En química, hay dos tipos de reacciones que pueden producirse: exotérmicas y endotérmicas. Pero, ¿cuál es la diferencia entre estos dos tipos de reacciones? ¿Y cómo funcionan?
En este artículo explicaremos en detalle las reacciones exotérmicas y endotérmicas. Exploraremos cómo funcionan y qué ocurre con el calor en cada tipo de reacción. También veremos algunos ejemplos de reacciones exotérmicas y endotérmicas. Así que sigue leyendo para descubrir todo lo que necesitas saber sobre este apasionante tema.
Reacciones exotérmicas: ¿Cómo se producen?
Las reacciones químicas que liberan calor se denominan exotérmicas. A temperatura ambiente, el calor liberado por una reacción química es suficiente para producir un aumento de temperatura que percibes al tocar el tubo de ensayo o el matraz y sentirlo “caliente”.
En una reacción exotérmica, el calor se libera porque los productos (las moléculas o los iones que se forman al consumir los reactivos) tienen menos energía que los reactivos. La diferencia de energía entre los productos y los reactivos se libera en forma de calor.
Para que se produzca una reacción exotérmica, los productos deben tener menos energía que los reactantes. La diferencia de energía entre los productos y los reactivos se libera en forma de calor.
La cantidad de calor que se libera en una reacción exotérmica depende de la cantidad de energía que se libera cuando se forman los productos. Cuanta más energía se libera, más calor se produce.
- Si los productos tienen más energía que los reactivos, la reacción es endotérmica y absorbe calor.
- Si los productos y los reactivos tienen más energía que los reactivos, la reacción es endotérmica y absorbe calor.
- Si los productos y los reactivos tienen la misma cantidad de energía, entonces no se transfiere calor (la reacción está en equilibrio).
¿Qué ocurre con el calor en una reacción exotérmica?
Una reacción química exotérmica es aquella que se produce generando calor y, esta liberación de energía, puede llegar a provocar catastróficas si se descontrola por completo.
El calor generado en una reacción exotérmica puede utilizarse para realizar un trabajo. Sin embargo, si el calor no se controla cuidadosamente, puede convertirse en un peligro. La liberación incontrolada de calor puede provocar incendios y explosiones. En casos extremos, pueden producirse reacciones nucleares que pueden provocar accidentes devastadores.
Hay varias formas de controlar la liberación de calor en una reacción exotérmica. Una forma es utilizar un sistema de refrigeración. Un sistema de refrigeración puede eliminar el calor de la reacción y evitar que se descontrole.
Otra forma de controlar la liberación de calor es utilizar un convertidor catalítico. Un convertidor catalítico convertirá el calor en otra forma de energía que pueda utilizarse con seguridad. Esto se utiliza a menudo en las plantas químicas, donde el calor de la reacción se utiliza para alimentar la planta.
La última forma de controlar la liberación de calor es utilizar un reactor. Un reactor es un recipiente que contiene los reactivos y controla la liberación de calor. Los reactores se utilizan en las centrales nucleares para controlar la liberación de calor de las reacciones nucleares.
Reacciones endotérmicas: una mirada más cercana
Cuando pensamos en reacciones químicas, a menudo pensamos en que se libera o se absorbe calor. Pero, ¿qué significa eso realmente?
Para entender las reacciones endotérmicas, primero debemos comprender qué es la entalpía. La entalpía es una medida de la energía total de un sistema. Tiene en cuenta no sólo la energía interna del sistema, sino también la energía necesaria para vencer cualquier fuerza externa, como la presión del entorno.
En una reacción endotérmica, la entalpía del sistema aumenta. Esto significa que la reacción absorbe calor de su entorno. En otras palabras, el entorno se enfría mientras se produce la reacción.
Un ejemplo de reacción endotérmica es la fotosíntesis. Las plantas utilizan la energía del sol para convertir el dióxido de carbono y el agua en azúcar y gas oxígeno. Durante este proceso, se absorbe calor del entorno, por lo que es un ejemplo de reacción endotérmica.
Sin embargo, las reacciones endotérmicas no se limitan sólo a las plantas. Los animales también dependen de las reacciones endotérmicas para alimentar sus cuerpos. Por ejemplo, cuando comes, tu cuerpo utiliza enzimas para descomponer los alimentos en moléculas más pequeñas. Este proceso requiere energía, que es suministrada por el calor que genera tu cuerpo.
Así que la próxima vez que veas que se produce una reacción química, piensa si es endotérmica o exotérmica. Si se libera calor, es exotérmica. Si se absorbe calor, es endotérmica.
Cómo almacenar el calor liberado de una reacción exotérmica
La energía térmica de estos sistemas puede almacenarse de tres formas: aprovechando el calor sensible de los cuerpos, a través del calor latente al pasar de una fase a otra, o a través de la energía implicada en una reacción química.
Una forma de almacenar el calor liberado de una reacción exotérmica es aprovechando el calor sensible de los cuerpos. Esto puede hacerse utilizando materiales con una alta capacidad calorífica específica, como el agua o el hormigón. El calor se transferirá al material y se almacenará allí hasta que se necesite.
Otra forma de almacenar el calor liberado de una reacción exotérmica es a través del calor latente al pasar de una fase a otra. Esto puede hacerse utilizando materiales que sufren un cambio de fase a altas temperaturas, como el plomo o el hierro. El calor se utilizará para cambiar el material de sólido a líquido o gas, y se almacenará en el material en este nuevo estado.
Por último, el calor liberado de una reacción exotérmica también puede almacenarse a través de la energía implicada en una reacción química. Esto puede hacerse utilizando materiales que sufren una reacción química a altas temperaturas, como el hidróxido de sodio o el óxido de calcio. El calor se utilizará para impulsar la reacción química, y se almacenará en los productos de la reacción.
Los principales tipos de reacciones químicas
Una reacción química es un proceso que conduce a la transformación de un conjunto de sustancias químicas en otro. Luis Proust, Antoine Lavoisier y Joseph Priestley fueron de los primeros científicos en reconocer y estudiar las reacciones químicas.
Las reacciones de síntesis se producen cuando dos o más reactivos se combinan para formar un nuevo producto. Un ejemplo de reacción de síntesis es la combinación de sodio y cloro para formar cloruro de sodio (sal de mesa).
En una reacción de descomposición, un único reactante se descompone en dos o más productos. Las reacciones de descomposición suelen iniciarse con calor, luz o electricidad. Un ejemplo de descomposición es la descomposición del peróxido de hidrógeno en agua y oxígeno.
Las reacciones de sustitución simples implican la sustitución de un elemento por otro en un compuesto. Un ejemplo conocido es la oxidación del hierro, en la que se forma óxido de hierro (III) a partir del hierro metálico.
- En las reacciones de combustión, una sustancia reacciona con el gas oxígeno para producir calor y luz. Las reacciones de combustión son exotérmicas (desprenden calor) e irreversibles.
- Reacciones de oxidación-reducción, comúnmente llamadas reacciones redox, implican la transferencia de electrones entre los reactivos. Un elemento se oxida (pierde electrones) y otro se reduce (gana electrones). Se dice que el elemento oxidado se ha oxidado, mientras que el elemento reducido se ha reducido.
- Reacciones de doble desplazamiento, también llamadas reacciones de doble sustitución o metátesis, implican el intercambio de parejas entre dos compuestos. Estas reacciones se producen cuando uno de los productos es insoluble y precipita fuera de la solución.
- Reacciones ácido-base, también llamadas reacciones de neutralización, se caracterizan por la formación de agua y una sal cuando un ácido reacciona con una base. Las reacciones ácido-base se representan mediante la ecuación general: ácido + base → agua + sal.
¿La fusión es endotérmica o exotérmica?
Procesos endotérmicos son aquellos en los que el sistema absorbe calor. Para que se produzca la fusión, hay que añadir calor al sistema para romper las fuertes fuerzas de atracción entre las partículas que las mantienen en estado sólido. La entalpía de fusión (ΔHfus) es el cambio de entalpía asociado a la fusión de un sólido. La cantidad de calor necesaria para fundir un sólido en su punto de fusión en un líquido a la misma temperatura se llama calor de fusión o calor latente de fusión. El calor molar de fusión del agua es de aproximadamente 334 J/mol.
Procesos exotérmicos son aquellos en los que el sistema libera calor. La fusión es un proceso exotérmico porque cuando un sólido se funde en un líquido, libera energía en forma de calor. La entalpía de fusión (ΔHfus) es el cambio de entalpía asociado a la fusión de un sólido. La cantidad de calor necesaria para fundir un sólido en su punto de fusión en un líquido a la misma temperatura se llama calor de fusión o calor latente de fusión. El calor molar de fusión del agua es de aproximadamente 334 J/mol.
Las entalpías de fusión son un ejemplo sencillo de procesos endotérmicos, ya que se requiere normalmente un trabajo de calor en un sistema para romper su estructura cristalina sólida y convertirlo en una fase líquida con moléculas que se mueven libremente entre sí.
