OXIDAÇÃO E REDUÇÃO Colocando-se uma lâmina de zinco dentro de uma solução aquosa de sulfato de cobre, que possui coloração azul, após algum tempo poderemos observar que: A lâmina fica recoberta por uma substância avermelhada. A solução vai clareando até ficar incolor. Zinco metálico cede 2 elétrons para o íon cobre II. Com estas observações podemos definir os fenômenos de oxidação e redução. Oxidação é a perda de elétrons por uma espécie química. Redução é o ganho de elétrons por uma espécie químicaNa nossa experiência, o zinco (Zn) sofre oxidação e o íon cobre II (Cu 2+) sofre redução. Os fenômenos de oxidação e redução ocorrem ao mesmo tempo, isto é, enquanto uma espécie se oxida, outra se reduz. As reações que apresentam esses fenômenos são denominadas de reações de óxido-redução (oxi-redução ou redox).

COMBUSTÃO

A combustão  consiste na reação química entre dois ou mais reagentes (combustíveis e comburentes) com grande liberação de energia na forma de calor. Assim, todas as reações de combustão são extremamente exotérmicas (mesmo que necessitem de uma fonte de ignição para ocorrerem).

Praticamente todos os combustíveis utilizados são orgânicos (com cadeias carbônicas ligadas a átomos de hidrogênio ou oxigênio). Sendo alguns exemplos: a gasolina, o álcool etílico, o acetileno e o metano.

Da classe dos comburentes, o oxigênio é o mais presente (embora outras substâncias possam ser utilizadas, como o flúor) e a sua função é oxidar o combustível adicionado. Ou seja, a combustão é, na maioria das vezes, uma reação de oxirredução. Onde o oxigênio é o agente oxidante e reduz-se quase sempre ao Nox -2.

Na indústria, as reações de combustão acontecem a todo o momento e possuem finalidades variadas: desde a geração de vapor para movimentar turbinas e equipamentos, até o fornecimento de energia para iniciar novas reações. E, como a oxidação completa dos combustíveis libera mais energia que a parcial, a mesma se faz mais desejável.

A diferença entre os produtos das duas oxidações (completa e parcial) está na presença do oxigênio nas moléculas: os produtos da combustão completa estão saturados com átomos de oxigênio, ao contrário dos produtos da combustão parcial que possuem a capacidade de absorver mais oxigênio se uma nova combustão lhes for promovida.

Exemplo: 20 mols de metano foram adicionados em um reator de combustão com quantidade suficiente de oxigênio. Em seguida, uma fonte de ignição iniciou a reação que possui 85% de eficiência na produção de dióxido de carbono. Pede-se para calcular a porcentagem molar dos gases de exaustão do reator.

ESTERIFICAÇÃO

A reação de esterificação é um processo reversível, obtendo como produto principal um éster específico. Entre os diversos métodos que podem ser utilizados para sintetizar os ésteres, um bom exemplo é a reação de esterificação de Fischer (1895), na qual, sob aquecimento, um ácido carboxílico reage com um álcool (produzindo éster e água). Esta reação, quando processada em temperatura ambiente, é lenta, mas pode ser acelerada com o emprego de aquecimento e/ ou catalisador (exemplo, o ácido sulfúrico H2SO4).

Conforme esquema global da reação, em um dado tempo, os produtos e reagentes entram em equilíbrio químico e, nesse momento, as velocidades das reações de formação dos produtos e de formação dos reagentes se mantêm constantes. O emprego de um catalisador e/ou o aumento da temperatura se tornam úteis para que o equilíbrio seja estabelecido mais rapidamente.

HIDROLISE

Hidrólise é um termo aplicado a reações orgânicas e inorgânicas em que água efetua uma dupla troca com outro composto: XY + H2O HY + XOH C2H5Cl + H2O HCl + C2H5OHKCN + H2O HCN + KOH Na química orgânica, hidrólise inclui, entre outras reações, saponificação de ácidos graxos e outros ésteres, inversão de açúcares, quebra de proteínas (hidrólises enzimáticas). Por conveniência, têm sido consideradas como hidrólise a reação onde um álcali é util izado no lugar da água, obtendo um sal alcalino de um ácido no final:

O uso de álcalis em solução aquosa leva a outro tipo de reação hidrolítica, chamada fusão alcalina, onde a proporção de álcali é aumentada e a de água reduzida: Também são consideradas reações de hidrólise aquelas onde sã

colocados ácidos minerais em água, em pequena ou grande quantidade. Estadição, semelhante ao álcali, invariavelmente ajuda a iniciar ou acelerar processo de hidrólise. Outros agentes que aceleram a hidról ise, além de ácidos e álcalis, sãutilizadas, mas, à exceção de enzimas, não são importantes.

NEUTRALIZAÇÃO

A reação de neutralização surge da mistura de um ácido e uma base e origina como produto um sal.

Mas o que exatamente está presente nessas espécies químicas que faz com que um neutralize o outro? O segredo está nos íons presentes: H+ e OH-. Para que ocorra a neutralização total do ácido e da base é preciso que a quantidade de íons OH- seja igual à quantidade de íons H+, o que pode ser verificado na equação que representa o processo:

1 H+ + 1 OH- → 1 H2O

A formação de Cloreto de Sódio (NaCl), nosso conhecido sal de cozinha, é um exemplo clássico de reação de neutralização, acompanhe os passos necessários para que ela ocorra:

1. Primeiramente é preciso que se formem os íons que irão participar da reação, eles são provenientes de um ácido (HCl) e uma base (NaOH):

HCl → H+ + Cl-

NaOH → Na+ + OH-

A dissociação das moléculas de HCl e NaOH produzem ânions (Cl- e OH-) e cátions (H+ e Na+).

2. A junção entre os íons acima é que vai originar Cloreto de sódio.

H+ Cl- + Na+ OH- → NaCl + H2O

Produtos da reação de neutralização: NaCl + H2O

Podemos acompanhar um exemplo prático da reação de neutralização em nosso cotidiano: no preparo de uma simples limonada. Sabemos que o limão possui acidez, pois nele está presente o ácido cítrico, o que fazer então para amenizar o gosto acre no suco desta fruta? É preciso acrescentar uma base, neste caso é comum o uso de Bicarbonato de sódio (NaHCO3) para neutralizar a ação do ácido e deixar a limonada mais saborosa.

FERMENTAÇÃO

Os seres vivos precisam, para sobreviverem, de alguns elementos, como água, proteinas, vitaminas, sais minerais, carboidratos, etc.; os alimentos vão dar aos organismos energia para que as células façam as suas atividades vitais.

As plantas podem produzir sua própria energia através da fotossíntese; as algas também realizam a fotossíntese, são tidas como o pulmão do mundo por liberarem na natureza mais oxigênio que a região Amazônica, vez que necessitam bem pouco oxigênio para a respiração.

E nessa luta para sobrevivência, os organismos retiram energia das mais diversas moléculas orgânicas, como os açucares, os aminoácidos, os ácidos gordos, etc., sendo que, tanto na fermentação como na respiração, a mais frequente é a glicose.

Fermentação vem a ser um processo utilizado pelas bactérias para obter energia, não utiliza oxigênio e decorre no citoplasma das células, sendo que cada etapa é catalisada com a ajuda de diferentes enzimas.

Algumas indústrias se utilizam desse processo na produção de alguns produtos, conhecidos de todos nós, como por exemplo:

1. iogurte é produzido pela famosa fermentação lática, onde as bactérias, denominadas de lactobacilos, produzem ácido lático;

2. pão e cerveja são produzidos pela fermentação alcóolica, onde a fermentação é realizada por fungos (anaeróbicos facultativos), que produzem no final álcool;

3. vinagre à produzido pela fermentação acética, que consiste numa reação química, onde ocorre a oxidação parcial do álcool etílico, obtendo o ácido acético. As bactérias que realizam esse processo são as acetobactérias; etc.

Podemos visualizar duas etapas marcantes nas reações que ocorrem na fermentação:

1. glicólise à consiste na fosforilação, a glicose é ativada, transformando ATP em ADP. A glicose se transforma em frutose 1,6-difosfato, que é um produto altamente instável, que se quebra em duas moléculas de gliceraldeído, que vai se transformar em ácido pirúvico.

2. redução do ácido pirúvico à a redução ocorre pelo hidrogênio que é liberado pelo NADH2 produzido na glicólise que, dependendo do tipo de organismo fermentativo, vai dar origem a um composto diferente, podendo seu o ácido acético, o ácido láctico, o álcool etílico e o dióxido de carbono.

O rendimento energético líquido desse tipo de reações é tido como pequeno, pois apenas 4% da energia contida na molécula de glicose é disponibilizada para o organismo, ou seja, para cada molécula de glicose obtêm-se duas moléculas de ATP.

CRAQUEAMENTO-PIRÓLISE

Em geologia do petróleo, química e petroquímica, craqueamento (termo originado do termo inglês cracking, rompimento, fratura, quebra, divisão) é como se denominam vários processos químicos na indústria pelos quais moléculas orgânicas complexas como querogênios ou hidrocarbonetos são quebradas em moléculas mais simples (por exemplo, hidrocarbonetos leves) por quebra de ligações carbono-carbono nos precursores pela ação de calor e/ou catalisador. A taxa de rompimentos e os produtos finais são fortemente dependentes destas temperaturas de reação e presença de quaisquer catalisadores. Craqueamento, também referido como pirólise, é o colapso de um grande alcano em menores e mais úteis alcanos e um alqueno. Colocando de maneira mais simples, craqueamento de de hidrocarbonetos é o processo de quebra de cadeias longas em mais curtas.

Um exemplo típico de craqueamento na indústria do refino de petróleo é a produção de gasolina (iso-octano) e gás de cozinha (propano + butano) a partir do craqueamento catalítico dos gasóleos.

C36H74 (gasóleo parafínico) → C8H18 (iso-octano) + C3H8 (propano) + C4H10 (butano)

Craqueamentos dos hidrocarbonetos do petróleo em condições naturais, no subsolo, pela próprio calor da energia geotérmica, ocorrem.

ISOMERIZAÇÃO

Isomerização é o fenômeno caracterizado pela existência de duas ou mais substâncias que apresentam fórmulas moleculares idênticas, mas que diferem em suas fórmulas estruturais.Reações de isomerização normalmente ocorrem em um equilíbrio em que um isômero é convertido no outro, normalmente catalisado por uma base. Essa reação não gerará subprodutos uma vez que o isômero é constituído dos mesmos átomos do produto de partida. O estudo da isomeria é dividido em:

Isomeria plana - o fenômeno pode ser percebido pela simples análise da fórmula estrutural plana;

Isomeria espacial (Esteroisomeria) - neste caso, a isomeria só é perceptível por meio da análise da fórmula estrutural espacial. A isomeria espacial é dividida em duas partes: a isomeria geométrica (cis-trans ou ExZ) e a isomeria óptica.   Exemplo: Por exemplo: Etanol e Éter dimetílico possuem a mesma fórmula (C2H6O).

ELETRÓLISE

A electrólise é um processo que separa os elementos químicos de um composto através do uso da electricidade. Resumindo, procede-se primeiro à decomposição (ionização ou

dissociação) do composto em íons e, posteriormente, com a passagem de uma corrente contínua através destes íons, são obtidos os elementos químicos. Em muitos casos, dependendo da substância a ser eletrolisada e do meio em que ela ocorre, além de formar elementos ocorre também a formação de novos compostos. O processo da eletrólise é uma reação de oxirredução oposta àquela que ocorre numa célula galvânica, sendo, portanto, um fenômeno físico-químico não espontâneo.

A palavra eletrólise é originária dos radicais eletro (eletricidade) e lisis (decomposição), ou seja, decomposição por eletricidade, podendo ainda ser chamada literalmente de eletrodecomposição.

Exenplos de eletrólize

Eletrólise ignea do NaCl:

Os produtos da eletrólise do sal comum quando fundido são os elementos sódio e cloro.

o Etapas:

1. O NaCl é fundido e colocado numa cuba.

Na fusão ocorre a dissociação dos íons do sal: 2 NaCl --> 2 Na+ + 2 Cl-

1. Dois eletrodos inertes (exemplo, grafites) são mergulhados no sal fundido e ligados a um gerador químico (pilha ou bateria)

2. Os ânions (2 Cl-) movem-se para o eletrodo positivo (ânodo) onde perdem eletrons (oxidação) tornando-se neutros, e ligando-se entre si:

2 Cl- - 2 elétrons --> Cl2

Por diferença de potencial os dois elétrons são enviados através do gerador para o polo negativo.

Os cátions (2 Na+) movem se para o eletrodo negativo (cátodo) onde recebem estes dois elétrons (redução) transformando-se em sódio metálico:2 Na+ + 2 elétrons --> 2 Na

Encerrado o processo obteve-se a decomposição do NaCl em cloro e sódio metálico:

2 NaCl --> 2 Na + Cl2

Processo industrial importante para a obtenção do sódio e cloro.

Para o eletrodo positivo (ânodo) se dirigem os ânions 2 Cl- e 2 OH-.

Como a facilidade do íon Cl- em perder elétrons é maior que o do OH-, ocorre a descarga dos íons Cl-:2 Cl- - 2 elétrons --> Cl2

A eletrólise da água salgada (H2O + NaCl) é um processo industrial importante para a obtenção do hidrogênio, cloro e soda caústica (NaOH). Nesse caso, obedecendo as

prioridades de descarga mencionadas abaixo, o hidrogênio será liberado no polo negativo. No polo positivo o cloro. Se os eletrodos forem de cobre, reagirão com o cloro formando um precipitado azul esverdeado (CuCl2). Pela electrólise, pode se decompor a água acidulada em hidrogênio e oxigênio. Este procedimento foi descoberto pela primeira vez pelo químico inglês William Nicholson em 1800, e posteriormente por Faraday em 1820.

CALCINAÇÃO

É o tratamento de remoção da água, CO2 e de outros gases ‘ligados fortemente’,‘químicamente’ a uma substância – tipicamente hidratos e carbonatos. A calcinação – um processo vigorosamente endotérmico – é usada principalmente na produção de óxidos,segundo:MgCO3 = MgO + CO2(g) ouAl2O3⋅3H2O = Al2O3 + 3H2O(g). A reação inversa é lenta, porém existe!A calcinação serve para eliminar gases, diminuir o volume da carga ou para evitar oconsumo de um combustível caro, sendo então realizada à parte do processo principal. As temperaturas de calcinação variam; o MgCO3 se decompõe aproximadamente àtemperatura de 400°C, enquanto que para decompor o CaCO3 deve-se atingiraproximadamente 900°C. A estrutura e a morfologia do calcinado sofrem modificações com aexposição ao calor – tão mais profundas quanto maior forem a temperatura e a duração do processo e isso pode diminuir a reatividade de alguns produtos calcinados. Algumas substâncias, ao perderem água de cristalização, sofrem hidrólise,impossibilitando a sua calcinação. Uma característica desse processo é o uso de uma fase gasosa para transferir o calornecessário e, simultaneamente, arrastar os produtos gasosos da decomposição. A calcinação é realizada em reatores do tipo forno de cuba, forno rotativo e leitofluidizado. A agitação mecânica, por exemplo, por meio de pás ou por tamboreamento, é um fator importante do processo.

NITRAÇÃO

A nitração é a introdução irreversível de um ou mais grupo nitro (NO2) em uma molécula orgânica. O grupo nitro pode atacar um carbono para formar um nitrocomposto (alifático ou aromático), um oxigênio para formar éster nitrado ou um nitrogênio para obter N-nitro compostos.

O sistema ácidosulfúrico/ácido nítrico, denominado mistura sulfonítrica, é o reagente mais comum em nitração.

Por exemplo, a nitração da glicerina seria da seguinte maneira: Aquecer o ácido sulfúrico ( catalisador da reação ) juntamente com o composto que se quer nitrar, por exemplo, glicerina (para formar nitroglicerina). Após acrescenta-se lentamente, por gotejamento, o ácido nítrico.

A nitração aromática consiste na substituição de um hidrogênio do anel aromático pelo NO2, oriundo do ácido nítrico.

As etapas de nitração do benzeno são:

(1) 2H2SO4 + HNO3 → 2HSO41- + NO2

+ + H3O+

(2) C6H6 + NO2+ → C6H5NO2 + H+

(3) H+ + H3O+ + 2HSO41- → H2O + 2H2SO4

Temperatura: Processos de nitração na grande maioria são reações exotérmicas e a temperatura influencia diretamente o curso da reação. Ao abaixar a temperatura aumenta-se o grau de nitração, obtendo maior quantidade de produto nitrado, principalmente compostos supernitrados.

Agitação: A reação de nitração pode ocorrer tanto na fase aquosa como na fase orgânica. Com agitação é possível que cada fase esteja sempre saturada pela outra, e, nestas condições, a velocidade de reação em cada fase é constante.

Solubilidade: A medida em que se aumenta a temperatura, cresce a solubilidade dos nitrocompostos no ácido sulfúrico, e esta diminui com a diluição do ácido.

Um exemplo é a nitração da Acetanilida para a formação da p-nitroacetanilida.

Acetanilida.

Neste experimento utiliza-se ácido acético glacial, ácido sulfúrico e ácido nítrico (as duas últimas substâncias devem ser adicionadas em um recipiente que esteja em banho de gelo de sal para não elevar a temperatura demasiadamente). O ácido sulfúrico garante um meio fortemente ácido que irá favorecer a formação do íon nitrônio na adição do ácido nítrico e inclusão deste no anel da acetanilida.A purificação do composto é feita através de filtração a vácuo com água.

HALOGENAÇÃO

Halogenação é uma reação química onde um átomo de hidrogênio é substituído por um átomo de halogênio, pode também ser definida como uma reação química que incorpora um átomo de halogênio em uma molécula. Uma descrição mais específica pode ser feita de acordo com o halogênio substituído: fluoração, para o flúor; cloração, para o cloro; bromação, para o bromo e iodação, para o iodo.

Numa reação que siga a regra de Markovnikov, um halogênio como o bromo reage com um alceno, quebrando a dupla ligação (ligação π) presente e formando um alcano halogenado (um haloalcano).

Isto faz o hidrocarboneto mais reativo e o bromo, como se vê, é um grupo lábil em promover reações químicas tais como substituições nucleofílicas alifáticas e reações de eliminação.

Um exemplo de halogenação pode ser encontrada na síntese orgânica do anestésico halotano a partir do tricloroetileno, que envolve uma bromação em alta temperatura no segundo passo do processo[1]:

Outro exemplo muito simples de ser realizado é a preparação do brometo de n-butila feita a partir da bromação do álcool n-butílico. Neste experimento são utilizados o ácido bromídrico e ácido sulfúrico para a reação inicial com o álcool n-butílico. Esta reação é uma substituição nucleofílica bimolecular.

Para a purificação do produto final desejado faz-se diversas lavagens da fase orgânica na seguinte ordem: ácido clorídrico, água, bicarbonato de sódio e água. Em seguida faz-se a secagem e separação com sulfato de magnésio para só então ser feita uma filtração a vácuo a destilação do produto final.

ALQUILAÇÃO

Alquilação é a transferência de um grupo alquila de uma molécula para outra. O grupo alquila pode ser transferido como um carbocátion alquídico, um radical livre, um carbânion ou um carbeno (ou seus equivalentes).

Agentes de alquilação são largamente usados em química porque o grupo alquila é provavelmente o mais comum grupo encontrado em moléculas orgânicas. Muitos moléculas biológicas objetivo ou seus precursores compreendem cadeias alquila, com grupos funcionais específicos e, uma ordem específica. Alquilação seletiva, ou adição de aprtes à cadeia com os grupos funcionais desejados, é usada, especialmente se não há precursor biológico normalmente disponível.

No contexto do refino de petróleo, alquilação refere-se a particular alquilação de isobutano com olefinas. É um aspecto principal do tratamento do petróleo para obtenção de moléculas maiores (mais complexas) específicas.

Em medicina, a alquilação de DNA é utilizada em quimioterapia para danificar o DNA das células cancerosas. A alquilação é realizada com a classe de medicamentos chamados alquilantes antineoplásicos.[1]

SULFONAÇÃO E SULFATAÇÃO

Sulfonação e sulfatação são processos utilizados industrialmente para btenção de compostos químicos empregados nos mercados de tintas, igmentos, fármacos, pesticidas e intermediários orgânicos; derivados de etróleo sulfonados são utilizados como aditivos detergentes em óleos ubrificantes. Entretanto, a grande aplicação de compostos sulfonados e ulfatados encontra-se na obtenção de produtos utilizados nas áreas de avanderia e detergência. Embora compostos sulfonados e sulfatados são similares, apresentam iferenças importantes. Trióxido de enxofre (SO3) é introduzido em um omposto orgânico através da formação de ligação carbono-enxofre, processo e sulfonação. Sua principal característica é a formação de compostos estáveis e ácidos alquil-sulfônicos:

Sulfatação, por outro lado, envolve a reação do trióxido de enxofre com álcoois, alifático ou aromático, obtendo compostos, instáveis, chamados sulfatos ácidos através da formação de ligação carbono-oxigênio: Produtos sulfonados podem ser isolados, estocados e comercializados, por outro lado, compostos sulfatados somente são estáveis se neutralizados. Esta diferença na estabilidade dos produtos traz impacto na escolha do processo utilizado para obtenção de compostos sulfonados ou sulfatado.

ACILAÇÃO

O termo acilação cobre todas as reações que resultem na introdução de um grupo acila em um composto orgânico. O composto que proverá o grupo aila é chamado agente de acilação.

Na acilação podemos utilizar diversos reagentes. Dentre eles estão o ácido acético glacial que possui grande utilização por ter menor custo mas requer longo tempo de aquecimento; o cloreto de acetila (cloreto de etanoíla, CH3COCl), que não é recomendado principalmente por reagir vagarosamente liberando ácido clorídrico, que converte metade do reagente em sal tornando-o incapaz de participar na reação; e o anidrido acético, que é muito utilizado em laboratórios pois sua velocidade de reação é

ideal para a acetilação em soluções aquosas, além de formar um produto de alta pureza e com bom rendimento.

A acetilação é frequentemente utilizada para "proteger" grupos funcionais primários e secundários, tornando-os menos suscetíveis a oxidações e menos reativos em reações de substituições aromáticas.

Formação de uma amida por acilação

Por causa dos agentes de acilação formarem um forte eletrófilo quando tratados por alguns metais catalisadores, haletos de acila são comumente usados como agentes de acilação. Por exemplo, na acilação de Friedel-Crafts usa-se cloreto de acetila (cloreto de etanoíla), C H 3C O Cl , como o agente e cloreto de alumínio (AlCl3) como um catalisador para adicionar um grupo etanoíla (acetila) ao benzeno:

O mecanismo desta reação é a substituição eletrofílica.

Haletos de acila e anidridos de ácidos carboxílicos asão também comumente usados como agentes de acilação para acilar aminas para formar amidas ou acilar álcoois para formar éteres. As aminas e álcoois são nucleófilos; o mecanismo é adição-eliminação nucleofílica. O ácido succínico é também comumente usado em um tipo específico de acilação chamada succinação. Sobresuccinação ocorre quando mais que um succinato é adicionado a um único composto. Um exemplo industrial de acilação está na síntese de aspirina, na qual ácido salicílico é acilado pelo anidrido acético.