CEEJA – QUÍMICA – CONTEÚDO PARA U. E. 07
O que acontece quando uma substância se transforma?
O QUE VAMOS APRENDER?
 O que acontece numa reação química
 O que são reagentes e produtos
 O que significa reagir
Todos os materiais são formados por átomos. Cada elemento tem um tipo de átomo,
que tem tamanho e massa fixos. Não é possível transformar o átomo de um elemento em
átomo de outro elemento. Os átomos são partículas muito pequenas.
Exercício 1
Escreva algumas propriedades do ferro e do oxigênio e mostre a diferença entre eles.
As substâncias simples são divididas em dois grupos: os metais e os não metais.
Exercício 2
Ordene as substâncias simples que você aprendeu até agora nos dois grupos: metais
e não metais.
Algumas substâncias são formadas por grupinhos de átomos. Esses grupinhos
chamam-se moléculas. Nas moléculas, os átomos estão ligados fortemente. As moléculas
podem ser formadas por átomos iguais ou diferentes. Existem moléculas pequenas, com
dois ou três átomos e existem moléculas com milhares de átomos.
As substâncias ao nosso redor são quase todas substâncias compostas.
Vamos pensar o que acontece quando as substâncias se transformam. Por
exemplo, o carvão é formado por milhões e milhões de átomos de carbono, que estão
todos ligados fortemente. O oxigênio do ar é formado por moléculas de oxigênio, que são
dois átomos de oxigênio também firmemente ligados.
Quando se queima o carvão ao ar livre, forma-se gás carbônico. O gás carbônico
se forma porque o átomo de carbono se liga aos átomos de oxigênio.
Forma uma nova substância, que é diferente do carbono e do oxigênio. As
propriedades do novo composto também são diferentes. O gás carbônico tem ponto de
ebulição diferente do ponto de ebulição do carbono e do oxigênio. O gás carbônico se
dissolve mais em água do que o oxigênio e o carbono.
Quando se queima o carvão num lugar fechado, forma-se monóxido de carbono.
Lembre-se que o monóxido de carbono tem um átomo de oxigênio e um átomo de
carbono. Você deve estar perguntando o que acontece com a molécula de oxigênio. Será
que ela se quebra? Mas, nas moléculas, os átomos não estão ligados bem fortemente?
É isso mesmo: apesar da ligação forte, a molécula de oxigênio se quebra e cada
átomo de oxigênio se liga a um átomo de carbono.
Na molécula de oxigênio, os átomos estão ligados com uma certa força. Se
aparecer por perto um outro átomo que tenha atração mais forte pelo oxigênio, este irá se
desligar de seu par e se ligar ao novo átomo.
Essa troca de átomos se chama reação química. Falamos que uma substância
reage com outra, quando os átomos dessa substância trocam de lugar com os átomos da
outra substância, resultando numa nova substância, que é diferente das duas que
reagiram.
1
Exercício 3
Dê dois exemplos de reação química.
Exercício 4
Mostre que as propriedades das substâncias que reagiram são diferentes das
propriedades da substância que se formou.
As substâncias que reagem chamam-se reagentes, e as substâncias que se
formam chamam-se produtos.
Exercício 5
Escreva os nomes dos reagentes e dos produtos das duas reações que você
escreveu no exercício 3.
Uma reação química nada mais é do que um rearranjo de átomos. Os átomos que
faziam parte dos reagentes passam a fazer parte dos produtos.
O monóxido de carbono, que é um gás muito tóxico, forma-se quando queimamos
carvão ou um outro combustível num lugar que tem pouco ar.
Quando queimamos o carvão na presença de muito ar, forma-se o gás carbônico,
também chamado dióxido de carbono. O prefixo di- quer dizer dois. Porque tem dois
átomos de oxigênio na molécula.
O que acontece na formação de uma molécula do gás carbônico, em que se juntam
um átomo de carbono e dois átomos de oxigênio? Será que a molécula de oxigênio se
liga diretamente ao átomo de carbono? Ou será que a molécula de oxigênio se quebra e
se liga ao átomo de carbono?
No caso do gás carbônico, apesar de ele ter dois átomos de oxigênio para um
átomo de carbono, não é a molécula inteira de oxigênio que se liga ao átomo de carbono.
Na verdade, o átomo de carbono fica entre os dois átomos de oxigênio.
E como será que dá para saber tudo isso de partículas tão pequenas? Se nem com
microscópio dá para ver?
Realmente é difícil saber o que se passa dentro da matéria. É por isso que no
curso de Química do Telecurso você viu primeiro o que acontece com as substâncias,
sem muitas explicações sobre o que se passa dentro da matéria.
Isso não quer dizer que os cientistas vivem tentando adivinhar. O conhecimento
que temos hoje é fruto de muita observação, de muita experiência e é claro de muito
pensar. Veja a seguir um exemplo de como o conhecimento das propriedades da matéria
nos ajuda a imaginar o que se passa no íntimo dela.
A água e o dióxido de carbono são duas substâncias formadas por três átomos. A
água é um líquido à temperatura ambiente e, para se transformar em vapor, é preciso
aquecê-la até 100ºC. Isso significa que seu ponto de ebulição é 100ºC. O dióxido de
carbono é um gás à temperatura ambiente e, para se transformar em líquido, é preciso
resfriá-lo até -78,5ºC. Isso significa que seu ponto de ebulição é -78,5ºC. Essas são
observações que qualquer pessoa pode fazer. Por que o dióxido de carbono já se
transforma em vapor a -78,5ºC e a água só a 100ºC? A explicação para essa diferença no
ponto de ebulição é que as moléculas da água líquida estão ligadas mais firmemente do
que as moléculas de dióxido de carbono líquido.
A ligação mais firme na água é por causa do modo como os três átomos estão
ligados na molécula. Na molécula da água, os três átomos formam um ângulo, enquanto
na molécula do dióxido de carbono os três átomos estão em linha reta.
Já sabemos muitas coisas sobre o comportamento das substâncias, mas ainda
temos muitas dúvidas.
O conhecimento que nós vamos acumulando, vamos organizando e usando para
produzir novos compostos.
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Você precisa saber
Reação química é a transformação de substâncias em outras substâncias. Essa
transformação acontece porque algumas ligações entre átomos são quebradas e
são formadas novas ligações.
Numa reação química ocorre a troca de átomos. Isto é, átomos que antes estavam
ligados entre si passam a se ligar a outros átomos.
Reagir significa que duas ou mais substâncias entraram em contato, resultando
outras substâncias por meio da troca de átomos.
Reagentes são as substâncias de partida numa reação química. São as
substâncias que vão reagir.
Produtos são as substâncias formadas numa reação química.
Numa reação química, reagentes transformam-se em produtos.
Quando colocamos duas substâncias juntas elas podem ficar apenas misturadas ou
podem se transformar, isto é, podem reagir.
Para acontecer uma reação entre duas substâncias, elas precisam entrar em contato
bem íntimo. As partículas das substâncias precisam se chocar para reagir.
Quanto mais íntimo for esse contato, melhor. Por isso, numa reação, em vez de pôr em
contato substâncias em pedaços grandes, o processo será mais rápido se elas estiverem
em pedaços pequenos. Por exemplo, a palha de aço enferruja muito mais rápido do que
uma chapa de ferro. É porque, na palha de aço, o contato do ferro com o oxigênio é mais
íntimo.
É por isso que as substâncias que estão no estado gasoso reagem mais rápido do que
quando estão na forma líquida ou sólida. Quando não existe o contato íntimo, a reação
pode levar anos para acontecer dando a impressão de que as substâncias não estão
reagindo.
Duas substâncias colocadas em contato podem não reagir se os átomos que as
formam se atraem muito fortemente e, por isso, a ligação entre esses átomos não se
quebra. Os átomos estão mais firmes na forma de reagentes do que na forma de produtos
e não trocam de lugar. Quando se colocam substâncias desse tipo uma na presença da
outra, mesmo que elas tenham um contato íntimo, elas não reagirão.
Exercício 6
O que é reação química?
Exercício 7
O que é reagente e o que é produto?
Exercício 8
Pode-se representar uma reação química, escrevendo o(s) nome(s) do(s) reagente(s) e
do(s) produto(s), separados por uma seta (→). Por exemplo: carbono + oxigênio →
dióxido de carbono
E se lê assim: “carbono reage com oxigênio, formando dióxido de carbono”.
Acompanhe o modelo, e represente as seguintes reações:
a) carbono reage com oxigênio, formando monóxido de carbono;
b) crômio reage com oxigênio, formando óxido de crômio;
c) ferro reage com oxigênio e água, formando óxido de ferro e hidróxido de ferro.
Exercício 9
Organize numa tabela os reagentes e os produtos do exercício 8.
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Exercício 10
A seguir estão representadas três reações químicas:
hidrogênio + oxigênio → água
carbonato de cálcio → óxido de cálcio + dióxido de carbono
óxido de ferro + carbono → ferro + dióxido de carbono
a) Escreva como se lê cada uma dessas reações.
b) Quando se escreve uma reação química, o que significam os sinais + e →?
Exercício 11
Considere as reações a seguir:
1) zinco + oxigênio → óxido de zinco
2) carbono + oxigênio → dióxido de carbono
3) óxido de ferro + carbono → ferro + dióxido de carbono
4) zinco + água → hidróxido de zinco + hidrogênio
Em qual reação se tem:
a) metal como reagente?
b) metal como produto?
c) gás hidrogênio como produto?
d) óxido como produto?
e) óxido como reagente?
f) água como reagente?
g) a queima do carvão?
h) substância(s) simples como reagente(s)?
i) substância(s) simples como produto(s)?
GABARITO
1. Ferro: sólido, metal, magnético; Oxigênio: gás, não-metal.
2. Metais: ferro, alumínio, cobre, zinco, crômio Não-metais: carbono, oxigênio, nitrogênio,
argônio
3. a) ferro reage com a água dando hidróxido de ferro e hidrogênio.
b) alumínio reage com o oxigênio, dando óxido de alumínio.
4. a) O ferro tem as propriedades de um metal. Conduz a eletricidade e o calor; é atraído
por um ímã. A água é um líquido que não pega fogo. O hidróxido de ferro é um pó que
não conduz a eletricidade e conduz mal o calor; não é atraído por um ímã. O hidrogênio é
um gás inflamável.
b) O alumínio é um metal cor de prata de baixo ponto de fusão. O oxigênio é um gás. O
óxido de alumínio é um sólido branco de alto ponto de fusão, que não tem propriedades
metálicas.
5. a) Reagentes: ferro e água.
Produtos: hidróxido de ferro e hidrogênio.
b) Reagentes: alumínio e oxigênio.
Produto: óxido de alumínio.
6. Reação química é um processo pelo qual as substâncias são transformadas em outras
substâncias, por meio da quebra de ligações entre seus átomos e formação de novas
ligações.
7. Reagente é a substância que reage, ou seja, que se transforma em outra(s)
substância(s). E produto é a substância formada na reação.
8. a) Carbono + oxigênio → monóxido de carbono
b) Crômio + oxigênio → óxido de crômio
4
c) Ferro + oxigênio + água → óxido de ferro + hidróxido de ferro
9.
10. a) Hidrogênio reage com oxigênio, formando água.
Carbonato de cálcio decompõe-se, ou se transforma, em óxido de cálcio e dióxido de
carbono.
Óxido de ferro reage com carbono formando ferro e dióxido de carbono.
b) O sinal positivo (+) significa que duas ou mais substâncias reagentes formam dois ou
mais produtos.
A seta (→) indica “forma-se”, “formando”, “transforma(m)-se em”.
11. a) Reação 1 → zinco
Reação 4 → zinco
b) Reação 3 → ferro
c) Reação 4 → hidrogênio
d) Reação 1 → óxido de zinco
Reação 2 → dióxido de carbono
Reação 3 → dióxido de carbono
e) Reação 3 → óxido de ferro
f) Reação 4 → zinco + água
g) Reação 2 → carbono + oxigênio
h) Reação 1 → zinco e oxigênio
Reação 2 → carbono e oxigênio
Reação 3 → carbono
Reação 4 → zinco
i) Reação 3 → ferro
Reação 4 → hidrogênio
Ligações químicas
É impossível se pensar em átomos como os constituintes básicos da matéria sem
se pensar em ligações químicas. Afinal, como podemos explicar que porções tão limitadas
de matéria, quanto os átomos, possam formar os corpos com que nos deparamos no
mundo macroscópico do dia-a-dia. Também é impossível se falar em ligações químicas
sem falarmos em elétrons. Afinal, se átomos vão se unir uns aos outros para originar
corpos maiores, nada mais sensato do que pensar que estes átomos entrarão em contato
entre si. Quando dois átomos entram em contato, o fazem a través das fronteiras das
suas eletrosferas, ou seja, de suas últimas camadas. Isso faz pensar que a última camada
de um átomo é a que determina as condições de formação das ligações químicas.
Em 1868, Kekulé e Couper, propuseram a utilização do termo valência para
explicar o poder de combinação de um átomo com outros. A valência de um dado
elemento é que determina as fórmulas possíveis ou não de compostos formados por ele.
A primeira situação seria entender por que dois ou mais átomos se ligam, formando
uma substância simples ou composta. Como, na natureza, os únicos átomos que podem
ser encontrados no estado isolado (moléculas monoatômicas) são os gases nobres, logo
5
se pensou que os demais átomos se ligariam entre si tentando alcançar a configuração
eletrônica do gás nobre mais próximo deles na tabela periódica. Todos os gases nobres,
com exceção do He, possuem 8 elétrons.
Esta maneira de pensar a ligação entre os átomos passou a ser conhecida por Teoria
do octeto, e foi proposta por Kossel e Lewis no início do século XX. Baseado nessa idéia, a
valência de um átomo passou a ser vista como a quantidade de elétrons que um átomo
deveria receber, perder ou compartilhar para tornar sua última camada (camada de valência)
igual a do gás nobre de número atômico mais próximo.
As ligações químicas podem ser classificadas em três categorias:
- Iônica
- Covalente normal e metálica
- Covalente dativa ou coordenada
Ligação Iônica
Como o próprio nome já diz, a ligação iônica ocorre com a formação de íons. A atração
entre os átomos que formam o composto é de origem eletrostática. Sempre um dos átomos
perde elétrons, enquanto o outro recebe. O átomo mais eletronegativo arranca os elétrons do
de menor eletronegatividade. Ocorre entre metais e não metais e entre metais e hidrogênio.
Átomo com facilidade para liberar os elétrons da última camada: metal
Átomo com facilidade de adicionar elétrons à sua última camada: não metal
A ligação iônica ocorre entre metais e não metais e entre metais e hidrogênio. Num
composto iônico, a quantidade de cargas negativas e positivas é igual.
A ligação entre o sódio (11Na) e o cloro (17Cl) é um exemplo característico de ligação
iônica. Observe a distribuição dos elétrons em camadas para os dois elementos:
Na 2 - 8 - 1
Cl 2 - 8 - 7
Para o cloro interessa adicionar um elétron à sua última camada, completando a
quantidade de oito elétrons nela. Ao sódio interessa perder o elétron de sua camada M, assim
a anterior passará a ser a última, já possuindo a quantidade necessária de elétrons. Na
representação da ligação, utilizamos somente os elétrons da última camada de cada átomo. A
seta indica quem cede e quem recebe o elétron. Cada elétron cedido deve ser simbolizado
por uma seta. Esta representação é conhecida por fórmula eletrônica ou de Lewis.
O sódio possuía inicialmente 11 prótons e 11 elétrons. Após a ligação, a quantidade de
prótons não se altera e a de elétrons passa a ser 10. O cloro que inicialmente possuía 17
prótons e 17 elétrons, tem sua quantidade de elétrons aumentada de uma unidade após a
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ligação. Com isso o sódio se torna um íon de carga 1+ e o cloro 1-. A força que mantém os
dois átomos unidos é de atração elétrica, ou seja, uma ligação muito forte. Como foram
utilizados um átomo de cada tipo, a fórmula do composto será NaCl.
De maneira análoga podemos observar a ligação entre o flúor (9F) e o alumínio (13Al).
O alumínio perde os três elétrons de sua última camada, pois a penúltima já possui os oito
elétrons necessários. Como o átomo de flúor possui 7 elétrons em sua última camada,
precisa de apenas mais um elétron. São necessários três átomos de flúor para acomodar
os três elétrons cedidos pelo alumínio.
De maneira análoga ao exemplo anterior, ocorre a formação de íons positivo e
negativo devido a quebra do equilíbrio entre as quantidades de prótons e elétrons nos
átomos. O alumínio passa a ser um íon de carga 3+ e o flúor 1-. A fórmula do composto
será AlF3.
Ligação covalente normal
É o tipo de ligação que ocorre quando os dois átomos precisam adicionar elétrons
em suas últimas camadas. Somente o compartilhamento é que pode assegurar que que
estes átomos atinjam a quantidade de elétrons necessária em suas últimas camadas.
Cada um dos átomos envolvidos entra com um elétron para a formação de um par
compartilhado, que a partir da formação passará a pertencer a ambos os átomos. Ocorre
entre não metais e não metais, não metais e hidrogênio e entre hidrogênio e hidrogênio.
O hidrogênio possui somente uma camada contendo um único elétron, compartilhando 1
elétron, atinge a quantidade necessária para a camada K, que é de dois elétrons. Os
elétrons compartilhados passam a ser contados para as eletrosferas dos dois átomos
participantes da ligação.
Na molécula de nitrogênio ocorrem três ligações covalentes entre os dois átomos.
7N
2–5
7
Estas três ligações garantem que os dois átomos de nitrogênio atinjam a quantidade de
oito elétrons nas suas últimas camadas. A ligação covalente entre dois átomos iguais é
dita apolar, pois nela os elétrons são compartilhados de maneira igual, nenhum dos
átomos tem mais força que o outro para atrair o elétron para si.
A molécula de CO2 é formada por dois átomos de oxigênio e um de carbono unidos
através de ligações covalentes.
6C
2-4
8O
2-6
O átomo de carbono compartilha 4 elétrons e cada átomo de carbono 2, garantindo assim
que ambos atinjam os oito elétrons nas últimas camadas.
Como a ligação é entre átomos diferentes e com diferentes eletronegatividades, a
ligação é dita polar pois o átomo de oxigênio atrai para si mais fortemente os elétrons
compartilhados.
Além da fórmula eletrônica, os compostos covalentes podem ser representados
pela fórmula estrutural, onde cada par compartilhado é representado por um traço.
Ex.: H - H, O = C = O.
Uma ligação covalente unindo dois átomos é dita simples. O conjunto de duas
ligações unindo dois átomos é dito dupla ligação. O conjunto de rês ligações unindo dois
átomos é dito tripla ligação.
Ex1: Molécula de Hidrogênio (H2)
Ex2: Gás Cloro (Cl2):
8
Ex3: Ácido Clorídrico (HCl)
Ex4: Gás Oxigênio (O2)
Ex5: Gás Nitrogênio (N2)
Ex6: Gás Carbônico (CO2)
Ligação covalente dativa ou coordenada
A existência de algumas moléculas não pode ser explicada simplesmente através
da ligação covalente simples. Para estes casos foi formulada a teoria da ligação covalente
coordenada. Neste tipo de ligação, um dos átomos que já estiver com última camada
completa entra com os dois elétrons do par compartilhado. Este par de elétrons apresenta
as mesmas características do da ligação covalente simples, a única diferença é a origem
dos elétrons, que é somente um dos átomos participantes da ligação. Os elétrons do par
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passam a pertencer a ambos os átomos participantes. A ligação covalente coordenada é
representada por uma seta que se origina no átomo doador e termina no átomo receptor.
Dadas as distribuições eletrônicas em camadas para os átomos de
S 2-8-6
16S
e 8O.
O 2-6
Compartilhando dois elétrons através de ligações covalentes simples, ambos os
átomos atingem os oito elétrons na última camada.
No entanto, esta molécula ainda pode incorporar ainda um ou dois átomos de
oxigênio. Tal fato só pode ser explicado se o enxofre utilizar um ou dois pares de elétrons
não envolvidos em ligações para formar um ou dois pares dativos com o oxigênio.
Outra molécula que não pode ser explicada somente com a ligação covalente simples é a
de CO2. O interessante desta molécula é que a ligação covalente dativa ocorre do átomo
mais eletronegativo (O) para o menos eletronegativo (C).
Ligação metálica
É o tipo de ligação covalente normal que ocorre entre os átomos de metais. Os átomos
dos elementos metálicos apresentam forte tendência a doarem seus elétrons de última
camada. Quando muitos destes átomos estão juntos num cristal metálico, estes perdem
seus elétrons da última camada. Forma-se então uma rede ordenada de íons positivos
mergulhada num mar de elétrons em movimento aleatório. Se aplicarmos um campo
elétrico a um metal, orientamos o movimento dos elétrons numa direção preferencial, ou
seja, geramos uma corrente elétrica.
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