Por John Brennan
Atualizado em 30 de agosto de 2022

As reações químicas surgem quando duas ou mais substâncias colidem e se reorganizam para formar novos compostos. Estes processos não são apenas omnipresentes na natureza, mas também sustentam todos os sistemas vivos – a NASA define mesmo a vida como um sistema químico autossustentável capaz de uma evolução darwiniana. Compreender as forças que determinam se uma reação ocorrerá – e com que rapidez – requer uma análise de três conceitos fundamentais:colisões, entropia e equilíbrio.

Colisões:o primeiro passo para a mudança

Para que uma transformação química comece, as moléculas devem encontrar a orientação correta e energia cinética suficiente para quebrar as ligações existentes. Nem todo encontro leva a uma reação; os reagentes devem ser capazes de se recombinar em produtos mais estáveis. Por exemplo, os átomos de hélio são quimicamente inertes porque a sua camada electrónica externa está completa, pelo que raramente formam novas ligações com outros gases. Em contraste, quando os átomos possuem elétrons desemparelhados ou camadas incompletas, eles podem compartilhar ou transferir elétrons, permitindo a formação de ligações e liberando energia.

A termodinâmica permite-nos prever se uma reação será favorável:se a energia total do novo composto for inferior à dos reagentes individuais, a molécula resultante é estável e a reação é energeticamente descendente.

Entropia:o impulso para a desordem

A entropia mede o grau de aleatoriedade ou desordem em um sistema. A Segunda Lei da Termodinâmica afirma que a entropia de um sistema fechado nunca pode diminuir. Uma reação que aumenta a entropia combinada do sistema e de sua vizinhança é espontânea. Quando uma reacção não é espontânea – como a biossíntese de proteínas – os organismos acoplam-na a um processo de geração de energia como o metabolismo da glicose, que liberta uma grande quantidade de entropia e impulsiona todo o processo.

Como a entropia total é difícil de quantificar diretamente, os químicos usam a energia livre de Gibbs (ΔG) para avaliar a espontaneidade. A fórmula ΔG =ΔH – TΔS compara a mudança de entalpia (ΔH) com a temperatura (T) vezes a mudança de entropia (ΔS). Um ΔG negativo indica que uma reação pode ocorrer espontaneamente sob determinadas condições.

Equilíbrio:quando o avanço e o reverso se encontram

Mesmo uma reação espontânea pode ser lenta; a conversão de átomos de carbono no diamante, por exemplo, é quimicamente favorável, mas prossegue ao longo de escalas de tempo geológicas. Além disso, muitas reações atingem um equilíbrio dinâmico onde as taxas direta e reversa se equilibram, não deixando nenhuma alteração líquida nas concentrações de reagentes ou produtos. Se uma reação prossegue até a conclusão, estagna ou reverte depende das barreiras cinéticas, da favorabilidade termodinâmica e das condições específicas presentes.

Ao examinar conjuntamente as colisões, a entropia e o equilíbrio, os cientistas podem prever não apenas se uma reação ocorrerá, mas também com que rapidez ela ocorrerá e em que circunstâncias produzirá um produto específico.

Referências

• Peter Atkins e Loretta Jones, Princípios Químicos, A Busca por Insights (4ª Edição), 2008.