Substratos e produtos

O que são um substrato e um produto de uma reação química?

Em química, um substrato é um nome usado para substâncias, compostos químicos, elementos ou íons que sofrem transformações durante reações envolvendo processos químicos. Os produtos são o resultado dessas transformações. Nos processos industriais, na maioria das vezes existem vários produtos. Além dos produtos principais, os processos também resultam nos chamados subprodutos. Estes, por sua vez, podem se tornar substratos para outros processos tecnológicos. Substratos e produtos em processos químicos são muito importantes tanto em escala laboratorial quanto industrial. Esses processos estão sujeitos a uma série de leis, regras e princípios. Aqui estão alguns deles:

• Equilíbrio químico

É um estado dinâmico relacionado a uma reação química reversível, onde a velocidade de transformação de substratos em produtos é a mesma do processo inverso, ou seja, na transformação de produtos em substratos. Isso é verdade sob condições específicas, incluindo concentração, temperatura e pressão. Quando ocorre um equilíbrio químico, as concentrações de substratos e produtos são as mesmas. Deve ser lembrado, no entanto, que este não é um estado permanente. A natureza de um equilíbrio químico é dinâmica. Mesmo uma leve interferência nas condições da reação a altera.

• Princípio de Le Chatelier (Lei do Equilíbrio)

O princípio de Le Chatelier afirma que quando um sistema em equilíbrio químico é submetido a um estímulo específico (por exemplo, uma mudança de temperatura), as condições da reação que ocorre mudam de forma a neutralizar parcialmente a mudança aplicada. Além disso, a concentração de substratos e produtos influencia o equilíbrio químico. Qualquer alteração na quantidade de qualquer um dos constituintes altera o equilíbrio estabelecido. Se um produto for removido do sistema, o sistema responderá de tal forma que uma certa quantidade do substrato reagirá para reconstituir a substância removida. Uma situação semelhante ocorrerá quando um substrato for removido do sistema. O princípio de Le Chatelier permite (especialmente em processos tecnológicos) controlar o curso de um processo químico. Pode ser usado para aumentar a eficiência de uma reação em andamento ou neutralizar reações indesejadas.

• Taxa de reação química

A taxa de uma reação ou processo químico é definida como a diminuição da concentração molar dos substratos, ou o aumento da concentração molar dos produtos, por unidade de tempo. O valor da velocidade da reação é determinado experimentalmente, medindo as mudanças na concentração dos reagentes ao longo do tempo. A velocidade de uma reação química é influenciada pela concentração dos substratos. A velocidade da reação é diretamente proporcional à concentração dos reagentes.

Substratos e produtos em processos de tecnologia química

É uma tarefa assustadora traduzir o conceito de processo químico da escala de laboratório para a escala industrial. Entre outras coisas, inclui uma seleção adequada de substratos (matérias-primas). Deve ser rentável obter os substratos, em conformidade com os princípios ambientais e todos os procedimentos necessários para o seu processamento prévio (por exemplo, purificação de minérios metálicos extraídos). Na tecnologia química, o processo também deve ser revisto em relação aos produtos a serem obtidos, pois além do(s) produto(s) principal(ais), muitas vezes são formados os chamados subprodutos. É uma solução comum para localizar instalações que produzem componentes diferentes próximos uns dos outros. Um subproduto indesejado em um processo pode ser uma matéria-prima chave em uma tecnologia diferente. Também é recomendável que os substratos que não sofreram a reação sejam reciclados em loop. Os princípios acima, e uma série de outras regras, permitem realizar processos tecnológicos com muito mais eficiência e com menor gasto de energia. Para processos de tecnologia química, um balanço de material é desenvolvido para cada instalação. Indica as quantidades de materiais consumidos ou produzidos, ou seja, substratos e produtos. O balanço material constitui a base para projetar e desenvolver uma conta econômica para um processo químico existente ou planejado. Baseia-se no princípio da conservação de massa. Um balanço de materiais bem elaborado fornece uma visão clara das quantidades de substratos necessários, das quantidades de produtos obtidos e leva em consideração a geração de resíduos. Graficamente, pode ser ilustrado usando um gráfico de Sankey.

A importância de substratos e produtos no contexto da química verde

O petróleo é a principal matéria-prima na química hoje. A biomassa e outros substratos que podem ser obtidos de fontes renováveis e, portanto, atendem aos princípios da química verde estão se tornando cada vez mais importantes. A tendência é que continue nos próximos anos. A biomassa é importante não apenas como matéria-prima para fins energéticos, mas também pode ser efetivamente utilizada para a obtenção de produtos químicos, como aditivos para produtos farmacêuticos , cosméticos e alimentos. Os avanços nas tecnologias de processamento de biomassa permitem extrair dela materiais e produtos químicos de alto valor agregado. O desenvolvimento de métodos para obtenção de substratos principalmente a partir de partes de plantas, como caules, folhas ou raízes, é igualmente dinâmico. Agora somos capazes, por exemplo, de sintetizar nanopartículas de prata usando extratos de folhas de repolho. Particularmente em processos de grande volume, uma questão importante é o gerenciamento de subprodutos resultantes de processos químicos. Será benéfico obter materiais que sejam facilmente biodegradáveis . Os polímeros degradáveis, por exemplo, estão ganhando importância. Estes são polímeros que podem se decompor no ambiente muito mais rapidamente do que os polímeros convencionais. Eles podem se degradar quando expostos à radiação, microorganismos, enzimas ou certos produtos químicos.