¿Qué es la energía química? - Aprende todo sobre la energía basada en reacciones químicas

En la antigüedad, la utilización del fuego fue una de las primeras experiencias químicas conocidas. Este elemento es empleado para transformar la materia, transferir calor o luz, y protegerse de los animales salvajes. Con el tiempo, los egipcios y babilonios perfeccionaron esta técnica y la aplicaron en otros ámbitos, como la metalurgia y la destilación. El uso de la energía se remonta a millones de años atrás. Esta se puede observar en los movimientos y cambios que ocurren en la naturaleza y en todas las formas de vida. El ser humano ha empleado diversas fuentes de energía, como los combustibles, el viento, el agua y la luz solar.

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La energía se define como la capacidad de realizar un trabajo y los científicos han identificado seis formas distintas de energía que pueden transformarse unas en otras: lumínica, mecánica, eléctrica, térmica, nuclear y química. La energía química se manifiesta en las sustancias que se transforman en otras a través de reacciones químicas. En las que se rompen enlaces para formar nuevos compuestos y liberar calor. En las siguientes líneas, se explorará más a fondo esta manifestación energética.

Significado y concepto de energía química

Es el trabajo que se halla o se produce en las reacciones entre los reactivos o partículas de varios compuestos. Esto ocurre cuando se cambian los enlaces (simples, dobles, triples, entre otros) que unen los átomos y las moléculas. Las reacciones se expresan mediante una ecuación, donde se indican a través de símbolos el fenómeno que está ocurriendo. En este proceso se evidencia la absorción o liberación de calor. También para que una reacción se inicie es fundamental la energía de activación. Se manifiesta de distintas formas, mediante ella se libera calor. En otros casos, generan electricidad y luz.

El sistema internacional de medidas(SI) estableció como unidad de Joule (J). En honor al físico inglés James Prescott Joule. Este se define como la energía necesaria para trasladar un cuerpo en una distancia de 1 metro aplicando una fuerza de 1 newton. En el campo de la nutrición se emplea el múltiplo Kilo Joule.

Se almacena en las baterías, las que son usadas por los aparatos domésticos y dispositivos electrónicos. También en los automóviles o aviones. La energía química está disponible de una manera muy simple. De hecho, se encuentra en casi todo lo que tratamos. Podemos verla hasta en nuestros cuerpos. Una sustancia puede transformarse en otras formas de energía a través de distintos fenómenos químicos.

¿Para qué sirve la energía química? - Usos cotidianos

La energía química tiene varios usos, entre los cuales tenemos:

• Para las funciones vitales: A través de los alimentos que se consumen a diario. Es necesaria en el desempeño fisiológico, como la del Sistema Nervioso, digestivo, circulatorio y respiratorio. Además, se requiere de esta energía para la locomoción para la regulación de la temperatura corporal.
• En la producción de todos los combustibles derivados del petróleo: Estos están compuestos por carbono e hidrógeno donde los enlaces se rompen en presencia de oxígeno.
• Transformada en calor: permite llevar a cabo el proceso de calefacción.
• Purificación: Este tipo de energía contribuye a la purificación del agua para que sea potable.
• Combustión: Su función indispensable en el transporte vehicular y de aviones. Debido a la combustión generada por el petróleo o carbón.

¿Cuáles son las características de la energía química?

Entre las características más resaltantes de este tipo de energía se pueden mencionar:

• Cumple con el principio de conservación de la energía: En 1789 por Antoine Lavoisier, postuló la llamada Ley de Conservación de la materia. Donde establece que la energía puede transformarse, pero no destruirse ni crearse. Siempre se conserva. En otras palabras, el número de átomos de cada elemento es el mismo, antes y después de la reacción.
• Es un tipo de energía potencial que se modifica en otras como la térmica, lumínica o cinética. Si un cuerpo se encuentra en estado de reposo se dice que tiene energía potencial y al ponerse en movimiento adquiere la cinética.
• Al suceder la reacción química, la materia se transforma en otros productos nuevos. En los cuales se pueden apreciar cambios en el color, cantidad, olor, sabor, entre otros. Los elementos o compuestos que se unen se llaman reactivos y los que se originan productos. La serie de sucesos individuales mediante el cual los reactantes se convierten en productos se denomina mecanismo de reacción.
• Se libera o absorbe calor. Solo si hay un fenómeno químico. Dependiendo del caso puede ser exotérmico o endotérmico.
• La rama de la ciencia que se encarga de estudiar la rapidez se llama cinética química.
• Ocurre entre los átomos que conforman la materia.
• Se caracterizan por ser eficientes en la producción de calor.
• Es irreversible, el material resultante no va a regresar a sus condiciones naturales.
• Al romperse los enlaces se generan compuestos nuevos. 

¿Cuáles son los tipos de energía química?

Según lo expuesto, la energía se libera a través de las reacciones químicas. Esta puede ser:

• Combustión: es un fenómeno donde interviene el oxígeno atmosférico y la sustancia que se ama o arde. Desprendiendo energía y luz.
• Ácido-base: es la neutralización de un ácido con un hidróxido o base. Como resultado se obtiene una sal y agua. Los ácidos e hidróxidos se encuentran en distintos productos de limpieza y medicinas. La neutralización se evidencia cuando las personas presentan acidez estomacal. Estos contribuyen a la digestión, aun así, al encontrarse en exceso pueden ser perjudiciales.
• Combinación: ocurre cuando dos o más sustancias se unen para formar un nuevo compuesto. En el caso de los metales al unirse con el oxígeno originan los óxidos básicos. Por el contrario, si se une a un elemento no metálico forman los anhídridos.  Otros compuestos que pueden resultar son las bases o hidróxidos, sales haloideas, oxisales y ácidos.
• Descomposición: al reaccionar una sustancia da origen a dos o más componentes. Es la opuesta a la combinación o adición. Se origina de forma espontánea o en presencia de calor, electrólisis o un catalizador.
• Precipitación: se lleva a cabo en un medio acuoso. Ocurre al unir dos o más elementos y generar una sustancia sólida insoluble. Por lo tanto, se precipita o deposita.
• Reacción redox: Es el intercambio de electrones entre dos reactantes propiciando una variación en los estados de oxidación. El nombre proviene de reducción y oxidación. Un ejemplo es la corrosión del hierro cuando se expone al aire libre, se evidencia un cambio de color.

Energía química de combustión

Es aquel hecho químico en que el oxígeno se une a una sustancia que arde con liberación de luz y calor. Por lo tanto, es una reacción exotérmica y de oxidación rápida. Es la transformación de la energía química primaria almacenada en el carbón, petróleo y madera en energía calorífica a través de la oxidación. Ocurren a temperaturas desde 1000 °C. Se obtienen como resultado gases de combustión. El oxígeno indispensable contribuye al aire de combustión. Genera residuos de cenizas o carbonilla dependiendo del combustible.

Es fundamental para que se inicie con cualquier componente, lograr una temperatura mínima que se le conoce como ignición o inflamación. La incineración es el proceso de descomponer materiales. Un ejemplo de la vida diaria de la energía química de combustión. Esta ocurre cuando se enciende un fósforo o cerillo, al encender una cocina a gas, entre otras.

Energía química de combinación o síntesis

Es la más común en el ámbito de la química. Se lleva a cabo cuando se une una molécula con otra o uno o más átomos para formar un compuesto distinto al original. En este caso se libera energía, por lo tanto, es una reacción exotérmica. Se puede generar un desplazamiento simple, doble y combustión. Son llamadas también de adicción.  La energía química de combinación o síntesis es de suma importancia en la fabricación de medicinas, detergentes, cosméticos, plásticos y en la obtención del acero.

Energía química de desplazamiento simple

También se le conoce como sustitución simple. Es aquella en donde un elemento se reemplaza por otro dentro del compuesto.  Se emplean en los procesos metalúrgicos para separar los metales considerando los minerales. Los elementos sustituidos son el Hidrógeno, los halógenos y los metales.

¿Cómo funciona la energía química?

La energía química funciona mediante las reacciones químicas. Si en el proceso se liberó energía es exotérmica. Por el contrario, si se absorbe calor será endotérmica. La energía de activación se necesita para romper los enlaces que mantienen unidos a los átomos y moléculas. Una vez que esto ocurre pueden producirse los nuevos compuestos. En donde los electrones y protones se reorganizan para generar las cargas eléctricas. Si se desprende o absorbe la energía química se puede transformar en eléctrica, luminosa, mecánica, entre otros.

¿Cuáles son las ventajas y desventajas de usar energía química?

Debido a las características de la energía química y su uso en la industria tiene como ventajas:

• Un alto rendimiento debido a que no requieren de cantidades exageradas para obtenerla.
• Ayuda en el aprovechamiento de materiales de desecho
• Mediante la combustión se puede liberar energía. Al controlarla y mantenerla es garante de eficiencia.
• Permite almacenar energía
• Es de suma importancia para el ambiente.

La energía química está presente en la cotidianidad. Es imposible olvidarse de las ventajas; pero también debemos evaluar las desventajas:

• Es bastante costoso
• Contiene otros productos que pueden ser contaminantes.
• Necesita de insumos
• No es renovable
• Algunas veces genera desechos radiactivos.
• Causa daños a la salud de las personas.

Ejemplos de la energía química y sus aplicaciones

La energía química tiene una amplia variedad de aplicaciones en nuestra vida diaria. Tanto en procesos industriales como en el funcionamiento de dispositivos y herramientas. La energía química se encuentra en la cotidianidad de las personas, veamos algunos ejemplos:

• Almacenamiento de energía: Una de las aplicaciones más comunes de la energía química es el almacenamiento de energía en baterías recargables. Estas baterías funcionan mediante reacciones químicas que convierten la energía química en energía eléctrica. Las baterías son usadas en una gran variedad de dispositivos, desde teléfonos móviles hasta vehículos eléctricos. siendo estas una parte importante de la economía en  la producción industrial del sector telefónico.
• Combustión: La energía química también se utiliza en procesos de combustión, como la quema de combustibles fósiles en motores de combustión interna. En estos procesos, la energía química almacenada en los combustibles se convierte en energía térmica y mecánica para propulsar vehículos, generar electricidad y otros fines. Que es la energía que empleamos en nuestros vehículos automotrices por ejemplo.
• Producción de energía eléctrica: La energía química se utiliza en centrales eléctricas para generar electricidad. En estas centrales, se quema combustible fósil para producir vapor que mueve una turbina que genera electricidad.
• Síntesis química: La energía química también se usa en procesos de síntesis química para producir productos químicos. En estos procesos, se utilizan reacciones químicas para transformar materias primas en productos finales, como medicamentos, fertilizantes y plásticos.
• Fotografía: En la fotografía analógica, se emplean procesos químicos para desarrollar las imágenes. La energía química es usan por el usuario para producir la reacción que revela la imagen en el papel fotográfico.
• Explosivos: La energía química se utiliza en la producción de explosivos, en los que se producen reacciones químicas violentas que liberan grandes cantidades de energía. Los explosivos se usan en una variedad de aplicaciones, desde la minería hasta la industria militar.

Desde tiempos antiguos el hombre ha evolucionado en todos sus aspectos. En el ámbito de la química, los alquimistas jugaron un papel fundamental para forjar los cimientos de esta área. Desde la evolución del fuego hasta nuestros días se usa la energía química.  No solo los humanos gozamos de esta sino también otros organismos vivos. Tal es el caso de las plantas, debido al proceso de fotosíntesis y respiración. Ambos permiten la liberación y absorción de calor en cualquiera de sus formas. De acuerdo como se comporte la energía, puede producir varios trabajos o efectos.

En nuestras actividades diarias se utilizan con frecuencia las distintas formas de energía: calor, luz, eléctrica y química. Esta última es de gran importancia para el adecuado funcionamiento del cuerpo humano. La energía química se almacena en las sustancias. Esta cantidad se determina por el tipo y arreglo de los átomos que los constituyen. Al ocurrir una reacción química se libera, almacena o se convierte en distinta forma de energía.