Una reacción que absorbe energía en forma de calor
Estas viejas cadenas de hierro desprenden una pequeña cantidad de calor al oxidarse. La oxidación del hierro es un proceso químico. Se produce cuando el hierro y el oxígeno experimentan una reacción química similar a la combustión. La reacción química que se produce cuando algo se quema obviamente desprende energía. Se puede sentir el calor y se puede ver la luz de las llamas. La oxidación del hierro es un proceso mucho más lento, pero sigue desprendiendo energía. Sólo que libera energía tan lentamente que no se puede detectar un cambio de temperatura.
Una reacción química es un proceso que transforma unas sustancias químicas en otras. La sustancia que inicia una reacción química se llama reactivo, y la que se forma como resultado de una reacción química se llama producto. Durante la reacción, los reactivos se agotan para crear los productos.
Otro ejemplo de reacción química es la combustión del gas metano, que se muestra en la Figura \N(\PageIndex{2}\N). En esta reacción química, los reactivos son metano (CH4) y oxígeno (O2), y los productos son dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O). Como muestra este ejemplo, una reacción química implica la ruptura y formación de enlaces químicos. Los enlaces químicos son fuerzas que mantienen unidos los átomos de una molécula. Los enlaces se producen cuando los átomos comparten electrones. Cuando el metano se quema, por ejemplo, los enlaces se rompen dentro de las moléculas de metano y oxígeno, y se forman nuevos enlaces en las moléculas de dióxido de carbono y agua.
Exotérmico y endotérmico
La oxidación o la combustión de la materia son ejemplos comunes de cambios químicos. Los cambios químicos implican reacciones químicas, en las que algunas sustancias, llamadas reactivos, cambian a nivel molecular para formar nuevas sustancias, que se llaman productos. Todas las reacciones químicas implican energía, pero no todas las reacciones químicas liberan energía, como la oxidación y la combustión. En algunas reacciones químicas, la energía se absorbe en lugar de liberarse.
Otro ejemplo de reacción exotérmica es la combinación del cloro con el sodio para formar la sal de mesa. La descomposición de la materia orgánica también libera energía debido a las reacciones exotérmicas. A veces, en una mañana fría, se puede ver cómo sale vapor de una pila de compost debido a estas reacciones químicas (véase la foto de la figura 3.9.2).
Un tipo especial de reacción exotérmica es la reacción exergónica: las reacciones exergónicas no sólo liberan energía, sino que además se producen de forma espontánea. Muchos procesos celulares se basan en reacciones exergónicas: en un proceso químico llamado respiración celular, que es similar a la combustión, se “quema” el azúcar glucosa para proporcionar energía a las células.
Una reacción que libera energía en forma de calor
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.
Reacción exotérmica
Muchas reacciones químicas liberan energía en forma de calor, luz o sonido. Son reacciones exotérmicas. Las reacciones exotérmicas pueden producirse de forma espontánea y dar lugar a una mayor aleatoriedad o entropía (ΔS > 0 ) del sistema. Se denotan por un flujo de calor negativo (el calor se pierde a los alrededores) y la disminución de la entalpía (ΔH < 0). En el laboratorio, las reacciones exotérmicas producen calor o incluso pueden ser explosivas.
Hay otras reacciones químicas que deben absorber energía para proceder. Son las reacciones endotérmicas. Las reacciones endotérmicas no pueden producirse espontáneamente. Hay que realizar un trabajo para que estas reacciones se produzcan. Cuando las reacciones endotérmicas absorben energía, se mide un descenso de la temperatura durante la reacción. Las reacciones endotérmicas se caracterizan por un flujo de calor positivo (hacia la reacción) y un aumento de la entalpía (+ΔH).
La fotosíntesis es un ejemplo de reacción química endotérmica. En este proceso, las plantas utilizan la energía del sol para convertir el dióxido de carbono y el agua en glucosa y oxígeno. Esta reacción requiere 15MJ de energía (luz solar) por cada kilo de glucosa que se produce: