Reacções químicas- Perguntas Irrequietas

Átomo, esquema

Por vezes, quando temos de explicar alguma coisa a alguém não nos conseguimos colocar no mesmo degrau de conhecimento, principalmente quando esse alguém não tem a nossa idade nem as nossas referências culturais. Isso acontece frequentemente com os irrequietos mais novos, interrogam-nos sobre algum assunto, ainda não estamos a meio da explicação e eles já estão a perguntar  que é "isto" o que é "aquilo", o que nos vai fazendo recuar no grau de complexidade da explicação até que, por vezes, a explicação fica vazia, e quase que era melhor responder "porque sim".


Pela experiência do Mentes junto dos irrequietos, um dessas situações tem sido a clássica pergunta "O que é uma reacção química?"

O que é a matéria?

Antoine Lavoisier

Esta pergunta tem imensas respostas, todas se complementam umas às outras e são dadas consoante a área da ciência a que estamos mais ligados, todas estão correctas e todas parecem concordar com Lavoisier, (químico francês, considerado o pai da química moderna) o primeiro cientista a enunciar o princípio da conservação da matéria: "Nada se cria, nada se perde, tudo se transforma", dito por outras palavras, tudo no universo se transforma numa e noutra coisa mas a matéria é sempre a mesma, ainda que apareça com outra forma, outra cor, outro peso, como dizia um professor de química, bastante irrequieto, os produtos de reacção não aparecem por geração espontânea, nem os reagentes se evaporam na bruma.
A ciência diz-nos que a matéria é constituída por 114 substâncias elementares (*). Estas substâncias estão distribuídas por uma tabela altamente organizada: a "Tabela Periódica dos Elementos"- TPE.

Tabela periódica dos elementos químicos

Elemento Químico Carbono

Algumas destas substâncias (23) até hoje nunca foram observadas na natureza, apenas produzidas em laboratório, em condições altamente controladas. Para além das 114 aceites pela "União Internacional de Química Pura e Aplicada"- IUPAC- existem outras 4 substâncias que nunca foram observadas, nem no laboratório, mas que por estimativa sabemos que estão lá (por vezes em ciência é assim, não sabemos mas prevemos).  A estas 114+4 substâncias chamamos elementos químicos.

Fórmulas químicas
Cada um destes elementos químicos é constituído por átomos, estes átomos organizam-se em moléculas, e estas moléculas em estruturas maiores que conseguimos ver, palpar, quantificar a olho nú.... como se fosse um puzzle, em que cada peça é um átomo de um elemento químico.

H- branco, O- Azul, N- amarelo;
C- preto; P- lilás

Tomemos como exemplo a água, tantas vezes falada por aqui:
A água é uma rede de moléculas unidas por pontes de hidrogénio (podes ver mais sobre pontes de Hidrogénio aqui), estás moléculas são constituídas por 2 átomos de hidrogénio(H) e 1 de oxigénio(O). Em linguagem química escrevemos: H2O. Voltando um pouco atrás, neste "puzzle" temos 3 peças, 2H e 1O, este trio é repetido vezes sem conta como um padrão formando poças, rios, mares...

Ler uma fórmula química
Agora que estás munido da TPE e sabes "ler" uma fórmula vamos diversificar:

Molécula da cafeína

• H2O2- Fórmula química da água oxigenada- a molécula é constituída por 2 átomos de H e 2 de O, mais 1 átomo de oxigénio que a água normal, por isso se chama "oxigenada".
• H2SO4 - Podes não saber ao que é que a fórmula se refere mas sabes de certeza quais são os átomos. qual é o elemento que quimicamente é designado por S? Pela consulta da TPE o S é o enxofre. Então na fórmula temos 2 átomos de H 1 de S e 4 de O.
• CH3COOH- Pela consulta da TPE o C é o carbono. Temos então 2 átomos de C, 2 de O, e 4 de H.

Falta apenas dizer que estas peças de puzzle, estes átomos, estão ligados entre si por ligações químicas.

Existem outras regras, muitas mesmo, que permitem aos cientistas escrevem fórmulas químicas que descrevem a forma como os elementos se organizam na molécula, também existem truques para perceber se a fórmula está bem escrita, o Mentes Irrequietas abordará estes e outros temas mais para a frente.

Voltando à nossa questão inicial, o que é uma reacção química?
Uma reacção química pode envolver duas ou mais moléculas (reagentes), e dar origem a uma ou mais moléculas (produtos de reacção). Numa reacção química A transforma-se em B porque ocorrem alterações das ligações químicas entre os átomos das moléculas envolvidas.

reagentes ----------> produtos de reacção

Uma das reacções químicas que mais temos utilizado no Mentes Irrequietas é a do bicarbonato de sódio (fermento) com o ácido acético (vinagre):

bicarbonato de sódio + ácido acético ------>dióxido de carbono + água + acetato de sódio

Quimicamente:

NaHCO3 (aq) + CH3COOH (aq) ----> CO2 (g) + H2O (l) + CH3COONa (aq)

Mas atenção: O princípio de Lavoisier prevalece sempre. Não pode aparecer matéria do lado dos reagentes que não apareça do lado dos produtos de reacção e vice versa. No exemplo acima se contarem os átomos de C, H, Na e O eles mantêm-se iguais antes e depois da reacção química .

Então o que é uma reacção química? Uma reacção química é a transformação de reagentes em produtos de reacção pela alteração das ligações químicas entre os átomos (há um rearranjo dos átomos), neste rearranjo há conservação de matéria e pode haver ou não, consumo ou libertação de energia.

(*)segundo a tabela periódica dos elementos IUPAC

Et voilá!
Nada se cria nada se perde, tudo se transforma!

Divirtam-se!

Fontes:
IUPAC website;
"Introdução à biologia"- Fundação Calouste Gulbenkian

Origens da Tabela Periódica

Mendeleev

Estávamos em 1869, quando um químico Russo chamado Dmitri Mendeleev organizou pela primeira vez os elementos químicos, conhecidos até então, numa tabela. D. Mendeleev organizou-os, segundo as suas propriedades químicas e físicas, em colunas e linhas.

Vários cientistas tentaram organizar os elementos químicos antes de Mendeleev, mas nunca chagaram a um modelo satisfatório para toda a comunidade cientifica:

Em 1817 o alemão Johann Döbereiner avançou com a sua teoria das tríades, esta teoria dividia os elementos químicos em tríades (grupos de 3).
Os elementos de cada tríade eram escolhidos com base na aparência e no tipo de reacção de cada elemento químico. O Li (lítio), o Na (Sódio), e o K (Potássio) pertenciam ao mesmo grupo, o grupo dos formadores de alcalinos (alkali formers); no grupo dos formadores de sais (salt formers)  Döbereiner colocou o Cl (Cloro), o Br (Bromo) e o I (Iodo).

Döbereiner

Quase 50 anos mais tarde, em Inglaterra, um cientista chamado John Newlands propõe à comunidade cientifica uma teoria diferente. Este inglês organizou os elementos de acordo com a sua massa atómica relativa.

John Newlands

Na sequência desta organização Newlands reparou que os elementos que ocupavam os lugares 1, 8,16... era muito idênticos, bem como os que ocupavam o 2, 9, 17... desta forma Newlands chegou à teoria dos octetos, organizando os elementos em grupos de 8.

A Teoria de Newlands nunca foi aceite pela comunidade cientifica pois tinha alguns problemas graves, por exemplo: colocava o Ferro (Fe)- um metal- no mesmo grupo que o Oxigénio e o Enxofre- dois não metais.

O que trouxe de novo a tabela de Mendeleev?

O que trouxe sucesso à tabela de Mendeleev foi que este químico percebeu que as propriedades
físicas e químicas dos elementos estavam relacionadas com a sua massa atómica de uma maneira "periódica". Depois de perceber isto organizou os elementos de forma a que elementos com propriedades semelhantes "caíssem" na mesma coluna.

Dmitri foi também o primeiro a prever a existência de elementos que ainda não tinham sido descobertos. Ao organizar os elementos "à sua maneira" Mendeleev notou que existiam "buracos" na sua tabela, alguns elementos químicos saltavam casas, as colunas e as linhas tinham falhas. Em vez de ver isso como um problema, assumiu que esses elementos existiriam, apenas ainda não tinham sido descobertos. Mendeleev também consegui prever as características de alguns desses elementos que não tinham sido descobertos, como o Gálio (Ga).

A tabela como a conhecemos hoje, organizada por número atómico, foi-nos proposta por um químico Inglês chamado Henry Moseley em 1913. Moseley conseguiu com a nova organização resolver alguns problemas da proposta de Mandeleev.

Moseley

A proposta de Mendeleev foi tão inovadora e brilhante que mesmo depois da reorganização de Moseley a tabela manteve o seu nome "Tabela Periódica dos elementos" ou "Tabela Periódica de Mendeleev".

Fonte:
http://www.bbc.co.uk
http://web.lemoyne.edu
http://www.colorado.edu

Et voilá!
A natureza tem destas coisas, é maravilhosamente organizada!

Divirtam-se!