lenta que pode levar muitos anos, ¹ mas a combustão do butano em um incêndio é uma reação que acontece em uma fração de segundo.

Fatores que Afetam a Taxa de Reação

• Natureza da reação: Algumas reações são, por sua própria natureza, mais rápidas do que outras. O número de espécies reagentes, o estado físico das partículas (sólidos se movem muito mais lentamente do que gases ou substâncias em solução), a complexidade da reação e outros fatores podem influenciar bastante a velocidade.
• Concentração: A taxa de reação aumenta com a concentração, tal como descrito pela lei de velocidade e explicada pela teoria da colisão. Com o aumento da concentração dos reagentes, a frequência de colisões também aumenta.
• Pressão: A taxa de reações gasosas aumenta significativamente com a pressão, o que é equivalente ao aumento da concentração do gás. Para reações em fase condensada, a dependência da pressão é fraca e só se torna importante sob pressões muito altas.
• Ordem: A ordem da reação controla como a concentração (ou pressão) afeta a taxa de reação.
• Temperatura: Em geral, realizar uma reação a uma temperatura mais alta fornece mais energia ao sistema, o que aumenta a taxa de reação, provocando mais colisões entre as partículas. No entanto, a principal razão é que um número maior de partículas colide com a energia de ativação necessária, resultando em colisões eficazes. A influência da temperatura é descrita pela equação de Arrhenius. Como regra geral, as taxas de reação para muitas reações dobram a cada aumento de 10 °C, ³ embora o efeito possa variar. Por exemplo, o carvão queima na presença de oxigênio quando aquecido, mas é estável em temperatura ambiente, pois a taxa de reação é insignificante. O aumento da temperatura inicial permite o início da reação, que se mantém por ser exotérmica.
• A taxa de reação pode ser independente da temperatura (não-Arrhenius) ou diminuir com o aumento da temperatura (anti-Arrhenius). Reações sem barreira de ativação (como algumas reações de radicais) tendem a ser do tipo anti-Arrhenius.
• Solvente: Muitas reações ocorrem em solução, e as propriedades do solvente, assim como a força iônica, afetam a velocidade da reação.
• Radiação eletromagnética e intensidade da luz: A radiação eletromagnética pode acelerar reações ou torná-las espontâneas. Ao aumentar a intensidade da luz, as partículas absorvem mais energia, aumentando a taxa de reação. Por exemplo, o metano reage lentamente com o cloro no escuro, mas a reação pode ser explosiva sob luz solar intensa.
• Catalisador: A presença de um catalisador aumenta a velocidade da reação ao fornecer um caminho alternativo com menor energia de ativação. A platina, por exemplo, catalisa a combustão do hidrogênio com o oxigênio à temperatura ambiente.
• Isótopos: O efeito isotópico cinético gera taxas de reação diferentes para a mesma molécula se ela possuir isótopos diferentes (como hidrogênio e deutério), devido à diferença de massa.
• Superfície de contato: Em reações de catálise heterogênea, a taxa aumenta quando a área de superfície de contato aumenta, pois mais partículas ficam expostas aos reagentes.
• Mistura: A agitação ou mistura pode ter um forte efeito sobre a taxa de reação em sistemas homogêneos e heterogêneos.