Introducción
Todas las reacciones químicas obedecen a dos leyes fundamentales: La ley de conservación de la masa y la ley de conservación de la energía. Todas las reacciones químicas están acompañadas por cambios energéticos, que corresponde a la materia que estudiaremos a continuación.
Energía es un término muy utilizado aun cuando representa un concepto muy abstracto. A diferencia de la materia, la energía se reconoce por sus efectos. No puede verse, tocarse, olerse o pesarse. En general, la energía se define como la capacidad para efectuar un trabajo, donde el trabajo es se puede definir fuerza por distancia.
Todas las reacciones químicas obedecen a dos leyes fundamentales: La ley de conservación de la masa y la ley de conservación de la energía. Todas las reacciones químicas están acompañadas por cambios energéticos, que corresponde a la materia que estudiaremos a continuación.
Energía es un término muy utilizado aun cuando representa un concepto muy abstracto. A diferencia de la materia, la energía se reconoce por sus efectos. No puede verse, tocarse, olerse o pesarse. En general, la energía se define como la capacidad para efectuar un trabajo, donde el trabajo es se puede definir fuerza por distancia.
Los químicos definen trabajo como el cambio de energía producida por un proceso. La energía cinética, la que es producida por un objeto en movimiento es una de las formas de energía que interesa mucho a los químicos. Otros tipos de energía son, energía radiante, energía térmica, energía química y energía potencial.
Todas las formas de energía se pueden convertir (por lo menos, en principio) unas en otras. Por lo tanto, cuando desaparece una forma de energía debe desaparecer otra (de la misma magnitud), y viceversa. Este principio se resume en la ley de conservación de la energía.
Casi todas las reacciones químicas absorben o producen (liberan) energía, generalmente en forma de calor. Es importante entender la diferencia entre energía térmica y calor. El calor es la transferencia de energía térmica entre dos cuerpos que están a diferentes temperaturas. Con frecuencia se habla de flujo de calor desde un objeto caliente hacia uno frío. A pesar de que el término calor por si mismo implica transferencia de energía, generalmente se habla de “calor absorbido” o “calor liberado” para describir los cambios de energéticos que ocurren durante un proceso. La termoquímica es el estudio de los cambios de calor en las reacciones químicas.
Todas las formas de energía se pueden convertir (por lo menos, en principio) unas en otras. Por lo tanto, cuando desaparece una forma de energía debe desaparecer otra (de la misma magnitud), y viceversa. Este principio se resume en la ley de conservación de la energía.
Casi todas las reacciones químicas absorben o producen (liberan) energía, generalmente en forma de calor. Es importante entender la diferencia entre energía térmica y calor. El calor es la transferencia de energía térmica entre dos cuerpos que están a diferentes temperaturas. Con frecuencia se habla de flujo de calor desde un objeto caliente hacia uno frío. A pesar de que el término calor por si mismo implica transferencia de energía, generalmente se habla de “calor absorbido” o “calor liberado” para describir los cambios de energéticos que ocurren durante un proceso. La termoquímica es el estudio de los cambios de calor en las reacciones químicas.
Parámetros energéticos de las reacciones químicas
Los científicos, cualquiera sea la disciplina en que trabajen, intentan predecir el comportamiento de los fenómenos y adelantarse así a los acontecimientos.
Las reacciones químicas pueden ser medidas y, en mayor o menor grado, ser controladas. Variando las cantidades de reactivos, la temperatura o la presión, es posible modificar también las relaciones cuantitativas entre reactantes y productos.
El conocimiento de los enlaces entre los átomos y la energía involucrada en ellos, ha sido un aspecto clave para que los químicos descifren el enigma de las transformaciones químicas.
El estudio de una reacción química debe considerar, al menos, los siguientes parámetros energéticos: energía libre, entalpía y entropía.
Las reacciones químicas pueden ser medidas y, en mayor o menor grado, ser controladas. Variando las cantidades de reactivos, la temperatura o la presión, es posible modificar también las relaciones cuantitativas entre reactantes y productos.
El conocimiento de los enlaces entre los átomos y la energía involucrada en ellos, ha sido un aspecto clave para que los químicos descifren el enigma de las transformaciones químicas.
El estudio de una reacción química debe considerar, al menos, los siguientes parámetros energéticos: energía libre, entalpía y entropía.
- Energía libre: Cada uno de los reactantes y productos dispone de una determinada cantidad de energía y se expresa mediante la siguiente ecuación:
∆H=∆G +T∆S
Donde ∆H corresponde a la energía total o entalpía, ∆G, a la energía libre, ∆S a la energía organizativa o entropía y T a la temperatura. Por su parte, el símbolo ∆ nos indica que se está midiendo una diferencia de energía entre una situación final (productos) y otra inicial (reactantes).
La energía libre es el componente de la energía total que nos indica la capacidad de un compuesto químico para reaccionar.
Así, para que una reacción sea factible, la energía libre de los productos debe ser menor que la energía libre de los reactantes (∆G <> 0), la reacción no se lleva a cabo espontáneamente.
Como vemos, es posible saber de antemano si determinados reactantes van a formar o no un producto. No es necesario “ir probando” distintas mezclas de reactantes para ver “que sucede”. - Entalpía: relación energética con el entorno. La energía libre nos indica si una reacción es o no factible, pero no nos informa si en esta transformación se va a liberar energía o vamos a tener que proporcionársela para que ocurra.
Siempre que se produce una reacción química, hay un intercambio de energía con el medio ambiente. Este intercambio depende del contenido energético de los productos con relación al de los reactantes, el que medimos a través de la entalpía (H).
La entalpía o la energía total es la medida del contenido calórico de una reacción.
Cuando se produce una reacción química, ocurre también una variación de entalpía que representaremos como ∆H. Esta variación será igual a la diferencia entre la entalpía o contenido calórico de los productos y la entalpía o contenido calórico de los reactantes, según:
∆H = H productos – H reactantes
Según la ecuación anterior, cuando la entalpía de los productos es mayor que la entalpía de los reactantes, ∆H será mayor que cero (∆H > 0); esto es, será necesario proporcionar calor para que la reacción pueda llevarse a cabo; este tipo de cambios se llama reacciones endotérmicas. Por el contrario, cuando la entalpía de los productos es menor que la entalpía de los reactantes, ∆H será menor que cero (∆H <> - Entropía: la organización del sistema. El concepto de entropía se asocia por lo general, con el grado de orden o desorden de la materia.
Se dice que los procesos de la naturaleza tienden al máximo de desorden, con un aumento de entropía.
Para aclarar el concepto de entropía analicemos un caso cotidiano: durante el otoño las hojas que caen de los árboles cubren en forma desordenada la superficie del jardín. Es poco probable que las hojas caigan ordenadamente en un rincón y que queden dispuestas para tirarlas a la basura. En la realidad debemos juntar las hojas con una escoba, tarea que exige un gasto de energía para introducir orden en este sistema.
Cuando una reacción tiende al orden, el cambio de entropía (∆S) es negativo (∆S <> 0). Es posible determinar la energía asociada al orden o desorden en una reacción química determinada.
