Energia em Reações Químicas

Reações químicas estão ao nosso redor. Desde o ferro enferrujando até a madeira queimando, toda vez que ocorre uma reação química, há energia envolvida. Compreender como a energia muda nas reações químicas é um aspecto fundamental da química. Nesta lição, exploraremos como a energia desempenha um papel nas reações químicas e examinaremos conceitos-chave, como reações endotérmicas e exotérmicas, energia de ativação e a lei de conservação de energia.

O que é energia?

Antes de mergulharmos nas reações químicas, vamos primeiro entender o que é energia. Energia é a capacidade de realizar trabalho ou causar mudanças. Ela pode existir em muitas formas, como calor, luz e eletricidade. No contexto de reações químicas, muitas vezes estamos preocupados com a energia térmica, que é responsável por aumentar ou diminuir a temperatura.

O papel da energia nas reações químicas

Em qualquer reação química, as ligações nos reagentes devem ser quebradas para que novas ligações possam ser formadas nos produtos. Quebrar ligações requer energia, enquanto formar novas ligações libera energia. Dependendo do equilíbrio entre essas energias, uma reação pode absorver energia (endotérmica) ou liberar energia (exotérmica).

Reações exotérmicas

Em uma reação exotérmica, mais energia é liberada quando novas ligações são formadas do que é necessária para quebrar as ligações nos reagentes. Essa energia extra é frequentemente liberada como calor ou luz. Um exemplo comum de reação exotérmica é a combustão do gás natural:

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O + energia

Aqui, o metano (CH₄) reage com oxigênio (O₂) para produzir dióxido de carbono (CO₂), água (H₂O) e energia, o que faz com que um fogão a gás produza calor e luz.

O diagrama acima mostra a mudança de energia em uma reação exotérmica. Os produtos estão em um nível de energia mais baixo do que os reagentes, e a diferença é a energia livre.

Reações endotérmicas

Em contraste, as reações endotérmicas absorvem mais energia do que liberam. Essa energia extra é necessária para facilitar a reação e, muitas vezes, vem do ambiente ao redor, causando uma queda na temperatura. A fotossíntese nas plantas é um processo fundamentalmente endotérmico:

6CO₂ + 6H₂O + energia → C₆H₁₂O₆ + 6O₂

As plantas usam a luz solar (energia) para converter dióxido de carbono e água em glicose e oxigênio. A energia da luz solar é absorvida, fazendo com que a reação prossiga.

Para reações endotérmicas, o nível de energia dos produtos é maior que o dos reagentes. A energia absorvida do ambiente é necessária para aumentar o nível de energia.

Energia de ativação

Em todas as reações químicas, há um limiar de energia que deve ser ultrapassado para que a reação prossiga; isso é conhecido como energia de ativação. Esta é a quantidade inicial de energia necessária para quebrar as ligações nos reagentes.

Por exemplo, considere a faísca necessária para dar partida em um motor de carro. Inicialmente, uma pequena quantidade de energia (energia de ativação) é necessária para inflamar a gasolina, após o que ocorre uma reação exotérmica.

O pico da curva representa a energia de ativação necessária para que a reação ocorra. Uma vez que essa energia é fornecida, a reação pode continuar, liberando ou absorvendo energia à medida que prossegue para formar produtos.

Conservação de energia

De acordo com a lei da conservação de energia, a energia não pode ser criada ou destruída em uma reação química. Em vez disso, ela pode apenas ser convertida de uma forma para outra. Por exemplo, em uma reação exotérmica, a energia potencial química nos reagentes é convertida em energia térmica, que pode causar uma mudança de temperatura.

Nas reações endotérmicas, a energia térmica do ambiente é convertida em energia potencial química nos reagentes. Mesmo que a forma da energia mude, a energia total permanece constante antes e depois da reação.

Exemplos cotidianos de reações químicas envolvendo energia

Entender a energia nas reações químicas nos ajuda a entender muitos fenômenos ao nosso redor:

• Queima de madeira: Uma reação exotérmica em que a madeira é reduzida a cinzas, liberando calor e luz.
• Bolsas de Gelo Instantâneo: Uma reação endotérmica na qual pressionar a bolsa faz com que as substâncias dentro dela se misturem e absorvam calor, resfriando-a.
• Vulcão de Bicarbonato de Sódio e Vinagre: Embora divertido, essa reação absorve um pouco de calor, tornando-a endotérmica.

Química na vida real: Atividades simples

Você pode explorar a energia nas reações químicas por meio de atividades simples ou experimentos. Aqui está um método que você pode tentar com alguns itens domésticos:

Reação de vinagre e bicarbonato de sódio

Misture vinagre (ácido acético) e bicarbonato de sódio (bicarbonato de sódio) para ver uma reação endotérmica. A reação libera gás carbônico, mas absorve calor, tornando o recipiente frio ao toque:

CH₃COOH + NaHCO₃ → CH₃COONa + H₂O + CO₂

Observe as mudanças de temperatura e a formação de gás como evidência das mudanças de energia na reação.

Conclusão

A energia desempenha um papel importante nas reações químicas. Se uma reação é exotérmica ou endotérmica pode determinar como é usada em aplicações práticas. Ao compreender essas mudanças de energia, podemos explicar e manipular melhor os processos químicos para nossa vantagem.

Comentários