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2.8: Reações Químicas
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Chemical Reactions
 
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2.8: Chemical Reactions

2.8: Reações Químicas

Overview

A chemical reaction is a process by which the bonds in the atoms of substances are rearranged to generate new substances. Matter cannot be created or destroyed in a chemical reaction—the same type and number of atoms that make up the reactants are still present in the products. Merely the rearrangement of chemical bonds produces new compounds.

Chemical Reactions Rearrange Atoms into New Substances

A chemical reaction takes starting materials—the reactants—and changes them into different substances—the products. The identities of the elements are the same on both sides of the equation, but they are arranged in different substances after the reaction takes place. In chemical reactions, the bonds between the atoms are broken and reformed which means that the shared electrons among the atoms are rearranged. Reactions can be spontaneous, or they might only occur in the presence of an energy source—such as heat or light. Additionally, macromolecules can act as enzymes—catalysts that greatly speed up chemical reactions. Most biological reactions would take far too long to complete without enzymes.

Chemical Reactions Can be Permanent or Reversible

Some types of reactions will proceed irreversibly until all of the reactants are used up, while others are reversible, with the products able to be converted back into the reactants if conditions change. Certain types of chemical reactions, such as combustion reactions or precipitation reactions that form a solid product from two dissolved substances, typically only proceed in one direction. An example of an irreversible reaction is the combustion of hydrocarbon fuel in the presence of atmospheric oxygen, which produces heat and light energy, carbon dioxide gas, and water. Other reactions occur in either direction until the reactants and products are at equilibrium—the point at which there is no net change in reactants or products.

The Law of Conservation of Matter and Balanced Chemical Equations

In a chemical reaction, matter cannot be created or destroyed, a principle known as the Law of Conservation of Matter. However, the products that are formed often contain different ratios of atoms than the reactants. A balanced chemical equation accounts for all of the atoms on both sides of the equation by adding coefficients to the products and reactants until the total number of each type of atom is equal on both sides of the equation. A coefficient applies to all the atoms in a compound, much like a mathematical coefficient applies to all of the variables contained in a parenthetical statement. For example, the reaction that generates water from hydrogen and oxygen gases is:

H2 + O2 → H2O

In this unbalanced equation, there are two hydrogen atoms on each side, but there are unequal numbers of oxygen atoms. To balance the equation, coefficients are added so that there are equal numbers of hydrogen and oxygen atoms on both sides:

2H2 + O2 → 2H2O

In the balanced equation, there are a total of four hydrogen atoms and two oxygen atoms on each side of the equation.

Chemical Reactions Power Cells

Two important processes that power much of all life on Earth are photosynthesis, which converts sunlight into the six-carbon sugar glucose, and cellular respiration, which converts glucose into usable energy. Both these essential reactions are, at their core, a pair of complementary chemical reactions. Photosynthetic organisms use the energy from sunlight to convert carbon dioxide and water into sugar and molecular oxygen. Cellular respiration is then used by all aerobic organisms to break down that sugar—whether they made it or consumed it—in the presence of oxygen to produce energy for all of their basic needs.

Visão geral

Uma reação química é um processo pelo qual as ligações nos átomos de substâncias são reorganizadas para gerar novas substâncias. A matéria não pode ser criada ou destruída em uma reação química — o mesmo tipo e número de átomos que compõem os reagentes ainda estão presentes nos produtos. Apenas o rearranjo de ligações químicas produz novos compostos.

Reações químicas reorganizam átomos em novas substâncias

Uma reação química pega materiais iniciais — os reagentes — e os transforma em diferentes substâncias — os produtos. As identidades dos elementos são as mesmas em ambos os lados da equação, mas são dispostas em diferentes substâncias após a reação ocorrer. Em reações químicas, as ligações entre os átomos são quebradas e reformadas, o que significa que os elétrons compartilhados entre os átomos são reorganizados. As reações podem ser espontâneas, ou só podem ocorrer na presença de uma fonte de energia — como calor ou luz. Além disso, macromoléculas podem atuar como enzimas — catalisadores que aceleram muito as reações químicas. A maioria das reações biológicas levaria muito tempo para ser concluída sem enzimas.

Reações Químicas Podem ser Permanentes ou Reversíveis

Alguns tipos de reações procedem irreversivelmente até que todos os reagentes sejam usados, enquanto outros são reversíveis, com os produtos capazes de ser convertidos de volta aos reagentes se as condições mudarem. Certos tipos de reações químicas, como reações de combustão ou reações de precipitação que formam um produto sólido de duas substâncias dissolvidas, normalmente só procram em uma direção. Um exemplo de reação irreversível é a combustão de combustível de hidrocarbonetos na presença de oxigênio atmosférico, que produz calor e energia leve, gás dióxido de carbono e água. Outras reações ocorrem em qualquer direção até que os reagentes e produtos estejam em equilíbrio — o ponto em que não há alteração líquida de reagentes ou produtos.

A Lei de Conservação da Matéria e Equações Químicas Equilibradas

Em uma reação química, a matéria não pode ser criada ou destruída, um princípio conhecido como Lei de Conservação da Matéria. No entanto, os produtos formados muitas vezes contêm proporções diferentes de átomos do que os reagentes. Uma equação química equilibrada explica todos os átomos em ambos os lados da equação adicionando coeficientes aos produtos e reagentes até que o número total de cada tipo de átomo seja igual em ambos os lados da equação. Um coeficiente se aplica a todos os átomos em um composto, assim como um coeficiente matemático se aplica a todas as variáveis contidas em uma declaração parêntese. Por exemplo, a reação que gera água a partir de gases de hidrogênio e oxigênio é:

H2 + O2 → H2O

Nesta equação desequilibrada, há dois átomos de hidrogênio em cada lado, mas há um número desigual de átomos de oxigênio. Para equilibrar a equação, os coeficientes são adicionados para que haja um número igual de átomos de hidrogênio e oxigênio em ambos os lados:

2H2 + O2 → 2H2O

Na equação equilibrada, há um total de quatro átomos de hidrogênio e dois átomos de oxigênio em cada lado da equação.

Células de energia de reações químicas

Dois processos importantes que alimentam grande parte de toda a vida na Terra são a fotossíntese, que converte a luz solar na glicose de açúcar de seis carbonos, e a respiração celular, que converte glicose em energia utilizável. Ambas as reações essenciais são, em seu núcleo, um par de reações químicas complementares. Organismos fotossintéticos usam a energia da luz solar para converter dióxido de carbono e água em açúcar e oxigênio molecular. A respiração celular é então usada por todos os organismos aeróbicos para quebrar esse açúcar — seja eles que o fizeram ou o consumiram — na presença de oxigênio para produzir energia para todas as suas necessidades básicas.

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