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Índice

Introducción....................................................................................................................................2

La Energía Química..........................................................................................................................3

Calor de Reacción Química..........................................................................................................4

Reacciones Exotérmicas y Reacciones Endotérmicas..............................................................5

Reacciones Exotérmicas...........................................................................................................6

Reacciones endotérmicas........................................................................................................7

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Introducción

La energía es un recurso natural con distintos elementos asociados que permiten hacer una utilización industrial del mismo. El concepto refiere a la capacidad de poner en movimiento o transformar algo. La química, por su parte, hace referencia la composición, la estructura y las propiedades de la materia. El término también permite nombrar a la ciencia que estudia estos aspectos junto a las modificaciones que experimenta la materia durante las denominadas reacciones químicas. La energía química, por lo tanto, es aquella producida por reacciones químicas. Un ejemplo de energía química es la que desprende el carbón al quemarse. Las pilas y las baterías también poseen energía química.

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La Energía Química

La energía química es otra de las manifestaciones de la energía y específicamente se trata de la energía interna que posee un determinado cuerpo y si bien siempre se podrá encontrar en la materia, solo se nos mostrará cuando se produzca una alteración importante de ésta. Poniéndolo en términos más sencillos, la energía química es aquella que está producida por reacciones químicas.

La energía es una propiedad inherente a la materia. La materia posee energía almacenada que se debe, por una parte, a la posición o a la altura de un cuerpo ( energía cinética) y, por otra, a la naturaleza o las sustancias de que esté hecho el cuerpo al que se hace referencia, ya que a cada elemento o compuesto le corresponde cierta cantidad de energía química almacenada a la que se le denomina contenido energético.

Cuando se lleva a cabo un fenómeno químico, éste va acompañado por una manifestación de energía, ya sea que haya absorción o desprendimiento de ella, debido a la energía química que almacenan las sustancias.

Lo anterior significa que, cuando la energía química almacenada de los reactivos es mayor que la energía de los productos, hay un excedente de energía que se libera, pues la energía se mantiene constante, es decir, no se crea ni se destruye.

Por ejemplo, al reaccionar metano (gas combustible) con el oxígeno (gas comburente), hay desprendimiento de energía como producto, porque el contenido energético del metano y del oxígeno es mayor al que posee el dióxido de carbono y el agua, que son las sustancias que se forman durante la reacción:

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Por lo tanto, si, al reaccionar, una o varias sustancias producen otras con mayor contenido energético, habrá absorción de energía por parte de los reactivos, como lo muestra la siguiente reacción de fotosíntesis:

Las sustancias de gran contenido energético se utilizan como combustible, ya que al reaccionar con el oxígeno se genera una gran cantidad de energía en forma de luz y calor.

Calor de Reacción Química

Es el cambio de energía que se presenta del rompimiento o formación de enlaces químicos. El calor de reacción se expresa generalmente en términos de calorías o kilocalorías (Kcal). Actualmente también se utiliza el joule (J) como medida de energía cuando se habla de cambios químicos. El calor de reacción puede recibir diferentes nombres según el tipo de cambio que se produce en la reacción. Puede nombrarse entonces como: calor de formación, calor de combustión, calor de neutralización, etc.

Cuando se produce una reacción química, los enlaces que unen los átomos deben romperse y formarse otros nuevos. Las moléculas se rompen y se forman moléculas nuevas, diferentes de las que había anteriormente.

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Para poder romper los enlaces existentes, es necesario suministrar una energía, la energía de activación, que permite que la transformación química comience.

Si los productos de la reacción tienen menos energía que los reactivos, P < R, la propia reacción producirá energía y continuará por sí sola: es una reacción exotérmica. Pero para iniciarla seguirá siendo necesario suministrar la energía de activación. Así, para encender una cerilla, basta frotarla con el rascador. Una vez iniciada la combustión, ésta continuará, pero se necesita frotar para que la cerilla encienda.

Si los productos tienen más energía que los reactivos, P > R, la reacción no produce energía, sino que la consume y es necesario suministrar energía constantemente para que la reacción tenga lugar, en caso contrario, se detiene: es una reacción endotérmica. Por eso, al cocinar, se debe mantener los alimentos sobre el fuego, en el momento en que dejan de calentarse, la reacción se detiene y los alimentos quedan crudos.

Reacciones Exotérmicas y Reacciones Endotérmicas

Durante las reacciones químicas puede producirse absorción o liberación de energía. Esto indica que tanto los reaccionantes como los productos contienen calor que es característico de su masa. El contenido de calor es una medida de la energía que está acumulada por una sustancia durante su formación.

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Reacciones Exotérmicas

Son aquellas reacciones donde se libera calor, esto significa que la energía de las moléculas de los productos (EP) es menor que la energía de las moléculas de los reaccionantes (ER).

Al reaccionar el butano, C4H10, con oxígeno, O2, se produce agua, H2O, dióxido de carbono, CO2, y calor, tanto calor que se esa reacción se emplea para calentar agua o cocinar. Se ha producido la combustión del butano, llamada así por la aparición de llamas:

Lo mismo ocurre cuando se quema madera, carbón o gasolina. Se trata de reacciones químicas en las que se desprende gran cantidad de calor.

Otras reacciones no desprenden tanta cantidad de calor, pero sí liberan calor. Por ejemplo, al disolver sal en agua o cuando el hierro se oxida, se produce una reacción que también libera calor, aunque no aparece llama.

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La mayoría de las reacciones químicas son exotérmicas, aunque las más conocidas son aquellas que liberan, a su vez, llamas. No todas las reacciones exotérmicas van acompañadas de llamas, pero todas las reacciones que desprenden llamas son exotérmicas.

Reacciones Endotérmicas

Son aquellas reacciones que absorben calor, lo que significa que la energía de las moléculas de los productos (EP) es mayor que la energía de las moléculas de los reaccionantes (ER).

Si algunas reacciones, al producirse, liberan calor, hay reacciones que, al contrario, consumen calor y enfrían el entorno en el que se producen. Así, cuando se disuelve cloruro de amonio, NH4Cl, se nota claramente cómo se enfría el vaso en el que se ha disuelto e, incluso, condensan pequeñas gotas de agua en él. Otro tanto ocurre en la reacción entre el nitrógeno y el oxígeno para formar óxido de nitrógeno (II), el ambiente en que se produce la reacción se enfría porque la reacción absorbe calor.

La obtención de metales, como aluminio o hierro, son procesos endotérmicos que requieren un aporte continuo de energía

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En las reacciones endotérmicas, la energía de los reactivos es menor que la energía de los productos, DE es positiva. Por eso, para poder pasar de los primeros a los segundos se necesita un suministro continuo de energía. Cuando se deja de dar energía, la reacción se detiene.

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Calor de Combustión

El calor de combustión es la energía liberada en forma de calor cuando un compuesto se somete a combustión completa con el oxígeno bajo condiciones estándar. La reacción química es típicamente un hidrocarburo reaccionar con el oxígeno para formar dióxido de carbono, agua y calor. Puede expresarse con las cantidades:

energía/mol de combustible energía/masa de combustible energía/volumen de combustible

El calor de combustión se mide convencionalmente con un calorímetro de bomba. También se puede calcular como la diferencia entre el calor de formación de los productos y reactivos. La combustión es una oxidación violenta, la cual, a su vez, desprende energía en forma de calor y luz. Los principales productos de ella son: el CO2, el vapor de agua y la energía. Ejemplos de este proceso son la combustión del gas de la estufa, de la leña, y del carbón. En todos estos fenómenos se presenta una oxidación y, por lo tanto, también tiene lugar una reducción, ya que cuando se produce la combustión de una de estas sustancias, el oxígeno se reduce ganando electrones y el elemento que se oxida los pierde.En el organismo de los seres vivos existen procesos de "combustión orgánica", los cuales se denominan así por la similitud que guardan con los productos obtenidos. Sin embargo, no son propiamente combustiones, pues no son, oxidaciones violentas.Un ejemplo de éstas es la degradación de la glucosa que, durante la respiración celular, produce CO2, H2O y energía, de acuerdo con la siguiente reacción:

En esta ecuación se observa que cada átomo de oxígeno "gana" 2 electrones (se reduce) y el carbono "pierde" 4 electrones (se oxida).

La oxidación del gas butano es una combustión inorgánica, ya que no se efectúa en los seres vivos. Su reacción es la siguiente:

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Energía de Formación de Enlaces

Para que una o varias sustancias se transformen en otras tiene que haber una reorganización de átomos, y para ello se tienen que romper unos enlaces y formarse otros nuevos. La ruptura y formación de enlaces lleva asociada una absorción y un desprendimiento de energía. Para romper un enlace se necesita un aporte de energía, que se denomina energía de enlace. Y cuando se forma dicho enlace, se desprende esa misma cantidad de energía Cuando ocurren reacciones químicas, ocurre también un rompimiento de los enlaces existentes en los reactivos, pero "nuevos enlaces son formados en los productos.

Ese proceso involucra el estudio de la variación de energía que permite determinar la variación de entalpía de las reacciones. El aprovisionamiento de energía permite el rompimiento de enlaces de los reactivos, ese proceso es endotérmico, pero a medida que los enlaces entre los productos se forman, el proceso cambia, volviéndose exotérmico.

La energía liberada en la formación de un enlace, es numéricamente igual a la energía absorbida en el rompimiento de ese enlace, por tanto la energía de enlace es definida para el rompimiento de enlaces.

Entalpía

Es el estudio del calor intercambiado en las reacciones químicas Para finalizar nuestro estudio de la energía de enlace, deberíamos dejar claros algunos conceptos usados con frecuencia en él.

Sistema: Se denomina un sistema, a una parte del universo físico cuyas propiedades están bajo investigación.

Frontera: Límites que definen el espacio del sistema, separándolo del resto de universo.

Medio: Es la porción del universo próxima a las fronteras del sistema, que puede en la mayoría de los casos, interactuar con el sistema.

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Cuando una reacción química ocurre en un determinado sistema, esto acarrea un intercambio de calor entre el sistema en reacción y el medio ambiente. La Termoquímica estudia justamente esos intercambios de calor, así como su aprovechamiento en la realización de trabajo.

Si el calor intercambiado entre el sistema y el medio es medido a presión constante, él es denominado Entalpía o contenido calorífico y simbolizado por la letra H. siendo que Entalpía (H) es el calor intercambiado a presión constante. En relación a los intercambios de calor, las reacciones químicas se clasifican en dos tipos:

Reacciones exotérmicas: Aquellas que liberan calor al ambiente

Reacciones endotérmicas: Aquellas que absorben calor del ambiente

En 1916 W. Kassel y G. Lewis una regla para explicar la formación de enlaces entre los diferentes átomos. Esta regla es denominada la regla de octeto: “cuando se forma un enlace químico, los átomos adquieren, ceden o comparten electrones, de tal manera que la capa más externa o de valencia de cada átomo contenga ocho (8) electrones”.

Esta regla se fundamenta en el hecho de que todos los gases nobles, excepto el helio (He), tienen en su estructura electrónica 8 electrones en la última capa o nivel de energía, lo que les confiere estabilidad química (inertes).

La tendencia a obtener estructuras electrónicas semejantes a los gases nobles (8e- en el último nivel) explica en parte el enlace químico en la mayoría de los compuestos.

Energía de Disociación de Enlaces

La energía de disociación de enlace es la cantidad de energía necesaria para romper un enlace. Suele medirse en kilocalorías por mol (kcal/mol) o en kilo Jules por mol (kJ/mol), es decir, la cantidad de energía que necesitarías para romper el enlace mol o en 6,022 x 10^23 moléculas. La energía de disociación de enlace es importante porque es una medida de la fuerza del enlace, esto es, qué tan estrechamente unidos están dos átomos.

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En el proceso de hemólisis, el enlace covalente se rompe y cada uno de los átomos se queda con uno de los electrones que formaban el enlace, formándose así radicales libres, es decir, entidades químicas con número impar de electrones.

En cambio en el proceso de ruptura del enlace por medio de heterólisis, el átomo con mayor electronegatividad retiene los dos electrones, formándose dos iones.

Cuanto mayor es la energía de disociación de enlace, mayor es la fuerza de unión entre los átomos que forman el enlace.

La energía de disociación de enlace muchas veces es diferente de la energía de enlace. Por ejemplo, en la molécula de agua, la energía de enlace entre el oxígeno y el hidrógeno es de 458,9 kJ/mol, sin embargo para disociar el primer enlace O-H se necesitan 493,4 kJ/mol, mientras que para disociar el segundo, se necesitan 424,4 kJ/mol.

Cuando se forman enlaces se desprende energía, en cambio al romper estos enlaces, la energía es consumida, dado lugar a procesos endotérmicos. Si luego de la disociación los productos se combinan para llegar a un estado de menor energía, el proceso será exotérmico.

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Conclusión

Si bien la energía química es generada, la energía en sí es una propiedad inherente a toda la materia. Es decir, toda materia tiene energía almacenada, lo cual se denomina contenido energético. Al realizarle una energía química a una materia, ésta está siempre acompañada por una absorción de energía o bien por un desprendimiento de energía, debido a esto que explicamos del almacenamiento energético en las sustancias. Existe desprendimiento de energía cuando la energía química que está almacenada en un reactivo resulta mayor que la energía del producto, por lo cual existe un excedente de energía que entonces debe ser liberado. Por esto, podemos sostener que la energía química es creada, generada o producida a partir de las interacciones entre átomos y moléculas. También se sostiene que la energía no se crea ni se destruye, sólo que se transforman.

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Bibliografía

-Kalipedia, un producto de Santillana:http://ar.kalipedia.com/ciencias-vida/tema/energia-reacciones-quimicas.html?x1=20070924klpcnafyq_120.Kes

-http://newton.cnice.mec.es/3eso/energia/quimica.htm