Energía química

En toda reacción química, se transfiere energía. La reacción es exotérmica o endotérmica, dependiendo de hacia dónde se mueve la energía.

• Una reacción exotérmica 放热反应 emite energía térmica 热能 hacia el entorno 环境. Por lo tanto, la temperatura del entorno aumenta. arriba.
• Una reacción endotérmica 吸热反应 absorbe energía térmica del entorno. Por lo tanto, la temperatura del entorno disminuye.

Ejemplos de reacciones exotérmicas son la combustión 燃烧 (quemar un combustible) y la neutralización 中和 (un ácido reaccionando con una base). Un ejemplo de reacción endotérmica es la descomposición 分解 térmica de un compuesto (romperlo usando calor).

La cantidad de energía térmica transferida en una reacción se llama cambio de entalpía 焓变. Se escribe como $\Delta H$ y tiene estos signos:

• $\Delta H$ es negativo para una reacción exotérmica, porque la energía sale de los productos químicos.
• $\Delta H$ es positivo para una reacción endotérmica, porque la energía se absorbe.

Las partículas no reaccionan cada vez que se encuentran. La energía de activación 活化能 ($E_a$) es la menor cantidad de energía que deben tener las partículas 粒子 colisionantes 碰撞 antes de poder reaccionar. Es como una colina que las partículas deben superar antes de que ocurra la reacción.

Un diagrama de ruta de reacción 反应进程图 muestra cómo cambian las energías a medida que ocurre una reacción. La energía está en el eje vertical y el progreso de la reacción está en el eje horizontal.

• La línea comienza en el nivel de energía de los reactivos 反应物.
• Sube sobre una 'colina': la altura de esta colina es la energía de activación $E_a$.
• Luego sube o baja hasta el nivel de energía de los productos 生成物.
• La brecha entre el nivel de reactivos y el nivel de productos es el cambio de entalpía $\Delta H$.

Para una reacción exotérmica, los productos están más bajos que los reactivos, por lo que se libera energía y $\Delta H$ es negativo.

Para una reacción endotérmica, los productos están más altos que los reactivos, por lo que se absorbe energía y $\Delta H$ es positivo.

Una reacción implica romper los enlaces en los reactivos y formar nuevos enlaces en los productos.

• Ruptura de enlaces 断键 absorbe energía, por lo que es un paso endotérmico.
• Formación de enlaces 成键 libera energía, por lo que es un paso exotérmico.

La energía de enlace 键enlace es la energía necesaria para romper un mol de un enlace particular. Puedes usar las energías de enlace para encontrar el cambio de entalpía:

Si se libera más energía formando enlaces de la que se absorbe rompiendo enlaces, la reacción es exotérmica ($\Delta H$ negativo). Si se libera menos energía, es endotérmica ($\Delta H$ positivo).

Ejemplo resuelto

Para la reacción $\text{H}_2 + \text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{HCl}$, usa estas energías de enlace (en kJ/mol): H–H $= 436$, Cl–Cl $= 242$, H–Cl $= 431$.

Enlaces rotos: uno H–H y uno Cl–Cl $= 436 + 242 = 678$.

Enlaces formados: dos H–Cl $= 2 \times 431 = 862$.

La respuesta es negativa, por lo que esta reacción es exotérmica.

• Exotérmico libera calor, por lo que el entorno se calienta y $\Delta H$ es negativo; endotérmico absorbe calor, por lo que el entorno se enfría y $\Delta H$ es positivo.
• Ruptura de enlaces absorbe energía (endotérmico); formación de enlaces libera energía (exotérmico). Usa $\Delta H = (\text{energy to break bonds}) - (\text{energy released making bonds})$.
• Si se libera más energía formando enlaces de la que se usa rompiéndolos, la reacción es exotérmica. Comprueba siempre el signo de tu respuesta final.
• En un diagrama de ruta de reacción, una reacción exotérmica termina más bajo de lo que empieza; una endotérmica termina más alto. La altura de la colina es la energía de activación.