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Proceso exotérmico

Las explosiones son algunas de las reacciones exotérmicas más violentas.

En termodinámica , un proceso exotérmico (del griego antiguo έξω ( éxō )  'hacia afuera' y θερμικός ( thermikós )  'térmico') [1] es un proceso o reacción termodinámica que libera energía del sistema a sus alrededores , [2] generalmente en forma de calor , pero también en forma de luz (por ejemplo, una chispa, llama o destello), electricidad (por ejemplo, una batería) o sonido (por ejemplo, explosión que se escucha al quemar hidrógeno). El término exotérmico fue acuñado por primera vez por el químico francés del siglo XIX Marcellin Berthelot . [3]

Lo opuesto a un proceso exotérmico es un proceso endotérmico , uno que absorbe energía, generalmente en forma de calor. [2] El concepto se aplica con frecuencia en las ciencias físicas a las reacciones químicas donde la energía del enlace químico se convierte en energía térmica (calor).

Dos tipos de reacciones químicas

Exotérmico y endotérmico describen dos tipos de reacciones o sistemas químicos que se encuentran en la naturaleza, como sigue:

Exotérmico

Una reacción exotérmica ocurre cuando se libera calor al entorno. Según la IUPAC , una reacción exotérmica es "una reacción para la cual el cambio de entalpía estándar general Δ H ⚬ es negativo". [4] Algunos ejemplos de procesos exotérmicos son la combustión de combustible , la condensación y la fisión nuclear , [5] que se utiliza en las centrales nucleares para liberar grandes cantidades de energía. [6]

Endotérmico

En una reacción o sistema endotérmico , la energía se toma del entorno en el curso de la reacción, generalmente impulsada por un aumento favorable de la entropía en el sistema. [7] Un ejemplo de una reacción endotérmica es una compresa fría de primeros auxilios, en la que la reacción de dos sustancias químicas, o la disolución de una en otra, requiere calorías del entorno, y la reacción enfría la bolsa y el entorno al absorber calor de ellos. [8]

La fotosíntesis , el proceso que permite a las plantas convertir el dióxido de carbono y el agua en azúcar y oxígeno, es un proceso endotérmico: las plantas absorben la energía radiante del sol y la utilizan en un proceso endotérmico, que de otro modo no sería espontáneo. La energía química almacenada puede liberarse mediante el proceso inverso (espontáneo): la combustión del azúcar, que produce dióxido de carbono, agua y calor (energía radiante). [9]

Liberación de energía

Exotérmica se refiere a una transformación en la que un sistema cerrado libera energía (calor) al entorno, expresada por

Cuando la transformación ocurre a presión constante y sin intercambio de energía eléctrica , el calor Q es igual al cambio de entalpía , es decir

[10]

mientras que a volumen constante , según la primera ley de la termodinámica es igual al cambio de energía interna ( U ), es decir

En un sistema adiabático (es decir, un sistema que no intercambia calor con el entorno), un proceso que de otro modo sería exotérmico da como resultado un aumento de la temperatura del sistema. [11]

En las reacciones químicas exotérmicas, el calor que se libera por la reacción toma la forma de energía electromagnética o energía cinética de las moléculas. [12] La transición de los electrones de un nivel de energía cuántica a otro hace que se libere luz. Esta luz es equivalente en energía a parte de la energía de estabilización de la energía para la reacción química, es decir, la energía de enlace . Esta luz que se libera puede ser absorbida por otras moléculas en solución para dar lugar a traslaciones y rotaciones moleculares, lo que da lugar a la comprensión clásica del calor. En una reacción exotérmica, la energía de activación (energía necesaria para iniciar la reacción) es menor que la energía que se libera posteriormente, por lo que hay una liberación neta de energía. [13]

Ejemplos

Reacción exotérmica de termita con óxido de hierro (III). Las chispas que salen volando son glóbulos de hierro fundido que dejan una estela de humo a su paso.

Algunos ejemplos de procesos exotérmicos son: [14]

Implicaciones para las reacciones químicas

Las reacciones químicas exotérmicas son generalmente más espontáneas que sus contrapartes, las reacciones endotérmicas . [16]

En una reacción termoquímica que es exotérmica, el calor puede figurar entre los productos de la reacción.

Véase también

Referencias

  1. ^ Diccionario en línea "Puerta de la lengua griega" Archivado el 5 de diciembre de 2017 en Wayback Machine . greek-language.gr
  2. ^ ab "17.3: Procesos exotérmicos y endotérmicos". Chemistry LibreTexts . 2016-06-27 . Consultado el 2024-06-26 .
  3. ^ Sutton, Mike (1 de marzo de 2007). "Química para el bien común". Chemistry World . Consultado el 26 de junio de 2024 .
  4. ^ "IUPAC - reacción exotérmica (E02269)". goldbook.iupac.org . La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC). doi :10.1351/goldbook.e02269 . Consultado el 26 de junio de 2024 .
  5. ^ Bashyal, Jyoti (20 de febrero de 2023). "Reacciones exotérmicas con ejemplos importantes". scienceinfo.com . Consultado el 26 de junio de 2024 .
  6. ^ "Centrales nucleares - Administración de Información Energética de Estados Unidos (EIA)". www.eia.gov . Consultado el 26 de junio de 2024 .
  7. ^ Oxtoby, David W.; Gillis, HP; Butler, Laurie J. (2016). Principios de la química moderna (8.ª ed.). Andover: Cengage Learning. pág. 617. ISBN 978-1-305-07911-3.
  8. ^ "La compresa fría: un ejemplo gélido de una reacción endotérmica - Hablemos de ciencia". letstalkscience.ca . 2020-06-01 . Consultado el 2024-06-26 .
  9. ^ "Fotosíntesis - ¿Qué sucede durante la fotosíntesis? - OCR 21st Century - GCSE Combined Science Revision - OCR 21st Century". BBC Bitesize . Consultado el 26 de junio de 2024 .
  10. ^ Oxtoby, D. W.; Gillis, HP, Butler, LJ (2015). Principios de la química moderna , Brooks Cole. pág. 617. ISBN 978-1305079113 
  11. ^ Perrot, Pierre (1998). De la A a la Z de la termodinámica . Oxford University Press. págs. 6-7. ISBN 0-19-856552-6.
  12. ^ "Energía potencial". Chemistry LibreTexts . 2013-10-02 . Consultado el 2024-06-26 .
  13. ^ "Capítulo 2 - Combustibles a base de carbono". Química de Heinemann . Vol. 2 (6.ª ed.). Pearson . Págs. 64-65. ISBN. 9780655700098.
  14. ^ Ejemplos de fenómenos exotérmicos y endotérmicos Archivado el 1 de septiembre de 2006 en Wayback Machine . frostburg.edu
  15. ^ "T510: Reacción exotérmica – Termita". 23 de diciembre de 2015.
  16. ^ "Ejemplos de reacciones endotérmicas espontáneas - Ejemplos de química" www.chemicool.com . Consultado el 26 de junio de 2024 .

Enlaces externos