Resúmen de química general

Termoquímica: Naturaleza de la energía y sus cambios

Introducción

Por medio de la  termoquímica se pueden estudiar procesos donde se experimentan transformaciones de diferentes tipos de energía a energía térmica. En las reacciones químicas desde las más comunes hasta las menos conocidas se ven involucradas estas transformaciones. La fotosíntesis, la digestión y hasta la taza de café que tomas en las mañanas son ejemplos de cómo estos procesos son parte de nuestra vida cotidiana. La termoquímica viene a estar más presente en tu vida de lo que te imaginas.

Naturaleza de la energía

La energía se define como la capacidad de realizar un trabajo; ésta tiene múltiples expresiones y cada una de estas tiene la capacidad de efectuar trabajo; recuerda que el trabajo es la fuerza aplicada a lo largo de una longitud. En química trabajo se define como el cambio directo de energía que resulta de un proceso.

Para la química no todas las expresiones de la energía son de su interés. La energía mecánica, por ejemplo, producida por la fuerza de las olas, si bien ha sido de mucha importancia para la humanidad, no tiene tanta relación con la química.

Pero si hablamos de las energías radiante, térmica o potencial, entonces hablamos de expresiones de interés químico.

Expresiones de la energía

La energía  radiante o energía solar  (proveniente del Sol) es la principal fuente de energía para nuestro planeta. Gracias a la energía solar se pueden llevar a cabo procesos sumamente importantes para la vida como lo es la fotosíntesis. También tiene gran influencia en los procesos climáticos.

La energía térmica es la producida por el movimiento aleatorio de los átomos y las moléculas. Si bien se  mide por medio de la temperatura no debe confundirse con ésta. Cuanto más movimiento presentan los átomos en una muestra de materia, mayor calor habrá y así mayor energía térmica.

La energía potencial es la que se da en función de la posición de un objeto, en un caso químico, se relaciona con la posición  y el arreglo de los átomos.

Todas estas expresiones de la energía pueden convertirse de unas a otras, así, se cumple la ley de conservación de la energía: la energía total del universo permanece constante.

Cambios de energía en reacciones químicas

Por lo general las reacciones químicas producen o absorben energía en forma de calor. El calor es la transferencia de energía térmica entre dos cuerpos que tienen diferente temperatura. Esta transferencia se da del objeto que tiene mayor al que tiene menor temperatura. La termoquímica es el estudio de  los cambios de calor en las reacciones químicas.

Para llevar a cabo estudios en termoquímica es necesario que definamos al sistema. El sistema es la porción del universo que hemos escogido para estudiar, los alrededores son lo que esta  fuera de los límites de nuestro sistema.

Existen tres tipos de sistemas, abiertos, cerrados y aislados. Los sistemas abiertos son aquellos donde se puede dar un intercambio de materia y de energía con los alrededores. Este intercambio energético por lo general se da en forma de calor. Un ejemplo de este tipo de sistemas es la bebida caliente que  tomas en las mañanas, estando la taza abierta, existe este intercambio de materia y energía con los alrededores, hasta el punto que queda vacía y “fría”.

En los sistemas cerrados solo existe la transferencia de energía pero queda restringida por completo el intercambio de materia. Por ejemplo una botella de agua cerrada y fría. Mientras la botella esté cerrada no podrá salir el agua pero gradualmente se ira calentando.

Los sistemas aislados son aquellos donde no hay transferencia ni de materia ni de energía. Un ejemplo son los termos donde transportamos nuestras bebidas calientes.

Recuerda, que según la ley de conservación de la energía, si el sistema estudiado pierde energía la encontraremos transformada en alguna parte de los alrededores.

Una taza de café representa un sistema abierto.

Procesos endotérmicos y exotérmicos

Un proceso endotérmico es aquel en el que los alrededores deben proporcionar calor al sistema, en algunas ocasiones la temperatura ambiente es suficiente para suministrar calor al sistema. Un ejemplo de estos procesos se presenta en la formación de CO2 cuando hiciste tu volcán de plastilina en la escuela.

Cuando  mezclas vinagre con bicarbonato generas el dióxido de carbono, este proceso necesita de la energía de los alrededores. Tienes una tarea ahora, realiza este experimento en un vaso, siente el vaso antes y después de la reacción. ¿Qué diferencias hay?

En el proceso exotérmico el sistema está liberando hacia los alrededores energía en forma de calor. Pon a prueba este proceso, en un recipiente mezcla levadura y agua oxigenada, ahora ¿cómo se siente el recipiente?

Referencias

  1. Chang, Raymond, Química, 10ª Edición, McGraw Hill, México, 2010, Pág. 230-232

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