Aplicaciones energeticas de las reacciones quimicas

Ejemplos de energía potencial química

Este vídeo explora las implicaciones energéticas del cambio químico. Puede utilizarse como complemento de la investigación Cambio químico, exotérmico y endotérmico, o por sí solo para introducir una lección o ampliar el aprendizaje de los alumnos.

¿Por qué algunas reacciones químicas liberan grandes cantidades de energía, mientras que otras la absorben? 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. Veamos cómo se transfiere la energía en estas reacciones.

Para entenderlo, pensemos en la reacción química entre el vinagre y el bicarbonato. Así es, el clásico experimento del volcán de bicarbonato. La reacción química en la que se basa este experimento favorito de las ferias de ciencias implica bicarbonato sódico -también conocido como bicarbonato de sodio por los químicos- y vinagre, también conocido como ácido acético.

Estos compuestos reaccionan para formar las moléculas acetato de sodio, agua y dióxido de carbono. El bicarbonato y el vinagre se denominan reactivos. El acetato de sodio, el agua y el dióxido de carbono que se forman se denominan productos.

Características de la energía química

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 arde desprende energía. Se puede sentir el calor y 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, mostrada en la Figura \(\PageIndex{2}\). 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 a los átomos de una molécula. Los enlaces se producen cuando los átomos comparten electrones. Cuando se quema metano, por ejemplo, se rompen enlaces entre las moléculas de metano y oxígeno, y se forman nuevos enlaces en las moléculas de dióxido de carbono y agua.

Ejemplos de energía química

En esta etapa de su escolarización, los alumnos han estado expuestos al concepto de energía en distintos contextos. A partir de estas experiencias, muchos alumnos creen que la energía (que incluye el calor, la luz y la electricidad) es un tipo de materia. En los paquetes de alimentos se indica el contenido energético (en kJ), junto con las cantidades de ingredientes como proteínas, grasas y azúcar, lo que refuerza aún más esta idea. La idea de que la energía total del sistema antes y después de una reacción química es la misma no se ve corroborada por las observaciones cotidianas, lo que plantea dos problemas: el primero es que los alumnos construyen un significado de la energía a partir de sus experiencias cotidianas, lo que tiene sus limitaciones. Los alumnos suelen restringir la energía a los seres vivos, el movimiento o el calor y la electricidad. Una consecuencia de este significado restringido de la energía es que no puede explicar cómo se conserva la energía en todos los cambios. El segundo problema, relacionado con el anterior, es que la energía química es un concepto difícil de comprender para muchos alumnos: pueden entender que el calor, la luz y la electricidad son diferentes de la materia, pero la energía química almacenada que no se ve es mucho más difícil de entender. Esto significa que es probable que crean que la energía se crea (o se gasta) en las reacciones químicas:

Fórmula de la energía química

La energía química es la energía almacenada en el interior de las sustancias químicas, que hace lo propio dentro de los átomos y las moléculas. En la mayoría de los casos, se considera la energía de los enlaces químicos, pero el término también incluye la energía almacenada en la disposición de los electrones de átomos e iones. Es una forma de energía potencial que no se observa hasta que se produce una reacción. La energía química puede transformarse en otras formas de energía mediante reacciones químicas o cambios químicos. La energía, a menudo en forma de calor, se absorbe o se libera cuando la energía química se convierte en otra forma.

Básicamente, cualquier compuesto contiene energía química que puede liberarse cuando se rompen sus enlaces químicos. Cualquier sustancia que pueda utilizarse como combustible contiene energía química. Algunos ejemplos de materias que contienen energía química son: