Considerações de energia
Energia desempenha um papel fundamental nos processos químicos. De acordo com a visão moderna das reações químicas, ligações entre átomos nos reagentes deve ser quebrado, e os átomos ou pedaços de moléculas são reagrupados em produtos formando novos laços. A energia é absorvida para quebrar os laços e a energia é desenvolvida à medida que os laços são feitos. Em algumas reações, a energia necessária para quebrar as ligações é maior do que a energia desenvolvida ao fazer novas ligações, e o resultado líquido é a absorção de energia. Tal reação é considerada endotérmica se a energia estiver na forma de calor. O oposto de endotérmico é exotérmico; em uma reação exotérmica, a energia à medida que o calor é desenvolvido. Os termos mais gerais exoérgico (energia evoluída) e endoérgico (energia necessária) são usados quando outras formas de energia além do calor estão envolvidas.
Muitas reações comuns são exotérmicas. A formação de compostos a partir do constituir elementos é quase sempre exotérmico. Formação de água a partir de hidrogênio e oxigênio e a formação de um metal óxido como cálcio óxido (CaO) de cálcio-metal e gás oxigênio são exemplos. Entre as reações exotérmicas amplamente reconhecíveis está a combustão de combustíveis (como a reação de metano com o oxigênio mencionado anteriormente).
A formação de cal apagada (hidróxido de cálcio, Ca (OH)dois) quando a água é adicionada à cal (CaO) é exotérmica.CaO (s) + H2O (l) → Ca (OH)dois(s)Essa reação ocorre quando água é adicionada ao cimento Portland seco para fazer concreto, e a evolução da energia de calor como calor é evidente porque a mistura se torna quente.
Nem todas as reações são exotérmicas (ou exoérgicas). Uns poucos compostos , tal como óxido nítrico (NO) e hidrazina (NdoisH4), requerem entrada de energia quando são formados a partir dos elementos. A decomposição do calcário (CaCO3) fazer cal (CaO) também é um processo endotérmico; é necessário aquecer o calcário a uma temperatura elevada para que essa reação ocorra.Ladrão3(s) → CaO (s) + COdois(g)A decomposição da água em seus elementos pelo processo de eletrólise é outro processo endoérgico. Elétrico a energia é usada em vez da energia térmica para realizar essa reação.2 HdoisO (g) → 2 Hdois(g) + Odois(g)Geralmente, a evolução do calor em uma reação favorece a conversão de reagentes em produtos. Contudo, entropia é importante para determinar a favorabilidade de uma reação. Entropia é uma medida do número de maneiras pelas quais a energia pode ser distribuída em qualquer sistema. A entropia é responsável pelo fato de que nem toda energia disponível em um processo pode ser manipulada para fazer trabalhos .
Uma reação química favorecerá a formação de produtos se a soma das mudanças na entropia para o sistema de reação e seus arredores for positiva. Um exemplo é queimar madeira. A madeira tem baixa entropia. Quando a madeira queima, ela produz cinzas, bem como as substâncias de alta entropia dióxido de carbono gás e vapor de água. A entropia do sistema de reação aumenta durante a combustão. Tão importante quanto, a energia térmica transferida pela combustão para o ambiente aumenta a entropia no ambiente. O total de mudanças de entropia para as substâncias na reação e arredores é positivo, e a reação é favorável ao produto.
Quando o hidrogênio e o oxigênio reagem para formar água, a entropia dos produtos é menor que a dos reagentes. Compensando essa diminuição na entropia, no entanto, está o aumento na entropia do ambiente devido ao calor transferido a ele pela reação exotérmica. Novamente, por causa do aumento geral da entropia, a combustão do hidrogênio é favorecida pelo produto.
Considerações cinéticas
As reações químicas geralmente precisam de uma entrada inicial de energia para iniciar o processo. Embora a combustão de madeira, papel ou metano seja um processo exotérmico, um fósforo aceso ou uma faísca é necessária para iniciar essa reação. A energia fornecida por um fósforo surge de uma reação química exotérmica que é ela própria iniciada pelo calor de atrito gerado ao esfregar o fósforo em uma superfície adequada.
Em algumas reações, a energia para iniciar uma reação pode ser fornecida por luz . Numerosas reações em terra 'S atmosfera estão fotoquímica , ou reações impulsionadas pela luz, iniciadas pela radiação solar. Um exemplo é a transformação de ozônio (OU3) em oxigênio (Odois) na troposfera. A absorção de luz ultravioleta ( h ν) do sol para iniciar esta reação evita que a radiação de alta energia potencialmente prejudicial alcance a superfície da Terra.
química do ozônio Visão esquemática da química do ozônio em um ambiente de oxigênio puro. A luz ultravioleta é representada por h ν. Encyclopædia Britannica, Inc.
Para que uma reação ocorra, não é suficiente que seja energeticamente favorecida pelo produto. A reação também deve ocorrer a uma taxa observável. Vários fatores influenciam taxas de reação , incluindo as concentrações de reagentes, a temperatura e a presença de catalisadores . A concentração afeta a taxa na qual as moléculas reagentes colidem, um pré-requisito para qualquer reação. A temperatura é influente porque as reações ocorrem apenas se as colisões entre as moléculas do reagente forem suficientemente energéticas. A proporção de moléculas com energia suficiente para reagir está relacionada à temperatura. Catalisadores afetar as taxas, fornecendo um caminho de energia mais baixo pelo qual uma reação pode ocorrer. Entre os catalisadores comuns estão precioso compostos de metal usados em sistemas de exaustão automotivos que aceleram a decomposição de poluentes como dióxido de nitrogênio em nitrogênio e oxigênio inofensivos. Uma grande variedade de catalisadores bioquímicos também são conhecidos, incluindo clorofila em plantas (que facilita a reação pela qual o dióxido de carbono atmosférico é convertido em moléculas orgânicas complexas, como glicose ) e muitos catalisadores bioquímicos chamados enzimas . O enzima pepsina, por exemplo, auxilia na separação de grandes proteína moléculas durante a digestão.
Classificação de reações químicas
Os químicos classificam as reações de várias maneiras: (a) pelo tipo de produto, (b) pelos tipos de reagentes, (c) pelo resultado da reação e (d) pelo mecanismo da reação. Freqüentemente, uma determinada reação pode ser classificada em duas ou até três categorias.
Classificação por tipo de produto
Reações formadoras de gás
Muitas reações produzem um gás como dióxido de carbono ,sulfato de hidrogênio(HdoisS), amônia (PEQUENO3), oudióxido de enxofre(TÃOdois) Um exemplo de reação de formação de gás é aquela que ocorre quando um metal carbonato como cálcio carbonato (CaCO3, o principal componente do calcário, conchas do mar e mármore) é misturado com ácido clorídrico (HCl) para produzir dióxido de carbono.Ladrão3(s) + 2 HCl (aq) → CaCldois(aq) + COdois(g) + HdoisO (l)Nesta equação, o símbolo (aq) significa que um composto está em uma solução aquosa ou aquosa.
O aumento da massa do bolo é causado por uma reação de formação de gás entre um ácido e bicarbonato de sódio, sódio hidrogênio carbonato (bicarbonato de sódio, NaHCO3) Ácido tartárico (C4H6OU6), um ácido encontrado em muitos alimentos, costuma ser o reagente ácido.C4H6OU6(aq) + NaHCO3(aq) → NaC4H5OU6(aq) + HdoisO (l) + COdois(g)Nesta equação, NaC4H5OU6é tartarato de sódio.
massa de pão crescendo Massa de pão crescendo, uma reação de formação de gás entre o ácido tartárico e o bicarbonato de sódio. Mara Zemgaliete / Fotolia
A maioria dos fermentos em pó contém ácido tartárico e hidrogenocarbonato de sódio, que são mantidos separados usando amido como um enchimento. Quando o fermento em pó é misturado à massa úmida, o ácido e o hidrogenocarbonato de sódio se dissolvem levemente, o que permite que eles entrem em contato e reajam. O dióxido de carbono é produzido e a massa sobe.
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