Ecuación de enlaces rotos – enlaces formados
Este vídeo explora las implicaciones energéticas del cambio químico. Puede utilizarse para complementar la investigación Exotérmica, Endotérmica y Cambio Químico o puede ser independiente 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.
¿Por qué deben romperse los enlaces de estas moléculas antes de que ocurra nada más?
La fuerza de un enlace describe la fuerza con la que cada átomo está unido a otro átomo y, por tanto, cuánta energía se necesita para romper el enlace entre los dos átomos. En esta sección, aprenderás sobre la fuerza de los enlaces covalentes, y luego la compararás con la fuerza de los enlaces iónicos, que está relacionada con la energía de red de un compuesto.
Las moléculas estables existen porque los enlaces covalentes mantienen los átomos unidos. Medimos la fuerza de un enlace covalente por la energía necesaria para romperlo, es decir, la energía necesaria para separar los átomos enlazados. La separación de cualquier par de átomos enlazados requiere energía (véase la figura 1 del capítulo 7.2 Enlace covalente). Cuanto más fuerte sea un enlace, mayor será la energía necesaria para romperlo.
La energía necesaria para romper un enlace covalente específico en un mol de moléculas gaseosas se denomina energía de enlace o energía de disociación del enlace. La energía de enlace para una molécula diatómica, DX-Y, se define como el cambio de entalpía estándar para la reacción endotérmica:
Las moléculas con tres o más átomos tienen dos o más enlaces. La suma de todas las energías de enlace en una molécula de este tipo es igual al cambio de entalpía estándar para la reacción endotérmica que rompe todos los enlaces en la molécula. Por ejemplo, la suma de las energías de los cuatro enlaces C-H en el CH4, 1660 kJ, es igual al cambio de entalpía estándar de la reacción:
¿Por qué la ruptura de enlaces es endotérmica?
Los enlaces de hidrógeno se forman cuando los átomos de hidrógeno se unen covalentemente al nitrógeno (N), al oxígeno (O) o al flúor (F) en forma de compuestos covalentes como el amoníaco (NH3), el agua (H2O) y el gas fluoruro de hidrógeno (HF). En estas moléculas, los átomos de hidrógeno no tiran con tanta fuerza de los electrones compartidos como los átomos de N, O o F. Por lo tanto, las moléculas son polares; los átomos de hidrógeno se cargan positivamente y son capaces de formar enlaces de hidrógeno con iones negativos o partes de otras moléculas cargadas negativamente (como los átomos de N, O y F que se cargan negativamente en estos compuestos).
Los enlaces de hidrógeno no son verdaderos enlaces como los covalentes o los iónicos. Los enlaces de hidrógeno son atracciones de fuerza electrostática causadas por la diferencia de carga entre iones de hidrógeno ligeramente positivos y otros iones ligeramente negativos. Estas atracciones son mucho más débiles que los verdaderos enlaces iónicos o covalentes, pero son lo suficientemente fuertes como para dar lugar a algunas propiedades interesantes.
En el caso del agua, los enlaces de hidrógeno se forman entre los átomos de hidrógeno y oxígeno vecinos de las moléculas de agua adyacentes. La atracción entre moléculas de agua individuales crea un enlace conocido como enlace de hidrógeno. Véase la Fig. 3-7.
¿Por qué deben romperse los enlaces de la glucosa y el oxígeno antes de que pueda tener lugar cualquier otra cosa?
Los átomos se unen para formar compuestos porque al hacerlo alcanzan energías inferiores a las que poseen como átomos individuales. Se libera una cantidad de energía, igual a la diferencia entre las energías de los átomos unidos y las energías de los átomos separados, generalmente en forma de calor. Es decir, los átomos unidos tienen una energía inferior a la de los átomos individuales. Cuando los átomos se combinan para formar un compuesto, siempre se desprende energía, y el compuesto tiene una energía global más baja.
Cuando se produce una reacción química, los enlaces moleculares se rompen y se forman otros enlaces para formar moléculas diferentes. Por ejemplo, los enlaces de dos moléculas de agua se rompen para formar hidrógeno y oxígeno.
Siempre se necesita energía para romper un enlace, lo que se conoce como energía de enlace. Aunque el concepto puede parecer simple, la energía de enlace tiene un propósito muy importante para describir la estructura y las características de una molécula. Puede utilizarse para determinar qué estructura de puntos de Lewis es la más adecuada cuando hay varias estructuras de puntos de Lewis.