As reações inorgânicas são mais fáceis de compreender quando são vistas como transformações recorrentes entre poucas classes de substâncias. Ácidos, bases, sais e óxidos não reagem de maneira arbitrária. Eles seguem padrões reconhecíveis, e esses padrões permitem prever produtos, interpretar observações experimentais e organizar um grande número de equações químicas sem depender de memorização excessiva. Nesta seção, o objetivo é reunir os principais tipos de transformação entre funções inorgânicas e mostrar como a formação de água, de precipitados e de gases fornece a força motriz de muitas dessas reações.
Uma reação de síntese é aquela em que duas ou mais substâncias originam um único produto principal. Em Química Inorgânica, esse tipo de transformação é muito comum na formação de óxidos, sais e hidróxidos. A combustão de um metal em oxigênio, por exemplo, conduz a um óxido: Em ambos os casos, reagentes simples se combinam para formar um único composto.
A síntese também aparece quando um óxido reage com água. Um óxido básico pode formar um hidróxido: e um óxido ácido pode formar um oxoácido: Essas reações mostram que a síntese não é apenas uma combinação mecânica de fórmulas, mas um padrão que revela afinidades químicas entre certas classes de compostos.
A reação oposta é a decomposição, em que uma substância se transforma em duas ou mais outras substâncias. Em Química Inorgânica, muitas decomposições importantes são promovidas pelo aquecimento. O carbonato de cálcio, por exemplo, decompõe-se em óxido de cálcio e dióxido de carbono: O bicarbonato de sódio sofre decomposição análoga, embora com estequiometria diferente: Essas reações são particularmente importantes porque mostram a relação entre sais, óxidos e gases em muitos processos industriais e laboratoriais.
Alguns nitratos e hidróxidos também se decompõem pelo calor. O hidróxido de cobre(II), por exemplo, perde água e gera o óxido correspondente: e o nitrato de cobre(II) conduz a óxido, dióxido de nitrogênio e oxigênio: Esses exemplos mostram que a decomposição não é uma classe homogênea, mas um conjunto de transformações em que a estabilidade relativa dos produtos se torna mais favorável em certas condições.
O valor dessas duas categorias está em fornecer uma primeira leitura da equação. Quando um composto único se fragmenta em várias espécies, a decomposição é uma hipótese natural. Quando várias espécies se combinam para formar um único produto principal, a síntese é a leitura mais direta. Em ambos os casos, a natureza química dos reagentes limita fortemente os produtos plausíveis.
Síntese e decomposição são padrões gerais de transformação. Em Química Inorgânica, eles aparecem com nitidez na formação e na quebra de óxidos, hidróxidos, sais e gases como e .
As reações de neutralização constituem um dos padrões mais importantes entre as funções inorgânicas. Quando um ácido reage com uma base, a transformação central é a combinação entre prótons e íons hidróxido para formar água: No entanto, a equação molecular é geralmente mais útil em Química Inorgânica descritiva porque deixa explícita a formação do sal: Em ambos os casos, o ácido fornece o ânion do sal e a base fornece o cátion.
A neutralização é um caso particular de um padrão mais amplo, a dupla troca. Nessas reações, dois compostos trocam parceiros iônicos: Essa forma geral, porém, só é quimicamente útil quando se reconhece a força motriz da reação. Em muitas duplas trocas, a transformação só ocorre de maneira apreciável quando um dos produtos é água, um precipitado, um gás ou um eletrólito fraco. Sem uma dessas forças motrizes, a mistura de íons em solução pode não produzir mudança observável.
A formação de água é o caso mais importante e já aparece nas neutralizações. A formação de precipitado é outro caso clássico: Nessas reações, a formação de e retira íons da solução e desloca a reação para os produtos.
A escrita em termos de equação iônica permite ver com mais clareza o que realmente muda no sistema. No primeiro exemplo, a equação iônica simplificada é: Os íons e permanecem em solução e, por isso, são íons espectadores. A equação iônica simplificada não substitui a molecular em todos os contextos, mas ajuda a reconhecer a força motriz da transformação.
Uma dupla troca não deve ser tratada como mera permutação de fórmulas. A reação só se torna significativa quando algum produto deixa efetivamente o conjunto de espécies livres em solução, como água, um precipitado ou um gás.
A distinção entre neutralização e dupla troca não é, portanto, uma distinção entre dois mundos diferentes. A neutralização é um caso particularmente importante de dupla troca, no qual a formação de água desempenha o papel central. A leitura correta da reação depende menos do rótulo classificatório e mais do reconhecimento do produto que estabiliza a transformação.
A neutralização é uma dupla troca em que a formação de água é a força motriz principal. Em outras duplas trocas, a reação costuma ser favorecida pela formação de precipitados, gases ou espécies fracamente ionizadas.
Os quatro grupos mais importantes da Química Inorgânica elementar — ácidos, bases, sais e óxidos — não devem ser estudados como compartimentos isolados. Entre eles existe uma rede bastante regular de reações, e essa rede é um dos instrumentos mais úteis para prever produtos.
Um ácido reage com uma base para formar sal e água: Um ácido também pode reagir com um óxido básico, que funciona como base em relação a ele: Essas reações mostram que, do ponto de vista descritivo, hidróxidos e óxidos básicos pertencem à mesma família de comportamento frente a ácidos.
De modo análogo, uma base reage com um óxido ácido: Nesses casos, o óxido ácido desempenha o papel do ácido correspondente, ainda que a espécie inicial não contenha hidrogênio ionizável. Essa relação entre óxidos ácidos e oxoácidos é uma das chaves da Química Inorgânica.
Sais também participam de transformações importantes com ácidos e bases. Um ácido pode deslocar outro ácido mais fraco ou mais volátil do sal correspondente: Uma base, por sua vez, pode reagir com sais metálicos levando à formação de hidróxidos insolúveis: No segundo caso, a amônia age como base em água e fornece o meio necessário para a precipitação do hidróxido férrico.
Esses exemplos mostram que a previsão de produtos se torna muito mais segura quando as espécies são lidas como membros de classes químicas. Ácidos reagem com bases e com óxidos básicos; bases reagem com óxidos ácidos e com certos sais; sais reagem com ácidos ou bases quando uma força motriz adequada está presente. A Química Inorgânica elementar torna-se, assim, uma rede de padrões coerentes.
As reações entre ácidos, bases, sais e óxidos seguem padrões regulares. Reconhecer a classe química de cada reagente é a maneira mais eficiente de prever os produtos plausíveis.
Algumas reações inorgânicas são reconhecidas imediatamente porque produzem um gás. O desprendimento gasoso é uma força motriz particularmente importante, pois remove uma espécie do meio reacional e costuma ser acompanhado de observações macroscópicas nítidas, como efervescência, odor característico ou formação de fumaça.
O caso mais importante é a reação de ácidos com carbonatos e bicarbonatos. Nessas reações, forma-se inicialmente ácido carbônico, que se decompõe em dióxido de carbono e água: A efervescência observada nessas reações é, portanto, a evidência direta da liberação de .
Outro caso importante envolve sais de amônio e bases fortes. O íon amônio transfere um próton à base, liberando amônia: ou, em forma iônica, O desprendimento de amônia pode ser reconhecido por seu odor característico e por seu comportamento básico sobre papel indicador úmido.
Os sulfetos também reagem com ácidos, liberando sulfeto de hidrogênio: O gás possui odor característico e desempenha papel importante em diversos ensaios analíticos e em discussões de química ambiental e industrial.
Há ainda casos em que o próprio aquecimento de um sal conduz à liberação de gases. A decomposição de bicarbonatos e nitratos, discutida antes, mostra que o desprendimento gasoso não é exclusivo das reações entre soluções: Essas reações são particularmente úteis porque combinam decomposição térmica, observação macroscópica e formação de produtos facilmente reconhecíveis.
O desprendimento de gás tem, portanto, um valor duplo. Ele ajuda a deslocar a reação no sentido dos produtos e, ao mesmo tempo, fornece um sinal experimental claro de que a transformação ocorreu. Essa combinação explica por que tantas reações com formação de gás são recorrentes em química descritiva e em análise qualitativa.
A simples presença de um carbonato, bicarbonato, sulfeto ou sal de amônio na fórmula não garante, por si só, a liberação de gás. É preciso que a reação produza a espécie molecular correspondente, como , ou , em condições adequadas.
O desprendimento de gás é uma força motriz importante em reações inorgânicas. Ele aparece, sobretudo, nas reações de ácidos com carbonatos e sulfetos, nas reações de bases fortes com sais de amônio e em certas decomposições térmicas.