Energía

LA ENERGÍA QUÍMICA

       Las sustancias poseen energía química en virtud de su propia constitución. Cuando reaccionan entre sí y se transforman en otras sustancias diferentes se producen cambios energéticos, es decir, se absorbe y se desprende energía. La energía que se necesita o que se libera en una reacción química puede ser calorífica, luminosa, etc.

      Ahora bien, ¿Cómo se explican los cambios energéticos que tienen lugar en toda reacción química? Los reactivos tienen una determinada energía química debido a que los átomos que los constituyen están unidos por enlaces. Cuando se produce una reacción química, se rompen ciertos enlaces de los reactivos y se forman otros enlaces nuevos pertenecientes a los productos de la reacción. Para romper los enlaces de los reactivos se necesita energía, sin embargo cuando se forman los enlaces de los productos se libera energía. En conjunto, la reacción desprenderá o absorberá energía según resulte el balance entre la rotura y la formación de enlaces.

Calor de reacción

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       El calor de reacción se define como la diferencia entre el contenido energético de los productos menos el contenido energético de los reactivos. En muchas ocasiones, las reacciones se realizan en recipientes a presión atmosférica. En estos casos, el calor de reacción se denomina incremento o variación de entalpía y se representa por ΔH. la cual puede ser positivo o negativo:

• ΔH>0: cuando el contenido energético de los productos es mayor que el de los reactivos, el incremento de entalpía es positivo. En la reacción tiene lugar una absorción de calor, pro lo que se llama reacción endotérmica. Ejemplos de este tipo de reacción son las descomposiciones de las sustancias y las roturas de los enlaces.

• ΔH<0: Cuando el contenido energético de los reactivos es mayor que el de los productos entonces el incremento de entalpía es negativo. En estos procesos se libera energía y por ello se denominan reacciones exotérmicas. Un ejemplo de estas reacciones son las combustiones de gases.

Calor de formación:

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      Un tipo sencillo de reacciones es la formación de un compuesto a partir de los elementos que lo constituyen. El calor de la reacción en este caso se denomina calor de formación o entalpía de formación y se designa mediante ΔH_f.

Tabla 1:

Entalpías de formación de algunos elementos y compuestos en condiciones estándar.

      Los calores de formación son positivos cuando hay que suministrar  calor para obtener la sustancia y negativos cuando se desprende calor en la obtención de la sustancia. De forma arbitraria se consideran nulas las entalpías correspondientes a los elementos en estado físico más estable que presentan en las condiciones estándar, por ejemplo H₂, O₂, C.

      Las entalpías nulas sirven como referencia para determinar los valores de las entalpías de formación de los diferentes compuestos y, a partir de éstas, se puede calcular el calor de cualquier reacción.

      Los procesos endotérmicos y exotérmicos se pueden esquematizar mediante representaciones gráficas denominados diagramas entálpicos. En la ordenadas se sitúan los valores de las entalpías de formación (o contenido energético) de los reactivos y productos y en las abscisas el avance de la reacción.

La energía se conserva en las reacciones químicas.

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        Una ley fundamental de la física y de la química es la ley de la conservación de la energía según la cual la suma de las energías existentes antes y después de un transformación permanece constante.

     Ahora aplicaremos esta ley a las reacciones químicas. Si suponemos que una reacción puede realizarse de A a B directamente a través de una etapa intermedia C como se muestra en la figura:

      De acuerdo con la ley de la conservación dela energía, que aplicada a las reacciones químicas se conoce también como ley de Hess, podemos escribir:

ΔH₁ = ΔH₂ + ΔH₃

      Esto significa que las ecuaciones químicas también pueden tratarse como  ecuaciones algebraicas, es decir que pueden sumarse o restarse. De esta forma se calculan calores de reacción de aquellos procesos que son difíciles de realizar a partir de otros procesos cuya medida es simple. Así, en las combustiones,la medida del calor de reacción se lleva a cabo con sencillez mediante el empleo de aparatos denominados calorímetros. Con ellos es posible calcular directamente  los calores de formación del agua y del dióxido de carbono dados en la tabla 1, quemando en el calorímetro hidrógeno y carbono.