Energia Quimica

COLEGIO ALEMÁN CÓRDOBA ENERGIA QUÍMICA “Integración”

CONTE, ANTONELLA GILZAMBRANA, FABIANA LAGUZZI, LUCIANA MINNITI, ANA LAURA Profesora: Mariela Duarte

Córdoba, Argentina 2008

INDICE Reacción química

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Energía química

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La energía de las reacciones químicas

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La combustión

Pág. 4,5 y 6

La Luciérnaga

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Pilas y baterías

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La fotosíntesis

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Conclusión

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Anexo

Pág.8,9,10 y 11

Bibliografía

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Introducción Una reacción química (o cambio químico) es todo proceso químico en el que una o más sustancias (reactivos o reactantes) sufren transformaciones químicas para convertirse en otra u otras (productos). Esas sustancias pueden ser elementos o compuestos. Los productos obtenidos a partir de ciertos tipos de reactivos dependen de las condiciones bajo las que se da la reacción química. Los productos obtenidos pueden producir energía, llamándola a esta “Energía Química”.Èsta es una de las manifestaciones de la energìa. En concreto, és uno de los aspectos de la energía interna de un cuerpo y, aunque se encuentra siempre en la materia, sólo se nos muestra cuando se produce una alteración íntima de ésta. En la actualidad, la energía química es la que mueve los automóviles, los buques y los aviones y, en general, millones de máquinas. Tanto la combustión del carbón, de la leña o del petróleo en las máquinas de vapor como la de los derivados del petróleo en el estrecho y reducido espacio de los cilindros de un motor de explosión, constituyen reacciones químicas. Energia quimica: la energia quimica esta en la base misma de la vida. Los vegetales edifican moléculas organicas complejas a partir de atomos, tomados de su medo ambiente y acumulando energia de origen solar. Los animales utilizan la energia quimica acumulada en los vegetales y absorben moléculas organicas energeticas, sintetizando sus propias moléculas. Los seres vivos, obedecen al principio de concervacon de la energia, pero no al de degradacion. En las reacciones quimicas se desprende o absorve energia calorifica, seun la reaccion sea exotermica o endotermica. Tambien en algunos procesos, la energia que interviene puede ser electrica o luminosa. Muchas reacciones químicas emiten energía .Se denomina reacción exotérmica a cualquier reacción química que desprende calor, es decir con una variación negativa de entalpía. Un ejemplo de reacción exotérmica es la combustión. Algunas reacciones químicas absorben energía y las reacciones se llaman endotérmicas

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La energía de las reacciones químicas

Reacción exotérmica

Energía o calor de reacción Se llama energía de una reacción química a la energía absorbida o desprendida en la misma por el sistema reactivo. El valor de la energía de reacción depende de las condiciones de presión y temperatura y de la cantidad de sustancia que se transforma. Los valores de la energía de reacción se expresan por mol de producto formado o reactivo gastado y, generalmente, en condiciones normales: 1 atm y 298 K (25 °C). Se conoce como calor de reacción, ya que se manifiesta de esta forma. En las reacciones endotérmicas, los productos tienen mayor energía que los reactivos; por ello, debemos comunicar energía a la reacción. La reacción solo tendrá lugar mientras se le suministre dicha cantidad de energía; en el momento en el que no absorba tal cantidad de energía, la reacción se detendrá.Así, por ejemplo, para descomponer el carbonato de calcio en óxido de calcio y dióxido de carbono se necesita aportar 187,3 kJ/mol. Si no se aporta dicha cantidad, el carbonato no se descompondrá. En las reacciones exotérmicas, los productos tienen menos energía que los reactivos, por lo que se desprende energía. La combustión Un ejemplo de reacción exotérmica es la combustión, una reacción química en la que un elemento combustible se combina con otro comburente (generalmente oxígeno

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en forma de O2 gaseoso), desprendiendo calor y produciendo un óxido; la combustión es una reacción exotérmica que produce: •

calor al quemar.

•

luz al arder.

La ecuación es C (s) + O2 (g) → CO2 (g) - 395 kJ/mol Es la combinación rápida de un material con el oxigeno, acompañada de un gran desprendimiento de energía térmica y energía luminosa. Aun quemándose, la materia no cambia su compostura química. Los tipos más frecuentes de combustible son los materiales orgánicos que contienen carbono e hidrógeno. El producto de esas reacciones puede incluir monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2), agua (H2O) y cenizas. El proceso de destruir materiales por combustión se conoce como incineración. Para iniciar la combustión de cualquier combustible, es necesario alcanzar una temperatura mínima, llamada ignición o de inflamación. Existen dos tipos de combustión, la combustión incompleta y la completa: •

La combustión incompleta, una combustión se considera una combustión incompleta cuando parte del combustible no reacciona completamente porque el oxígeno no es suficiente. Se reconoce por una llama amarillenta.

•

La combustión completa es cuando todo el carbono de la materia orgánica quemada se transforma en CO2. Se puede reconocer por la llama azul producida por la incineración del material.

La obtención de energía de los alimentos es un proceso exotérmico. Los seres vivos necesitan energía, entre otras cosas para mantener la temperatura en los seres homeotermos. Esta energía la obtienen de la combustión química de los alimentos.

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El contenido energético de un alimento, es decir, la cantidad de energía desprendida en su degradación, depende de su composición química. Reacción exotérmica

Así, por ejemplo, en la reacción de combustión del butano necesitamos una pequeña chispa eléctrica para que la reacción comience; una vez iniciada la reacción, esta sigue produciéndose espontáneamente. La presencia de un catalizador hace que la energía de activación de las reacciones disminuya, por lo que el número de choques eficaces aumenta y, por consiguiente, también aumenta su velocidad.

Otro ejemplo de una reacción exotérmica podría ser, al unir hidróxido de sodio junto con azul de metileno y ácido acético igualmente ligado con azul de metileno. En esta reacción se podrá observar como al ir uniendo poco a poco la dos soluciones irá creándose una especie de humo y poco a poco el beaker (vaso de precipitados) se va poniendo algo caliente. Se denomina reacción endotérmica a cualquier reacción química que absorbe calor.Es importante decir que las reacciones endotérmicas al absorber calor pueden ser útiles y prácticas en algunos casos, como por ejemplo, el querer enfriar un lugar. En las reacciones endotérmicas los productos tienen más energía que los reactivos.Las reacciones endotérmicas, sobre todo las del amoniaco impulsaron una próspera industria de generación de hielo a principios del siglo XIX.

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Las Luciérnagas Las luciérnagas transforman la energía química en energía luminosa. Estos insectos tienen sustancias en su cuerpo que resplandecen como luz brillante. La luz permite que el macho reconozca a la hembra para la reproducción. El secreto está en una reacción química que se produce en la barriga de las luciérnagas. Las reacciones químicas que ocurren en la barriga de la luciérnaga y que producen luz, necesitan que en su aparato luminoso estén presentes: el oxígeno del aire, una substancia que se llama luciferina y una enzima que se llama luciferasa. El oxígeno del aire penetra en el aparato luminoso de la luciérnaga por una serie de tubos llamados traqueales, se pone en contacto con la luciferina y la oxida, en presencia de la luciferasa (una enzima o agente que ayuda pero no participa en la reacción), para formar una nueva substancia llamada luciferina oxidada. La energía necesaria para que se produzca la reacción proviene de una substancia que los bioquímicos llaman ATP (Trifosfato de adenosina). Esta substancia está presente en todos los sistemas biológicos y su descomposición genera suficiente energía como para motorizar muchas reacciones que son esenciales para los procesos vitales. Una vez formada la luciferina oxidada, ella se descompone espontáneamente y se regeneran la luciferina inicial y el oxígeno, y el exceso de energía que fue facilitada por el ATP es liberada en forma de luz. Pilas y Baterías Las pilas son dispositivos que convierten la energía química generada por la reacción de sus componentes en energía eléctrica. Presenta un electrodo positivo y uno negativo. La batería contiene más de una pila o celdas conectadas entre sí mediante un dispositivo permanente. Los principales componentes de las pilas son mercurio, cadmio, níquel y manganeso. Otro componente es un conductor iónico denominado electrolito. El fundamento de las pilas y acumuladores es la transformación de la energía química en eléctrica, mediante reacciones de oxidación-reducción producidas en los electrodos, que generan una corriente de electrones

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Cuando se unen mediante un hilo metálico dos cuerpos entre los cuales existe una diferencia de potencial, se produce un paso de corriente que provoca la disminución gradual de dicha diferencia. Al final, cuando el potencial se iguala, el paso de corriente eléctrica cesa. Para que la corriente siga circulando debe mantenerse constante la diferencia de potencial.

La fotosíntesis La fotosíntesis es la transformación de la energía luminosa en energía química. La serie completa de reacciones químicas en las que la energía de la luz solar se usa para sintetizar moléculas orgánicas de alto nivel de energía, por lo común carbohidratos, a partir de moléculas inorgánicas de bajo nivel de energía, sobre todo de bióxido de carbono y agua. Conclusión La energía química es una manifestación de la energía. Es la base de la vida, ya que constituye el motor de nuestro organismo y muchas otras actividades. La energía química se produce a través de las reacciones químicas, las cuales se clasifican en exotérmicas y endotérmicas. La energía química está en los alimentos, sin ella no podemos realizar movimientos, ni trabajos; en esto aparece visible el principio de conservación de la energía, el cual sostiene que la energía no se pierde sino que se transforma. De eso deriva que sin la energía química el hombre no puede vivir.

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Anexo Energía de activación

Puede ocurrir que, en algunos casos, para que comience la reacción sea necesario un aporte de energía inicial denominada energía de activación Calor de formación y calor de combustión Se definen dos tipos de energías o calores especialmente interesantes por su uso y aplicaciones: Calor de formación de un compuesto: es el calor intercambiado en la reacción al formar un mol de dicho compuesto a partir de los elementos que lo componen en condiciones normales. C (s) + 2 H2 (g) ⇒ CH4 (g) + 74,8 kJ H2 (g) + O2 (g) + C (s) ⇒ HCOOH + 97,8 kcal

Sustancia Hidrógeno, H2 Oxígeno, O2 Nitrógeno, N2 Agua, H2O (g) Agua, H2O (l) Amoniaco, NH3 (g) Dióxido de carbono, CO2 (g) Cloruro de sodio, NaCl (s)

Calor de formación (kJ/mol) 0 0 0 -241,6 -285,8 -46,1 -393,5 -411,0

Calor de combustión: es el calor desprendido en el proceso de combustión de un mol de sustancia. En toda reacción de combustion se necesita O2 y se obtienen CO2 y H2O. CH4 (g) + O2 (g) ⇒ CO2 (g) + 2 H2O (g) + 212,8 kcal C2H6O (l) + 3 O2 (g) ⇒ 2 CO2 (g) + 3 H2O (l) + 1.239,8 kJ

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Para medir los calores de reacción (Q) se utiliza el calorímetro, que consta de un recipiente aislado en el que se producirá la reacción, un agitador y un termómetro, que nos indica la temperatura al comienzo y al final de la reacción: Q = m · ce · (Tf - Ti) donde m es la masa de la sustancia; ce, su calor específico, y Ti y Tf, las temperaturas inicial y final. Energía de enlace Para que una o varias sustancias se transformen en otras tiene que haber una reorganización de átomos, y para ello se tienen que romper unos enlaces y formarse otros nuevos.

Energía

de enlace

La ruptura y formación de enlaces lleva asociada una absorción y un desprendimiento de energía.

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Energía

de enlace

Para romper un enlace se necesita un aporte de energía, que se denomina energía de enlace. Y cuando se forma dicho enlace, se desprende esa misma cantidad de energía. En la tabla de la izquierda se indican los átomos que forman algunos enlaces y la energía de enlace en kJ/mol.

Enlace Energía de enlace (kJ/mol) Enlace Energía de enlace (kJ/mol) H-H 436 C-O 352 C-C 348 O-H 463 N-N 161 I-I 153 C-H 413 C=C 615 N-H 391 C=O 711 N≡N 949 O=O 494

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BIBLIGRAFÍA

•

Kalipedia,

un

producto

de

Santillana:

http://ar.kalipedia.com/ciencias-

vida/tema/energia-reacciones-quimicas.html?x1=20070924klpcnafyq_120.Kes

•

http://newton.cnice.mec.es/3eso/energia/quimica.htm

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