Reações químicas

Moléculas — como as que compõem o seu corpo — são apenas coleções de átomos mantidos juntos por ligações químicas. Em muitos aspectos, eles parecem muito os projetos de construção de Tinkertoy®. Na verdade, se você fizer química orgânica, você provavelmente vai comprar um conjunto de modelos que parece suspeitosamente semelhante aos Tinkertoys®:

Assim como você pode colocar as rodas Tinkertoy® juntas de maneiras diferentes, usando varas conectoras diferentes, você também pode colocar átomos juntos de diferentes maneiras, formando diferentes conjuntos de ligações químicas. O processo de reorganização de átomos pela quebra de um conjunto de ligações químicas e formação de um novo conjunto é conhecido como uma reação química.

As reações químicas ocorrem quando as ligações químicas entre os átomos são formadas ou quebradas. As substâncias que fazem parte de uma reação química são chamadas de reagentes, e as substâncias produzidas ao final da reação são conhecidas como produtos. Há uma seta desenhada entre os reagentes e os produtos para indicar a direção da reação química, apesar de que uma reação química não é sempre "uma rua de mão única", como nós iremos ver mais a frente nessa seção.

Por exemplo, a reação de quebra da água oxigenada (peróxido de hidrogênio) ($\text{H}_{2}$start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript$\text{O}_{2}$start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript) em água e oxigênio pode ser escrita como:

$2 \text{H}_{2}$2, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript$\text{O}_{2} \text{(peróxido de hidrogênio)}$start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, left parenthesis, p, e, r, o, with, \', on top, x, i, d, o, space, d, e, space, h, i, d, r, o, g, e, with, \^, on top, n, i, o, right parenthesis, end text $\rightarrow$right arrow $2\text{H}_{2}\text O \text{(água)}$2, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, start text, left parenthesis, a, with, \', on top, g, u, a, right parenthesis, end text + $\text{O}_{2}\text{(oxigênio)}$start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, left parenthesis, o, x, i, g, e, with, \^, on top, n, i, o, right parenthesis, end text

Neste exemplo, o peróxido de hidrogênio é o nosso reagente, e ele se divide em água e oxigênio, nossos produtos. Os átomos que começaram em moléculas de peróxido de hidrogênio são reorganizados para formar as moléculas de água ($\text{H}_{2}\text O$start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text) e as moléculas de oxigênio ($\text O_2$start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript).

Você deve ter notado os números extras na equação química acima: os $2$2s na frente de peróxido de hidrogênio e água. Estes números são chamados coeficientes e eles nos dizem quantas de cada molécula participam na reação. Eles devem ser incluídos para tornar nossa equação equilibrada, significando que o número de átomos de cada elemento é o mesmo nos dois lados da equação.

As equações devem ser equilibradas para refletir a lei de conservação da matéria, que afirma que átomos não são criados ou destruídos no decorrer de uma reação química normal. Você pode aprender mais sobre o balanceamento de reações no tutorial de balanceamento de equações químicas .

Algumas reações químicas simplesmente ocorrem em uma direção até que os reagentes se esgotem. Estas reações são chamadas irreversíveis. Outras reações, no entanto, são classificadas como reversíveis. Reações reversíveis podem ir em ambos os sentidos, para a frente e para trás.

Em uma reação reversível, reagentes transformam-se em produtos, mas produtos também podem voltar a ser reagentes. Na verdade, a reação direta e a reação oposta ocorrerão ao mesmo tempo. Isto continua até atingir um certo equilíbrio relativo entre reagentes e produtos — um estado chamado equilíbrio. No estado de equilíbrio, as reações para frente e para trás ainda estão acontecendo, mas as concentrações relativas de produtos e reagentes não mudam mais.

Cada reação tem seu próprio ponto de equilíbrio característico, que podemos descrever com um número chamado constante de equilíbrio. Para saber de onde vem a constante de equilíbrio e como calculá-la para uma reação específica, confira o tópico equilíbrio.

Quando uma reação é classificada como reversível, ela é normalmente escrita com setas emparelhadas para frente e para trás para mostrar que pode acontecer nos dois sentidos. Por exemplo, no sangue humano, os íons de hidrogênio ($\text H^+$start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript) em excesso se ligam a íons bicarbonato ($\text{HCO}_{3}$start text, H, C, O, end text, start subscript, 3, end subscript$^{-}$start superscript, minus, end superscript), formando o ácido carbônico ($\text{H}_{2}$start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript$\text{CO}_{3}$start text, C, O, end text, start subscript, 3, end subscript):

$\text{HCO}_{3}$start text, H, C, O, end text, start subscript, 3, end subscript$^{-}$start superscript, minus, end superscript + $\text{H}^{+}$start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript $\rightleftharpoons$\rightleftharpoons $\text{H}_{2}$start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript$\text{CO}_{3}$start text, C, O, end text, start subscript, 3, end subscript

Visto que esta é uma reação reversível, se o ácido carbônico for adicionado ao sistema, um pouco dele seria transformado em bicarbonato e íons de hidrogênio para restabelecer o equilíbrio. Na verdade, este sistema de tampão desempenha um papel fundamental na manutenção de seu pH sanguíneo estável e saudável.