As equações químicas

O crescimento de uma criança, a produção de polímeros a partir do petróleo e a digestão da comida são o resultado de reações químicas, processos nos quais uma ou mais substâncias se convertem em outras substâncias. Este tipo de processo é uma mudança química. Os materiais iniciais são chamados de reagentes. As substâncias formadas são chamadas de produtos. Os produtos químicos disponíveis no laboratório também são chamados de reagentes.

A representação das reações químicas

Uma reação química é simbolizada por uma seta: $$\ce{ reagentes -> produtos }$$ O sódio, por exemplo, é um metal mole e brilhante, que reage vigorosamente com água. Quando uma pequena quantidade do metal sódio é colocada em um recipiente com água, ocorre uma reação violenta, com formação rápida de gás hidrogênio e hidróxido de sódio que permanece em solução. Esta reação pode ser descrita como: $$\ce{ Na + H2O -> NaOH + H2 }$$ Esse tipo de expressão é chamado de equação simplificada, porque mostra o essencial da reação (as identidades dos reagentes e dos produtos) em termos de fórmulas químicas. Uma equação simplificada é um resumo qualitativo de uma reação química.

As equações químicas balanceadas

Para resumir as reações quantitativamente, é preciso reconhecer que os átomos não são criados nem destruídos em uma reação química: eles simplesmente mudam de parceiros. A principal evidência para essa conclusão é que não há mudança na massa total quando uma reação ocorre em um recipiente selado. A observação de que a massa total é constante durante uma reação química é chamada de lei de conservação das massas. Uma vez que átomos não podem ser criados ou destruídos, as fórmulas químicas de uma equação simplificada precisam ser multiplicadas por fatores que igualem os números de determinado átomo em cada lado da seta. Diz-se que a expressão resultante está balanceada e é chamada de equação química. Então, a equação balanceada é $$\ce{ 2 Na + 2 H2O -> 2 NaOH + H2 }$$ Agora, existem quatro átomos de $\ce{H}$, dois átomos de $\ce{H}$ e dois átomos de $\ce{O}$ em cada lado da equação, de acordo, portanto, com a lei de conservação das massas. Os números que multiplicam todas as fórmulas químicas de uma equação química (por exemplo, o $2$ que multiplica $\ce{H2O}$) são denominados coeficientes estequiométricos da substância. Um coeficiente $1$ (como no caso de $\ce{H2}$) não é escrito explicitamente.

Uma equação química normalmente indica também o estado físico de cada reagente e produto, usando um símbolo associado aos estados da matéria: sólido (s), líquido (l), gás (g) e solução em água (aq). Para a reação entre o sódio e a água líquida, por exemplo, a equação química completa e balanceada é, portanto, $$\ce{ 2 Na(s) + 2 H2O(l) -> 2 NaOH(aq) + H2(g) }$$ Quando é importante enfatizar que uma reação requer temperatura elevada, a letra grega $\Delta$ (delta) é escrita sobre a seta. Assim, por exemplo, a conversão de calcário em cal ocorre em cerca de $\pu{800 \degree C}$ e podemos escrever $$\ce{ CaCO3(s) ->[$\Delta$] CaO(s) + CO2(g) }$$ Algumas vezes, um catalisador, uma substância que acelera uma reação mas não é consumida, é adicionado. Assim, o pentóxido de vanádio, $\ce{V2O5}$, é um catalisador usado em uma etapa do processo industrial de produção de ácido sulfúrico. A presença de um catalisador é indicada escrevendo-se a fórmula do catalisador sobre a seta da reação: $$\ce{ 2 SO2(g) + O2(g) ->[V2O5] 2 SO3(g) }$$

O balanceamento das equações químicas

Uma boa estratégia para equações mais complexas consiste em balancear um elemento por vez, começando com aquele que aparece no menor número de fórmulas, e balanceando os elementos não combinados no final.

Por exemplo, suponha que você precise balancear a equação da combustão do metano. A combustão se refere à queima no ar, mais especificamente, à reação com oxigênio molecular. Neste caso, os produtos são o dióxido de carbono e a água. Primeiro, escreva a equação simplificada: $$\ce{ CH4 + O2 -> CO2 + H2O }$$ É mais fácil balancear inicialmente o carbono e o hidrogênio, deixando o oxigênio para o final. Depois de balancear a equação, especifique os estados da matéria. Se água for produzida nas condições do experimento, a equação é escrita como: $$\ce{ CH4(g) + 2 O2(g) -> CO2(g) + 2 H2O(g) }$$