Reacciones endotérmicas y exotérmicas
Ximena saca de su mochila una compresa fría instantánea después de un golpe en el entrenamiento de futbol. La aprieta, la bolsita se enfría en segundos y le alivia el moretón. En la estufa de su casa, en cambio, el gas LP se quema y calienta la olla. Las dos son reacciones o procesos químicos, pero una enfría y la otra calienta. ¿De dónde sale o a dónde va esa energía? Al final de la página lo respondemos.
Sistema y alrededores
Para hablar de energía en una reacción hay que decidir qué estudiamos. El sistema es la parte que observamos (los reactivos y productos). Los alrededores son todo lo demás: el aire, el recipiente, tu mano.
La energía se conserva: si el sistema pierde energía, los alrededores la ganan, y al revés. Por eso lo que tú sientes (calor o frío) es lo que le pasa a los alrededores, y es lo contrario de lo que le pasa al sistema.
Clasifica cada proceso como endotérmico o exotérmico y justifica tu respuesta según si el sistema absorbe o libera energía: a) la combustión del gas LP en la estufa; b)…
Clasifica cada proceso como endotérmico o exotérmico y justifica tu respuesta según si el sistema absorbe o libera energía: a) la combustión del gas LP en la estufa; b) una compresa fría instantánea (de las que se usan para los golpes), que se enfría al activarse; c) la oxidación del hierro (la formación de óxido); d) la evaporación del sudor de la piel, que refresca.
El signo de ΔH
Los químicos miden la energía intercambiada como calor a presión constante y la llaman cambio de entalpía, $\Delta H$:
$$\Delta H = H_{\text{productos}} - H_{\text{reactivos}}$$Se mide en kJ (o kJ/mol). El signo se toma desde el punto de vista del sistema:
| Tipo | Energía del sistema | Signo de $\Delta H$ | Ejemplo |
|---|---|---|---|
| Exotérmica | Los productos tienen menos energía que los reactivos | $\Delta H < 0$ | Combustión del gas LP |
| Endotérmica | Los productos tienen más energía que los reactivos | $\Delta H > 0$ | Evaporación del sudor |
En una ecuación termoquímica el calor puede escribirse junto a ella. Por ejemplo, la combustión del metano:
$$\text{CH}_4 + 2\,\text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\,\text{H}_2\text{O} \qquad \Delta H = -890\ \text{kJ}$$Se lee: por cada mol de metano que se quema se liberan 890 kJ. Si se queman 2 mol, se liberan el doble.
Clasifica cada proceso como endotérmico o exotérmico y justifica tu respuesta según si el sistema absorbe o libera energía: a) la combustión del gas LP en la estufa; b)…
Clasifica cada proceso como endotérmico o exotérmico y justifica tu respuesta según si el sistema absorbe o libera energía: a) la combustión del gas LP en la estufa; b) una compresa fría instantánea (de las que se usan para los golpes), que se enfría al activarse; c) la oxidación del hierro (la formación de óxido); d) la evaporación del sudor de la piel, que refresca.
¿Por qué se libera o se absorbe energía?
Una reacción reagrupa átomos: se rompen enlaces de los reactivos y se forman enlaces nuevos en los productos.
-
Romper un enlace cuesta energía: hay que suministrarla (siempre es positivo).
-
Formar un enlace libera energía: una molécula estable tiene menos energía que los átomos separados.
La energía de enlace es la energía necesaria para romper 1 mol de ese enlace (en kJ/mol); también es la que se libera al formarlo.
Entonces el balance depende de quién gana:
-
Si se libera más energía al formar enlaces de la que se gasta al romper los de los reactivos, la reacción es exotérmica.
-
Si se gasta más al romper que lo que se libera al formar, es endotérmica.
Calcular ΔH con energías de enlace
Para estimar $\Delta H$: (1) escribe la ecuación balanceada, (2) cuenta los enlaces que se rompen y los que se forman, multiplicando por los coeficientes, (3) suma cada grupo, (4) resta.
Las energías de enlace aproximadas son: $\text{H}-\text{H}$: $436\ \text{kJ}/\text{mol}$, $\text{Cl}-\text{Cl}$: $243\ \text{kJ}/\text{mol}$ y $\text{H}-\text{Cl}$:…
Las energías de enlace aproximadas son: $\text{H}-\text{H}$: $436\ \text{kJ}/\text{mol}$, $\text{Cl}-\text{Cl}$: $243\ \text{kJ}/\text{mol}$ y $\text{H}-\text{Cl}$: $432\ \text{kJ}/\text{mol}$. Para la reacción $\text{H}_2 + \text{Cl}_2 \rightarrow 2\ \text{HCl}$: a) calcula la energía necesaria para romper los enlaces de los reactivos; b) calcula la energía liberada al formarse los enlaces del producto; c) obtén el $\Delta H$ de la reacción e indica si es endotérmica o exotérmica.
Ejemplos de la vida diaria
| Proceso | Tipo | Qué sientes |
|---|---|---|
| Combustión del gas LP en la estufa | Exotérmico | Calor y llama |
| Oxidación del hierro (óxido) | Exotérmico (muy lento) | Casi nada, es lenta |
| Compresa fría instantánea | Endotérmico | Se enfría |
| Evaporación del sudor | Endotérmico | La piel se refresca |
| Fusión del hielo | Endotérmico | El refresco se enfría |
| Fotosíntesis | Endotérmico | Necesita luz solar |
Cuando el hielo se derrite no hay una reacción, pero sí un cambio de energía: los procesos físicos también se clasifican igual. Y que un proceso sea exotérmico no implica que sea rápido: el hierro libera energía al oxidarse, pero es tan lento que no lo notas.
Vuelve al principio: la compresa de Ximena contiene una sal que al disolverse en agua absorbe energía de los alrededores (es endotérmica), y por eso se siente fría. En la estufa, al quemarse el gas LP se forman enlaces más fuertes (en CO₂ y H₂O) de los que se rompieron, y la energía sobrante sale como calor y luz: es exotérmica.
Clasifica cada proceso como endotérmico o exotérmico y justifica tu respuesta según si el sistema absorbe o libera energía: a) la combustión del gas LP en la estufa; b)…
Clasifica cada proceso como endotérmico o exotérmico y justifica tu respuesta según si el sistema absorbe o libera energía: a) la combustión del gas LP en la estufa; b) una compresa fría instantánea (de las que se usan para los golpes), que se enfría al activarse; c) la oxidación del hierro (la formación de óxido); d) la evaporación del sudor de la piel, que refresca.
Las energías de enlace aproximadas son: $\text{H}-\text{H}$: $436\ \text{kJ}/\text{mol}$, $\text{Cl}-\text{Cl}$: $243\ \text{kJ}/\text{mol}$ y $\text{H}-\text{Cl}$:…
Las energías de enlace aproximadas son: $\text{H}-\text{H}$: $436\ \text{kJ}/\text{mol}$, $\text{Cl}-\text{Cl}$: $243\ \text{kJ}/\text{mol}$ y $\text{H}-\text{Cl}$: $432\ \text{kJ}/\text{mol}$. Para la reacción $\text{H}_2 + \text{Cl}_2 \rightarrow 2\ \text{HCl}$: a) calcula la energía necesaria para romper los enlaces de los reactivos; b) calcula la energía liberada al formarse los enlaces del producto; c) obtén el $\Delta H$ de la reacción e indica si es endotérmica o exotérmica.