Energía química
La energía química es la que se almacena en los enlaces entre átomos y se libera o absorbe en las reacciones químicas.
La energía química es la energía almacenada en los enlaces entre los átomos de las sustancias. Se libera o se absorbe cuando ocurre una reacción química, y es la fuente que mueve desde los motores de combustión hasta las células de nuestro cuerpo.
¿Qué es la energía química?
Es una forma de energía potencial asociada a la disposición de los electrones y los núcleos en moléculas y cristales. Romper un enlace exige aportar energía; formar un enlace la libera. El balance global entre la energía necesaria para romper los enlaces de los reactivos y la que se desprende al formar los de los productos decide si la reacción libera o consume energía.
No se trata de una fuerza distinta de las demás: es, en el fondo, energía eléctrica de interacción entre cargas dentro de los átomos y moléculas, tratada con las reglas de la mecánica cuántica.
Reacciones exotérmicas y endotérmicas
- Exotérmicas: los productos tienen menos energía que los reactivos y el sistema cede energía al entorno, normalmente en forma de calor (combustión, oxidación de los alimentos). La variación de entalpía es negativa: ΔH < 0.
- Endotérmicas: el sistema absorbe energía (fotosíntesis, descomposición del carbonato cálcico). ΔH > 0.
La entalpía mide el calor intercambiado a presión constante; puedes profundizar en entalpía.
Unidades
| Unidad | Símbolo | Equivalencia |
|---|---|---|
| Julio (SI) | J | 1 J = 1 N·m |
| Kilojulio | kJ | 1 kJ = 1000 J |
| Caloría | cal | 1 cal = 4,184 J |
| Kilocaloría | kcal | 1 kcal = 4184 J |
| Kilovatio-hora | kWh | 1 kWh = 3,6 · 10⁶ J |
Ejemplos de energía química
- Combustibles fósiles: la gasolina almacena unos 44 MJ por kilogramo; el carbón, entre 24 y 30 MJ/kg; el gas natural, cuyo componente principal es el metano, unos 50 MJ/kg.
- Hidrógeno: aproximadamente 120 MJ/kg, la mayor energía por masa de un combustible químico, aunque ocupa mucho volumen.
- Alimentos: los hidratos de carbono y las proteínas aportan unos 17 kJ/g (4 kcal/g) y las grasas unos 37 kJ/g (9 kcal/g).
- Pilas y baterías: convierten la energía de reacciones redox en energía eléctrica.
- Explosivos y pólvora: reacciones muy rápidas con gran liberación de gas y calor.
- ATP: la molécula con la que las células almacenan y transportan energía; su hidrólisis libera aproximadamente 30 kJ por mol en condiciones estándar.
Transformaciones de la energía química
Según el principio de conservación, la energía química no desaparece, sino que se convierte en otras formas (véase energía):
- En energía térmica: una caldera o una hoguera.
- En energía mecánica: el motor de un coche.
- En energía eléctrica: una pila o una central térmica.
- En luz: una vela o una bombilla de combustión; en las luciérnagas, la bioluminiscencia.
Ninguna conversión es perfecta: parte de la energía se disipa en forma de calor. Por eso un motor de gasolina convierte en trabajo útil solo en torno al 25-35 % de la energía del combustible.
Importancia y retos
La energía química sostiene la vida mediante la fotosíntesis, que la almacena a partir de la luz solar, y la respiración celular, que la libera. También sostiene gran parte de la economía: la mayoría de la energía mundial procede todavía de reacciones de combustión, lo que libera dióxido de carbono. Por ello se investiga en baterías de mayor densidad energética, biocombustibles y almacenamiento de hidrógeno.
Ejercicios resueltos
1. ¿Cuánta energía libera la combustión completa de 2 kg de gasolina (poder calorífico de 44 MJ/kg)?
Q = m · p = 2 · 44 = 88 MJ
2. La combustión del metano libera 890 kJ por mol (CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O). ¿Cuánto calor desprenden 3 mol?
Q = 3 · 890 = 2670 kJ
3. Una barrita energética aporta 250 kcal. Exprésalo en kilojulios.
250 · 4,184 = 1046 kJ
4. ¿Cuántas horas podría estar encendida una bombilla de 100 W con 1 MJ de energía?
t = E / P = 1 · 10⁶ J / 100 W = 10 000 s = 2,78 h
Preguntas frecuentes
¿Dónde se almacena la energía química?
En los enlaces entre átomos de las moléculas y en la disposición de las cargas eléctricas de las sustancias. Se libera cuando esos enlaces se reorganizan en una reacción.
¿La energía química es cinética o potencial?
Es energía potencial: depende de la configuración de las partículas, no de su movimiento global. Al reaccionar se transforma en otras formas, como la térmica.
¿Por qué la combustión libera energía?
Porque los enlaces de los productos (CO₂ y H₂O) son más estables que los de los reactivos. La diferencia de energía se desprende como calor y luz.
¿Qué es el poder calorífico?
Es la energía liberada por unidad de masa (o de volumen) de combustible al quemarse por completo. Se expresa en MJ/kg o kJ/m³.
¿Se puede crear energía química de la nada?
No. Siempre procede de otra forma de energía; por ejemplo, las plantas la obtienen de la luz solar, y una batería recargable, de la electricidad con que se carga.
Referencias
- Atkins, P. y de Paula, J. Química física. Médica Panamericana.
- Chang, R. y Goldsby, K. Química. McGraw-Hill.
- Tipler, P. A. y Mosca, G. Física para la ciencia y la tecnología. Reverté.
Cómo citar este artículo
Equipo de Conceptualia. (2023). «Energía química». Conceptualia. https://conceptualia.es/ciencias-naturales/fisica/energia-quimica/
