Química General

Termoquímica: Introducción

La rama de la ciencia que estudia la energía y todas sus transformaciones se denomina como termodinámica. Esta rama o campo de estudio tuvo sus inicios durante la Revolución Industrial cuando los ingenieros trataban de hacer más eficientes las máquinas de vapor. Todos cuando hemos realizado prácticas en el laboratorio nos hemos dado cuenta que algunas reacciones químicas liberan calor y algunas otras requieren que se les aplique calor por medio del uso de algún mechero para que se lleven a cabo. La parte de la termodinámica que estudia las reacciones químicas y sus cambios de energía se denomina termoquímica y es de lo que hablaremos en este apartado.

Algunas definiciones

Para comprender mejor la termodinámica y sus leyes es preciso definir los conceptos de sistema, energía, trabajo y calor. Un sistema es la porción del universo que queremos estudiar: Por ejemplo, si tenemos una hielera y queremos saber qué cantidad de calor sale de ella, nuestro sistema sería la hielera y todo lo demás que se encuentra alrededor se denomina entorno. El trabajo es la energía que se requiere para poner un objeto en estado de movimiento contra una fuerza; por ejemplo si queremos mover una caja pese a la fuerza de gravedad que se ejerce sobre ella. El calor es la energía que se manifiesta cuando hay un cambio de temperatura debido al contacto entre un cuerpo caliente y uno frío. Se dice que el calor se transfiere del cuerpo con mayor temperatura al de menor temperatura.

Energía cinética y energía potencial

La energía cinética se define como la energía que posee un cuerpo que se encuentra en movimiento y se representa por medio de la siguiente ecuación:

Ek=1/2 mv2

Donde m es la masa del objeto y v es la velocidad. Por ejemplo, si tuviéramos una pelota de basquetbol y una de tenis y las lanzaremos al aire a la misma velocidad calcularíamos que la pelota de basquetbol tiene una energía cinética mayor a la pelota de tenis ya que su masa es mucho mayor.

También hay otro tipo de energía que se denomina energía potencial y se manifiesta cuando una fuerza, comúnmente la gravedad, actúa sobre algún objeto y está dada por la multiplicación de la masa, el valor de la gravedad y la altura a la que se encuentra el objeto. Ahora imaginemos que tenemos una pelota en lo alto de una colina; la pelota en ese momento tiene cierta energía potencial por estar a determinada altura, y al estar en reposo su energía cinética tiene un valor de cero; si después dejamos que la pelota ruede cuesta abajo y calculáramos la energía potencial y cinética de la pelota observaríamos que al estar en movimiento la energía cinética aumenta al mismo tiempo que la energía potencial disminuye.

El Sistema Internacional de Unidades (SI) determinó que la unidad para medir la energía es el Joule. En la mayoría de los libros de texto, como el mencionado en las referencias, tienen tablas de conversiones entre las diferentes unidades de energía (calorías, BTU, etc.).

Procesos endotérmicos y exotérmicos

Dependiendo de si un proceso libera o consume energía se clasifica en exotérmico o endotérmico. Un proceso exotérmico es aquel que libera energía o calor al entorno, como por ejemplo el proceso de cristalización de una solución sobresaturada de acetato de sodio; una vez que se termina el proceso de cristalización y tocamos el recipiente podemos sentir cómo se elevó su temperatura. Otro ejemplo de proceso exotérmico es la formación de hidróxidos de metales alcalinos cuando éstos entran en contacto con el agua. Uno de los ejemplos más característicos es el  del Litio que al entrar en contacto con agua tiene una reacción muy explosiva y por eso en los laboratorios se almacena totalmente fuera de contacto con el agua.

Un proceso endotérmico es aquel que toma calor de los alrededores o del entorno para poder llevarse a cabo. Un ejemplo muy sencillo es cuando se derrite el hielo. Para que esto suceda el entorno tiene que estar a una temperatura superior a la del agua en estado sólido para que esta se derrita. Una reacción química se denomina como reacción endotérmica si la temperatura de ésta disminuye.

Referencias

  1. Brown Theodre L., y cols. Química. La ciencia central. PEARSON Educación, México, 2004. Pág. 56 ISBN 970-26-0468-0

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