Energía Química: ¿Qué es? Concepto, Uso e Importancia

 

¿Qué es la energía química?

Es aquella que se produce por reacciones químicas. Solamente se manifiesta cuando se producen alteraciones en la materia, donde siempre está presente.

Se le define también como el potencial que tiene una sustancia química para experimentar una transformación a través de una determinada reacción química, o de transformarse en otras sustancias químicas.

Esto quiere decir que cuando la energía química almacenada de los reactivos es mayor que la energía de los productos, hay un excedente de energía que se libera. La energía se mantiene constante, no se crea ni se destruye.

La energía química  siempre transforma la materia donde se hallaba contenida. 

Cuando se forman o rompen enlaces químicos hay energía involucrada. Y depende de la posición mutua de las partículas que componen una sustancia.

Por lo que,  la energía química es la energía almacenada en los enlaces químicos.  Y se atribuye a la suma de la energía potencial de las interacciones electrostáticas de las cargas presentes en la materia ponderable, más la energía cinética de los electrones.

Por ejemplo:
Un ejemplo clásico de energía química la conseguimos en las pilas o baterías. O la energía química que se desprende cuando quemamos carbón.

Está estrechamente vinculada con la termodinámica.

Ventajas y desventajas de la energía química

¿Qué ventajas tiene?

Ventajas:
  • energía química qué esReporta gran rendimiento.
  • Las emisiones contaminantes al medioambiente son mínimas, siempre que no se produzcan incidentes.
  • Una gran variedad de productos usados en el día a día para facilitar la vida, se usan gracias a esta energía. Por ejemplo: productos de higiene personal y limpieza en el hogar (desinfectantes de todo tipo)
  • Ayuda a fortalecer el desarrollo  de la  industria farmacéutica,  por su empleo en  investigaciones en torno a la producción de nuevos medicamentos.
  • Interviene en procesos de purificación de las aguas, para que el ser humano pueda usarla sin riesgos graves en la salud.
  • Ayuda en el traslado o transporte de las persona, con reacciones de tipo químico que hacen mover aviones y automóviles de todo tipo, gracias a la energía química que se desprende de la combustión del carbón o del petróleo.

¿Qué desventajas tiene?

Desventajas:
  • Aparición de subproductos: estos suelen ser contaminantes cuando la energía química se obtiene a partir de combustibles fósiles que terminan expulsando gases tóxicos a la atmósfera terrestre.
  • Requerimiento permanente de insumos: siempre necesitará más materia orgánica para mantener el ritmo del consumo químico, porque esta se agota tras producirse la reacción.

¿Cómo se produce la energía química?

Se encuentra disponible de forma simple, si se puede acuñar esa frase, porque está presente en casi todo lo que usamos. Hasta se consigue en nuestro cuerpo.

Su funcionamiento se produce por reacciones químicas que se manifiestan por absorción o desprendimiento de energía. Intervendrán átomos y moléculas. Se produce una reorganización de electrones y protones para generar o producir cargas eléctricas.

La energía que se desprende adopta la forma de energía luminosa, eléctrica, mecánica, aunque la forma más común es la del calor que se genera. 

Estas reacciones de tipo químicas se clasifican en:  exotérmicas o endotérmicas,  dependiendo de su hubo liberan o absorción de calor, respectivamente.

Está presente en muchos procesos.

Veamos también  sus principales características: 

  1. Está contenida en la materia.
  2. Cuando ocurre una reacción química, se produce también una transformación en otro compuesto nuevo.
  3. Las reacciones de tipo químicas se clasifican en: exotérmicas o endotérmicas, dependiendo de su hubo liberan o absorción de calor, respectivamente.
  4. La reacción ocurre en el interior de los átomos que integran la materia, los cuales se romperán y reaccionarán para producir nuevas sustancias.
  5. Si no existe reacción química,  no se desprende ni libera energía de la materia.

Por ejemplo:
Veamos ahora algunos ejemplos de procesos donde está presente la energía química:

  • fotosíntesis energía químicaFotosíntesis: interviene en este proceso vital para la vida  en el planeta y sus moradores, porque cuando las plantas verdes absorben la energía solar la transforman en energía química para el organismo.  Participan enzimas, CO2 y rayos solares que obtienen oxigeno y energía, contenidas de la reacción química de las moléculas de las sustancias actuantes.
  • Respiración: Los seres vivos, incluyendo a los humanos, emplean oxígeno y glucosa para vivir.Para ello, es necesario liberar agua, CO2, a fin de  obtener energía, en un proceso químico que garantiza la vida.
  • Digestión de seres vivos: a través de diversas reacciones ocurridas en el estomago, los alimentos se transforman en energía química que da fortaleza al organismo.
  • Descomposición: los hongos, bacterias y otros microorganismos toman la materia orgánica como alimento. En ese proceso, obtienen la energía requerida para fermentación de algodones y azucares.  Esta reacción química permite la producción de alcoholes o cualquier otro producto que se genera por culpa del rompimiento de las moléculas orgánicas.
  • Bioluminiscencia en seres vivos: es un tipo de energía lumínica de algunos organismos vivos que tienen la capacidad de producir luz en sus cuerpos gracias a la energía química que almacenan.
  • Viajes espaciales: cuando se realiza un vuelo espacial, la energía química interviene liberando enormes cantidades de energía cinética, gracias a la reacción controlada de diversas sustancias como hidrógeno y oxigeno líquido que contienen gran energía química.
  • Energía nuclear: en reacciones nucleares de fisión y fusión, participa la energía química, a consecuencia de alteraciones de orden químico en los átomos que liberan energía química en reacciones en cadena controladas.
  • Combustión de combustibles fósiles: se produce al quemar algún combustible con la finalidad de obtener energía térmica en forma de calor. Como por ejemplo, cuando se queman trozos de madera o carbón.

¿En qué unidades se mide?

El Julio, es la unidad definida por el Sistema Internacional de Unidades y define el trabajo realizado por una fuerza de un newton en un desplazamiento de un metro en la dirección de la fuerza.

En síntesis, se multiplica un Newton por un metro.

¿Cómo se transforma?

  1. Los combustibles poseen energía química que se convierte en mecánica, a través de procesos de combustión. El clásico ocurre en la combustión en motores térmicos.
  2. El combustible permite la transformación de la energía de reacción química de la combustión directamente en energía eléctrica o mecánica.
  3. Cuando usamos baterías, la energía química se transforma en eléctrica a través de reacciones electroquímicas. Y en el caso de un acumulador, este puede comportarse en forma similar a una batería en el uso de la energía.
  4. Puede convertir energía eléctrica en químicos y almacenarla.

¿Cómo se almacena la energía química?

Todas las baterías usadas para encender los aparatos y dispositivos electrónicos, carros y aviones, poseen pilas y baterías, con contenidos ácidos y metales que generan una reacción química controlada.

Esto da como resultado el aprovechamiento inmediato de una cantidad de electricidad necesaria para realizar diversos trabajos y actividades a diario.

La energía química está a disposición de una manera muy simple. De hecho se encuentra en casi todo lo que utilizamos. Podemos verla hasta en nuestros cuerpos. La energía de una sustancia química puede transformarse en otras formas de energía a través de distintas reacciones químicas.

¿Qué necesitamos para producir energía química?

En principio, requerimos tener a mano la materia, a fin de provocar una reacción química en esta, donde deberán formarse o romperse enlaces químicos provocados gracias a una reacción química que producirá, a su vez, su conversión en otra sustancia o energía.

En síntesis, requerimos provocar este proceso:

Materia         Reacción química         Transformación en otra sustancia o energía.

Todos los combustibles fósiles, todos los derivados del petróleo se componen de secuencias de moléculas basadas en carbono e hidrógeno, cuyo enlaces pueden romperse cuando están en presencia de oxigeno, generándose la liberación de grandes cantidades de energía.

¿Es un tipo de energía eficiente?

Es un tipo de energía de mucho rendimiento. Es capaz de liberar mucha energía, transformarse en otras energías y de garantizar muchos procesos que facilitan la vida diaria e impulsan el desarrollo sustentable de las naciones.

¿Es una energía renovable o no renovable?

Como la mayoría de las fuentes de la energía química no son renovables a corto ni mediano plazo, no puede considerarse como renovable.

Por ejemplo:
Tenemos el caso de la energía nuclear que usa el uranio para generar electricidad como producto o energía  final. El uranio es escaso en el planeta, está disponible en pocos países.

¿Quién y cuándo se  inventó la energía química?

Desde que el hombre apareció en la Tierra, se ha valido de reacciones químicas para generar o producir energía. Desde las más elementales, como quemar materia orgánica, como la combustión de madera, hasta la enorme energía que se libera cuando un cohete despega hacia el espacio.

Los primeros hombres usando energía química

energía química einsteinLa  primera reacción química controlada por el ser humano fue justamente el fuego y  hay evidencias de que su uso data de unos 500.000 años,  cuando el llamado homus erectus lo empleaba para darse calor y alumbrarse, protegerse de las fieras salvajes y cazar.

Después el hombre descubrió que podía cocer los alimentos poniéndolos a fuego lento, para consumirlos en mejores condiciones. Más adelante, el fuego intervino en la fabricación de vidrio, ladrillos, cerámicas, en la metalurgia y en procesos de destilación.

Aunque su uso se masificó, es verdad que también estuvo envuelto en un halo místico, donde se le endilgaban propiedades mágicas, esotéricas.

¿Los alquimistas eran los químicos de hoy en día?

Los egipcios y los babilonios, de las primeras civilizaciones en expandir su utilidad, lo emplearon para desarrollar la metalurgia, cerámicas y tintes.

Pero las sociedades antiguas igualmente descubrieron otra serie de transformaciones químicas naturales con la fermentación de la leche, el vino a la cerveza. Asimismo, transformaron alcohol en vinagre para hacer condimentos y conservantes.

Aprendieron a fabricar jabones (Babilonia, en el 2.800 a.C)  y curtían las pieles metiéndolas en oriña añeja o soluciones de palomina, con gran contenido de ácido úrico.

Sabías qué...
A los químicos modernos se les consideraba alquimistas en los tiempos antiguos. Se estima que el químico inglés Robert Boyle separó la química de la alquimia, al mejorar el método de investigación experimental. Fue el primer químico moderno.

En 1662 presentó su ley Boyle, la cual esboza la relación inversamente proporcional entre presión y volumen de un gas que se mantenga a temperatura constante en un sistema cerrado. Indica que todos los elementos químicos se limitan a los 4 elementos clásicos.

Su ímpetu le permitió asegurar que la química debería elevarse como ciencia independiente de la medicina o la alquimia. Y en su obra asomó las primeras nociones modernas sobre átomos, moléculas y reacciones químicas que marcaron el inicio de la química moderna. Y prueba que todos los fenómenos son resultado de la colisión de partículas en movimiento.

Antoine Lavoisier y la Ley de la Conservación de la materia

Las investigaciones de origen químico ciertamente  se remontan a la antigua babilonia y a Egipto,  en la llamada Edad de Oro del Islam, en Persia y Arabia, el florecimiento de esta disciplina tuvo su gran auge en 1789 cuando el francés Antoine Lavoisier, estableció la llamada Ley de Conservación de la materia.

energía químicaEste científico francés hizo variados experimentos donde demostró que las transmutaciones no son posibles, porque por ejemplo, el agua no se convertía en tierra al calentarla, o que al quemas fósforo y azufre, le peso extra que se ganaba, en realidad procedía del aire.

Trabajó con Claude Louis Berthollet, en el diseño de la nomenclatura química para identificar o nombrar compuestos químicos. En su obra Methods of Chemical Nomenclature, publicado en 1787, inventó la forma de nombrar compuestos que se usan hasta nuestros días,  como sulfatos, sulfitos y ácido sulfurico, entre otros. 

Berthollet, un año después, descubre el uso como blanqueador del gas cloro y descubrió la composición química del amoniaco y fue el primero en fabricar lejía.

Antoine Lavoisier, sin embargo, se equivocó  al creer imposible la existencia del atomismo,  más bien pensaba en que los radicales libres funcionaban como un solo grupo al interactuar con oxigeno en las reacciones y que todos los ácidos contenían oxigeno.

Más adelante, sería trascendental el aporte que hizo a la llamada teoría atómica el científico inglés John Dalton, quien presentó al mundo el primer modelo de de bases científicas entre 1803 a 1807.

Dalton aseguraba que la materia está formada por partículas indivisibles llamadas átomos. También definió elementos y compuestos.

Las ideas de Dalton y su teoría atómica, publicada en 1808, fueron adoptadas por los químicos de la época, pero la aplicación práctica de sus postulados no hallaron respuestas durante más de medio siglo. Se desarrollaron en varios partes del mundo sistemas de pesos atómicos incompatibles y el italiano Amedeo Avogrado, en 1811, publicó una obra que intentaba dar respuesta a esta situación.

Avogrado dijo tenia la hipótesis de que los volúmenes iguales de cualquier gas, a igual temperatura y presión, contenían el mismo número de moléculas. Y también razonó que los gases corrientes no estaban formados por átomos sino por moléculas de dos o más átomos, dando origen a los distintos pesos atómicos.

Son muchos los aportes de ilustres científicos al desarrollo de la química, de la energía a base de reacciones químicas y sus transformaciones.

La tabla periódica y Mendeleyev

Pero también cabe destacar la valiosa contribución de  Dmitri Ivanovich Mendeléyev,  químico de origen ruso,  quien ordenó y desarrolló, en 1869,   la primera tabla periódica de elementos moderna dando un orden a los 66 elementos conocidos, atendiendo a sus propiedades.

Después vendría el notable descubrimiento del físico estadounidense J Willard Gibbs, quien sistematizó las aplicaciones de la termodinámica para transformar la química física en una ciencia deductiva de gran rigor.

Trabajó Gibbs en  los principios de la termodinámica,  que aplicó en los procesos de las reacciones químicas y definió el concepto de potencial químico o los por qués de un reacción química.

Marie Curie y la radiactividad

Más adelante, los esposos franco-polacos Pierre Curie y Marie Curie, realizaron investigaciones pioneras sobre la radioactividad que se convirtieron en la base de la era nuclear. Otro químico francés, Becquerel había descubierto en 1896 que el uranio emitía rayos similares a los rayos X descubiertos por Wilhelm Röntgen.

Sabías qué...
Marie Curie ha sido la única persona en obtener dos premios Nobel en dos disciplinas diferentes: la física y la química.

La Curie indagó más sobre el uranio y su propiedad atómica, descubriendo que  era constante la emisión de rayos  naciendo lo que se conoce como radioactividad. 

Einstein, Thomson, Bohr y Ruthenford: la teoría atómica

Después la teoría atómica, con el descubrimiento de los electrones, se desarrolló gracias a  científicos como J.J Thomson, japonés Hantari Nagaoka y el famoso Albert Einstein,  entre otros, quien explicó el movimiento browniano que sustentó en forma definitiva la teoría atómica, a principios del siglo XX.

Y el físico neozelandés Ernest Ruthenford estudió todo sobre la naturaleza de las partículas radioactivas, las cuales  designó con nombres, siendo considerado el padre de la física nuclear, logrando determinar, junto a  su colega Frederick Soddy que la radioactividad eran emisiones producidas por la transmutación de los átomos.

Después vinieron más estudios rigurosos que perfeccionaron y corrigieron las imprecisiones de Ruthenford. El modelo atómico del físico danés Niels Bohr, quien introdujo el concepto de cuantización; siguió en 1913 Henry Moseley, acuñó el concepto de número atómico, sobre la idea pionera de Van den Broek.

Y más adelante, en el prolífico siglo XX,  la química y mecánica cuántica vieron la luz, la bioquímica y la biología molecular, entre otros adelantos y teoremas fascinantes que facilitan la vida de los humanos en este maravilloso planeta llamado Tierra.

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