Energía de Disociación: Entalpía de enlace y Entalpía de la reacción

 

¿Qué es la energía de disociación?

Se llama energía de disociación de enlace ( ) a la cantidad de energía que debe ser entregada para romper un enlace químico en una molécula aislada y que debe liberarse cuando el enlace se forma.

Estas energías siempre llevan valores positivos, debido a que la energía debe ser siempre suministrada para romper el enlace. Y al contrario, la cantidad de energía liberada en formar un enlace es siempre de valor negativo.

energía disociaciónDefinida de manera cuantitativa, se  llama energía de enlace a la variación de entalpía,  que en condiciones estándar (25 ºC y 1 atm) se acompaña a la ruptura de un mol de enlaces de determinado tipo.

En los laboratorios de química, se conoce como  la energía de disociación de enlace D0. 

Es una medida de la fuerza de enlace en un enlace químico.

Así, la energía de disociación de enlace de uno de los enlaces C-H en el etano (C2H6) está definido por el proceso siguiente:

  • CH3CH2-H C→H3CH2 + H
  • D0 = ΔH = 101,1 kcal/mol (423.0 kJ/mol)

No debe confundirse con la entalpía de enlace, una reacción anterior en condiciones estandarizadas.

Pueden diferir de D0 en más de 3 jcal/mol (12kj/mol).

Se diferencia de la energía de enlace, que es calculada a partir de la suma de energías de disociación de enlaces de todos los enlaces en una molécula.

¿Cómo se produce la energía de disociación?

Pero más allá de cálculos complejos, esta energía es muy útil a la hora de sacar provecho de los desechos sólidos.

Se le llama disociación molecular. Es una tecnología de invención italiana que está dando muy buenos resultados.

Los llamados residuos sólidos pueden transformarse en masa, en combustibles líquidos o gaseosos, sin recurrir a la incineración, método contaminante convencional que producen cenizas, escorias, humo, entre otros tóxicos que invaden la atmósfera.

 Esta tecnología transforma los residuos, no los elimina. Hace magia para convertirlos en combustibles para producir energía sin hacer uso de combustibles fósiles como el petróleo, gas natural y sus derivados.

Veamos  qué ocurre cuando se aplica. 

  1. Como su nombre lo sugiere, esta energía proviene del proceso de descomposición de moléculas complejas. En el caso de la materia orgánica, estas se descomponen para después volver a montarlas en compuestos más simples, con la ayuda de estas reacciones químicas.
  2. Con este proceso, se abre la posibilidad de usar los desechos sólidos municipales, la biomasa, residuos industriales agrícolas, plásticos y hasta residuos hospitalarios.
  3. Por lo tanto, la tecnología de disociación molecular es un sistema usado para la eliminación de residuos, pero también para algo mucho más importante: es un medio excelente para producir combustibles más limpios.
  4. El tratamiento es de tipo termoquímico y permite descomponer sustancias orgánicas en forma gaseosa.
  5. Consiste en la gasificación y pirolisis de residuos en la combustión, con deficiencia de oxígeno. Se hace para obtener una descomposición de los residuos sólidos y producir gas de síntesis, que se puede emplear después como combustible gaseoso normal.
  6. Este gas de síntesis comprende: H2; CO y CO2, en una caldera de vapor que se almacena dentro de la unidad.
  7. Después este gas se purifica a una temperatura alta y se somete a continuación a tratamientos de enfriamiento rápido, agracias al método de reducción de la temperatura y procesos de purificaciones adicionales en frío.
  8. El gas tratado puede usarse en la producción de electricidad y vapor (de combustión, en turbinas de ciclo de gas combinado, ciclo de turbina de vapor con condensación; o derivación y condensación)
  9. Igualmente, puede emplearse para la producción de precursores para la industria química (metanol, etanol) o para la separación de hidrógeno a partir de u proceso de ultra pura-filtración.

¿En qué unidades se mide?

Se expresa en kilojulio o kilocalorías, indistintamente. Debe tomarse en cuenta el factor de conversión 1 cal= 4,18 J.

¿Cómo puede calcularse la energía de disociación?

En cada molécula, encontramos que cada enlace tiene su propia energía de disociación de enlace específica, muy bien identificada. Pero los enlaces entre una misma pared de átomos, tienen una energía de disociación muy parecida o similar.

Por ejemplo:
En el caso de  los enlaces carbono-carbono ( )  podemos ver un buen ejemplo: tienen un valor de aproximadamente 350-380 kJ/mol, independiente de la estructura exacta de la molécula.

energía de disociaciónComo estos enlaces similares tienen enlaces de disociación también muy similares,  se pueden plasmar en una tabla los valores promedios,  a fin de comparar diferentes clases de enlaces.

Aunque no se debe olvidar que el valor real de una molécula específica varía en aproximadamente un 10% en promedio, porque el valor concreto de la energía depende a su vez del entorno químico de los átomos enlazados.

Estas energía de disociación cubren un espectro grande de valores, que van desde los 151kJ/mol del enlace a valores tan altos como 570kJ/mol para en enlace .

La mayoría de los enlaces encontrados en moléculas naturales (enlaces ) tienen valores en  el rango de 350-400 kJ/mol. 

Por otra parte, debe tomarse en cuenta que el valor de la energía de un enlace múltiple no es múltiplo de la energía de un enlace sencillo, sino que es una magnitud propia e independiente.

¿Qué necesitamos para producir energía de disociación?

Homólisis

Hay un proceso llamado homólisis, que se presenta cuando se va a producir la disociación de un enlace.

En homólisis, el enlace covalente se rompe y cada uno de los átomos se queda con uno de los electrones que formaban el enlace, creándose los llamados radicales libres, o entidades químicas con número impar de electrones.

Heterólisis

energía de disociación átomosPero en la ruptura del enlace por intermedio de  otro proceso llamado heterólisis,  el átomo con mayor electronegatividad retiene los dos electrones, formándose entonces dos iones.

A mayor energía de disociación de enlace, mayor será la fuerza de unión entre los átomos que forman el enlace.

Como ya hemos explicado, la energía de disociación muchas veces se presenta diferente de la energía de enlace.

Este ejemplo lo ilustra:
En una molécula de agua, la energía de enlace entre el oxígeno y el hidrógeno es de 458,9kJ/mol. No obstante, es necesario 493,4kJ/mol para disociar el primer enlace 0-H y para el segundo enlace se requieren 424,4 kJ/mol.

Siempre que se formen enlaces, hay desprendimiento de energía, pero cuando ocurre lo contrario, cuando se rompen, la energía es CONSUMIDA, sucediéndose entonces procesos endotérmicos. Pero si después de producida la disociación se combinan con el objeto de alcanzar un estado mayor de energía, entonces ocurrirán procesos exotérmicos.

¿Es un tipo de energía eficiente?

Es muy útil porque esta energía permite la transformación de desechos sólidos en nuevas formas de energía, con aplicaciones prácticas en la vida cotidiana de los seres humanos.

¿Es una energía renovable o no renovable?

Es una energía renovable, se la consigue en la naturaleza y es muy útil cuando se le aplica este método o técnica de disociación molecular para transformar desechos sólidos  en diferentes tipos de energía, derivados de este tratamiento de tipo termoquímico que descompone materias orgánicas en forma gaseosa.

Un poco de historia sobre la energía de disociación

energía potencia newtonAunque no se crea, los estudios acerca de la naturaleza del enlace químico se remontan al siglo XII, cuando se especulaba que ciertos tipos de especies químicas estaban unidas entre sí por algún tipo de afinidad química.

El gran Isaac Newton, en 1704 delineó su teoría de enlace atómico, en “Query 31”, donde indica que los átomos se unen a otros por alguna “fuerza”. En aquel entonces, se hablaba de átomos “enganchados”, “átomos pegados unos a otros por reposo”, o “unidos por movimientos conspirantes”.

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