Grado 8 → Termoquímica y transformación de energía ↓
Energía en las Reacciones Químicas
Las reacciones químicas están en todas partes. Desde el hierro oxidándose hasta la madera quemándose, cada vez que ocurre una reacción química, hay energía involucrada. Comprender cómo cambia la energía en las reacciones químicas es un aspecto fundamental de la química. En esta lección, exploraremos cómo la energía juega un papel en las reacciones químicas y examinaremos conceptos clave como las reacciones endotérmicas y exotérmicas, la energía de activación y la ley de conservación de la energía.
¿Qué es la energía?
Antes de sumergirnos en las reacciones químicas, primero entendamos qué es la energía. La energía es la capacidad de realizar trabajo o causar cambio. Puede existir en muchas formas, como calor, luz y electricidad. En el contexto de las reacciones químicas, a menudo nos preocupamos por la energía térmica o el calor, que es responsable de aumentar o disminuir la temperatura.
El papel de la energía en las reacciones químicas
En cualquier reacción química, los enlaces en los reactivos deben romperse para que se formen nuevos enlaces en los productos. Romper enlaces requiere energía, mientras que formar nuevos enlaces libera energía. Dependiendo del equilibrio entre estas energías, una reacción puede absorber energía (endotérmica) o liberar energía (exotérmica).
Reacciones exotérmicas
En una reacción exotérmica, se libera más energía al formarse nuevos enlaces de la que se necesita para romper los enlaces en los reactivos. Esta energía extra a menudo se libera en forma de calor o luz. Un ejemplo común de una reacción exotérmica es la combustión de gas natural:
CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O + energíaAquí, el metano (CH₄) reacciona con el oxígeno (O₂) para producir dióxido de carbono (CO₂), agua (H₂O) y energía, que hace que una estufa de gas encendida produzca calor y luz.
El diagrama de arriba muestra el cambio de energía en una reacción exotérmica. Los productos están a un nivel de energía más bajo que los reactivos, y la diferencia es la energía libre.
Reacciones endotérmicas
En contraste, las reacciones endotérmicas absorben más energía de la que liberan. Esta energía extra es necesaria para facilitar la reacción y a menudo proviene del medio ambiente circundante, causando una caída en temperatura. La fotosíntesis en las plantas es un proceso fundamentalmente endotérmico:
6CO₂ + 6H₂O + energía → C₆H₁₂O₆ + 6O₂Las plantas utilizan la luz solar (energía) para convertir el dióxido de carbono y el agua en glucosa y oxígeno. La energía de la luz solar es absorbida, permitiendo que la reacción proceda.
Para las reacciones endotérmicas, el nivel de energía de los productos es más alto que el de los reactivos. La energía absorbida del entorno es necesaria para aumentar el nivel de energía.
Energía de activación
En todas las reacciones químicas, hay un umbral de energía que debe ser cruzado para que la reacción proceda; esto se conoce como la energía de activación. Esta es la cantidad inicial de energía requerida para romper los enlaces en los reactivos.
Por ejemplo, considere la chispa necesaria para arrancar el motor de un automóvil. Inicialmente, se necesita una pequeña cantidad de energía (energía de activación) para encender la gasolina, después de lo cual ocurre una reacción exotérmica.
El pico de la curva representa la energía de activación requerida para que ocurra la reacción. Una vez que se suministra esta energía, la reacción puede continuar, liberando o absorbiendo energía a medida que procede para formar productos.
Conservación de la energía
Según la ley de conservación de la energía, la energía no puede ser creada ni destruida en una reacción química. En su lugar, solo puede ser convertida de una forma a otra. Por ejemplo, en una reacción exotérmica, la energía potencial química en los reactivos se convierte en energía térmica, lo que puede causar un cambio en la temperatura.
En las reacciones endotérmicas, la energía térmica en el entorno se convierte en energía potencial química en los reactivos. Aunque la forma de la energía cambia, la energía total permanece constante antes y después de la reacción.
Ejemplos cotidianos de reacciones químicas que involucran energía
Comprender la energía en las reacciones químicas nos ayuda a entender muchos fenómenos a nuestro alrededor:
- Quema de madera: Una reacción exotérmica en la que la madera se reduce a cenizas, liberando calor y luz.
- Paquete de hielo instantáneo: Una reacción endotérmica en la que al presionar el paquete provoca que las sustancias en su interior se mezclen y absorban calor, enfriándolo.
- Volcán de bicarbonato de sodio y vinagre: Aunque divertido, esta reacción absorbe algo de calor, haciéndola endotérmica.
La química en la vida real: Actividades simples
Puede explorar la energía en las reacciones químicas a través de actividades o experimentos simples. Aquí hay un método que puede probar con algunos artículos del hogar:
Reacción de vinagre y bicarbonato de sodio
Mezcle vinagre (ácido acético) y bicarbonato de sodio (bicarbonato de sodio) para ver una reacción endotérmica. La reacción libera gas dióxido de carbono, pero absorbe calor, haciendo que el recipiente se sienta frío al tacto:
CH₃COOH + NaHCO₃ → CH₃COONa + H₂O + CO₂Observe los cambios de temperatura y la formación de gas como evidencia de cambios de energía en la reacción.
Conclusión
La energía juega un papel importante en las reacciones químicas. Si una reacción es exotérmica o endotérmica puede determinar cómo se utiliza en aplicaciones prácticas. Al comprender estos cambios de energía, podemos explicar y manipular mejor los procesos químicos a nuestro favor.
Comentarios