Cómo calcular la energía liberada en una reacción exotérmica
En el capítulo 5 “La estequiometría y el mol”, relacionamos cantidades de una sustancia con otra en una ecuación química realizando cálculos que utilizaban la ecuación química balanceada; la ecuación química balanceada proporcionaba equivalencias que utilizábamos para construir factores de conversión. Por ejemplo, observe la siguiente ecuación química equilibrada:
Es decir, ahora podemos añadir una cantidad de energía a las equivalencias: el cambio de entalpía de una reacción química equilibrada. Esta equivalencia también puede utilizarse para construir factores de conversión, de modo que podamos relacionar el cambio de entalpía con las cantidades de sustancias que reaccionan o se producen.
Hay que tener en cuenta que estas equivalencias responden a una preocupación. Cuando se indica una cantidad de energía para una reacción química equilibrada, ¿a qué cantidad(es) de reactivos o productos se refiere? La respuesta es que se refiere al número de moles de la sustancia indicada por su coeficiente en la reacción química equilibrada. Así, 2 mol de H2 están relacionados con -570 kJ, mientras que 1 mol de O2 está relacionado con -570 kJ. Por eso la unidad del cambio de energía es kJ, no kJ/mol.
Cómo calcular la energía liberada por gramo
Este vídeo explora las implicaciones energéticas del cambio químico. Puede utilizarse para complementar la investigación Exotérmica, Endotérmica y Cambio Químico o puede valerse por sí solo para introducir una lección o ampliar el aprendizaje de los alumnos.
Pero, ¿por qué algunas reacciones químicas liberan grandes cantidades de energía, mientras que otras absorben energía? En una reacción química, el principal cambio que se produce está relacionado con la forma en que los átomos están conectados (o enlazados) entre sí. Para cambiar esas conexiones, hay que romper enlaces y formar otros nuevos. Desglosemos cómo se transfiere la energía en estas reacciones.
Para entenderlo, consideremos la reacción química entre el vinagre y el bicarbonato de sodio. Así es, el clásico experimento del volcán de bicarbonato. La reacción química detrás de este favorito de la feria de ciencias involucra al bicarbonato de sodio -también conocido como bicarbonato de sodio para los químicos- y al vinagre, también conocido como ácido acético.
Estos compuestos reaccionan para formar las moléculas de acetato de sodio, agua y dióxido de carbono. El bicarbonato de sodio y el vinagre se denominan reactivos. El acetato de sodio, el agua y el dióxido de carbono que se forman se llaman productos.
Calculadora de energía térmica liberada
Conocer la cantidad de energía implicada en las reacciones químicas es útil para que los recursos se utilicen de forma eficiente y económica. Es posible medir la cantidad de energía experimentalmente o calcularla.
Reacción endotérmica. A es la energía de activación. La energía necesaria para la ruptura del enlace (A) es mayor que la energía liberada por la formación del enlace (B). Por lo tanto, la energía global de la reacción (C) es un valor positivo.
Reacción exotérmica. B es la energía de activación. La energía liberada por la formación del enlace (C) es mayor que la energía necesaria para la ruptura del enlace (B). Por lo tanto, la energía global de la reacción (A) es un valor negativo.
La neutralización de ácidos y álcalis y la combustión de combustibles (por ejemplo, combustibles fósiles, hidrógeno o alcohol) son ejemplos de reacciones exotérmicas. El hecho de que una reacción de combustión genere energía calorífica la hace especialmente útil como combustible.
La energía de activación equivale a la energía necesaria para romper todos los enlaces de los reactivos y formar partículas intermedias. A medida que la reacción avanza, las partículas intermedias forman nuevos enlaces y liberan energía para formar el producto.
Cómo calcular la energía liberada en una reacción nuclear
Cuando se produce una reacción, los enlaces de los reactantes se rompen, los átomos se reorganizan y se forman nuevos enlaces al crearse los productos. Si las energías de enlace de los enlaces formados son diferentes de las energías de enlace de los enlaces rotos, entonces la energía de los reactantes no es igual a la energía de los productos, y la energía se absorbe o se libera a los alrededores. Hay que tener en cuenta algunas cosas.
Dado que la entalpía es una función de estado, podemos ver energéticamente una reacción como si tuviera lugar en dos pasos (como se ilustra en la Figura \(\PageIndex{1}). El primer paso es el paso endotérmico de romper los enlaces del reactivo y el segundo es el paso exotérmico de crear los enlaces del producto. El cambio de energía de la reacción puede considerarse como la suma de estos dos pasos, y da lugar a dos posibilidades,
Figura \N(\NIndice de página{1}): Diagramas del ciclo energético que muestran las reacciones exotérmicas y endotérmicas en términos de un paso endotérmico inicial que implica la ruptura de los enlaces del reactante, seguido de un paso exotérmico que implica la creación de enlaces del producto.