8. Reacciones exotérmicas y endotérmicas y dirección de un reacción


Corresponde a la sesión de GA 5.8 LAS FRÍAS Y LAS CALIENTES

La transformación de una sustancia en otra, con características químicas diferentes, ocurre mediante una o más reacciones químicas; en este fenómeno se produce un reordenamiento de los átomos de los reactivos, que da lugar a los productos.

Una reacción química se representa mediante una ecuación química en donde los reactivos se encuentran a la izquierda de una flecha y los productos a la derecha de la misma. La flecha indica la dirección del cambio y se lee como "produce" o "da lugar a", como se muestra a continuación:

Graphics

Muchas reacciones químicas son reversibles; en este caso, los productos que se forman reaccionan entre sí y generan nuevamente reactivos, es decir, la reacción va de izquierda a derecha y de derecha a izquierda. Este tipo de reacción se representa mediante dos flechas con sentidos opuestos, por ejemplo:

Graphics

Las reacciones químicas se producen a diferentes velocidades, dependiendo de las condiciones en que se lleven a cabo; la rama de la química que estudia la velocidad de las reacciones es la cinética química.

El modelo de colisiones puede ser utilizado para explicar cómo se desarrollan las reacciones químicas. En él se explica que las moléculas de los reactivos chocan entre sí y que, en algunos casos, estas colisiones son tan fuertes y con un ángulo adecuado que los enlaces moleculares se rompen y los átomos se reordenan, originando una sustancia nueva llamada producto.

Graphics

Para que se realice una reacción química es necesario suministrar una energía mínima de choque, la suficiente para romper enlaces y permitir la formación de otros, a ésta se le conoce como energía de activación.

La energía de activación se puede suministrar, principalmente, mediante una chispa eléctrica, una flama, calentamiento, frotación, impacto y radiación.

La velocidad de una reacción se define como la cantidad de productos generada por dos o más reactivos en un tiempo dado, y también puede describirse como la rapidez con que un reactivo se transforma en un producto.

Para calcular la velocidad de una reacción o la generación de un producto (AB), se usa la siguiente fórmula:

Velocidad de producción de Graphics

donde AB = producto

Graphics[AB] = cambio de la concentración del producto

Graphicst = cambio del tiempo

Todas las sustancias presentan un contenido energético, almacenado en sus átomos o moléculas, en forma de energía química. El contenido energético de cada sustancia es distinto y depende de los átomos y tipo de enlaces atómicos que las forman.

En una reacción química, el contenido energético de los reactivos se distribuye entre los productos y, si existe un exceso de éste, se libera energía, generalmente calorífica.

La energía liberada o suministrada en una reacción se mide en calorías o kilocalorías por mol o por gramo. Una caloría equivale a la cantidad de calor que se requiere para que un gramo de agua aumente su temperatura 1 °C, de 14 a 15 °C.

Cuando en una reacción química se libera calor se trata de una reacción exotérmica y cuando se absorbe calor, la reacción recibe el nombre de endotérmica.

El calor liberado o absorbido durante una reacción, que servirá para formar un compuesto a partir de los reactivos, en condiciones determinadas de presión y temperatura, se define como entalpía, contenido calórico o calor de formación, y se representa con una H.

En una reacción, los reactivos y productos tienen una entalpía total definida.

El calor suministrado o liberado durante una reacción constituye el calor de reacción o diferencia de entalpías y se representa como GraphicsH. Para calcular la diferencia de entalpías se utiliza la siguiente fórmula:

Graphics

Cuando la entalpía de los productos es menor que la de los reactivos, GraphicsH es negativa y se trata de una reacción exotérmica. En este caso se libera calor.

Por el contrario, si la entalpía de los productos es mayor que la de los reactivos, GraphicsH es positiva y se trata de una reacción endotérmica. En este caso se absorbe calor.

Graphics

Los elementos que se encuentran en estado libre como Graphics, en condiciones de 1 atmósfera de presión y 25°C de temperatura tienen una entalpía igual a cero.

Un ejemplo para calcular la entalpía de una sustancia es el siguiente:

¿Cuál será el GraphicsHen la siguiente reacción?

Graphics

Los datos son:

Graphics

La fórmula es:

Graphics

Al sustituir se tiene:

Graphics

Graphics

Por lo tanto: GraphicsH = -184.6 kcal/mol

Como GraphicsH es negativa la reacción es exotérmica.

Por otra parte, para formar óxido de nitrógeno (gas producido en motores de combustión interna) se combinan una molécula de oxígeno con una de nitrógeno, de acuerdo con la reacción siguiente:

Graphics

¿Cuál es la GraphicsH de la reacción?

Los datos son:

Graphics

La fórmula es:

Graphics

Al sustituir se tiene:

GraphicsH = 43 kcal/mol - (0 + 0)

GraphicsH = 43 kcal/mol - 0

Por lo tanto:GraphicsH = 43 kcal/mol

Como GraphicsH es positiva la reacción es endotérmica.


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