Proceso exotérmico

Las explosiones son algunas de las reacciones exotérmicas más violentas.

En termodinámica, un proceso exotérmico (del griego έξω (exō) 'hacia afuera', y θερμικός (thermikόs) 'termal') es un proceso o reacción termodinámica que libera energía del sistema a su entorno, generalmente en forma de calor, pero también en una forma de luz (p. ej., una chispa, llama o destello), electricidad (p. ej., una batería) o sonido (p. ej., una explosión que se escucha al quemar hidrógeno). El término exotérmico fue acuñado por primera vez por el químico francés del siglo XIX Marcellin Berthelot.

Lo opuesto a un proceso exotérmico es un proceso endotérmico, que absorbe energía generalmente en forma de calor. El concepto se aplica con frecuencia en las ciencias físicas a las reacciones químicas donde la energía del enlace químico se convierte en energía térmica (calor).

Dos tipos de reacciones químicas

Exotérmico y endotérmico describen dos tipos de reacciones químicas o sistemas que se encuentran en la naturaleza, de la siguiente manera:

Exotérmica

Después de una reacción exotérmica, se ha liberado más energía al entorno de la que se absorbió para iniciar y mantener la reacción. Un ejemplo sería la quema de una vela, en la que la suma de calorías producidas por la combustión (que se encuentra observando el calentamiento radiante del entorno y la luz visible producida, incluido el aumento de la temperatura del combustible (cera) en sí, que se convierte en CO₂ caliente y vapor de agua) excede el número de calorías absorbidas inicialmente al encender la llama y en el mantenimiento de la llama (parte de la energía se reabsorbe y se usa para derretir, luego vaporizar la cera, etc. pero es superado con creces por la energía liberada cuando se producen CO₂ y H₂O).

Endotérmica

En una reacción o sistema endotérmico, la energía se extrae del entorno en el curso de la reacción, generalmente impulsada por un aumento de entropía favorable en el sistema. Un ejemplo de una reacción endotérmica es una compresa fría de primeros auxilios, en la que la reacción de dos productos químicos, o la disolución de uno en otro, requiere calorías del entorno, y la reacción enfría la bolsa y el entorno absorbiendo calor de ellos.

La fotosíntesis, el proceso que permite que las plantas conviertan el dióxido de carbono y el agua en azúcar y oxígeno, es un proceso endotérmico: las plantas absorben la energía radiante del sol y la utilizan en un proceso endotérmico, por lo demás no espontáneo. La energía química almacenada puede liberarse por el proceso inverso (espontáneo): combustión del azúcar, que da dióxido de carbono, agua y calor (energía radiante).

Liberación de energía

Exotérmica se refiere a una transformación en la que un sistema cerrado libera energía (calor) al entorno, expresada por

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Cuando la transformación ocurre a presión constante y sin intercambio de energía eléctrica, el calor Q es igual al cambio de entalpía, es decir

<math alttext="{displaystyle Delta HΔ Δ H.0,{displaystyle Delta H obedeció0,}<img alt="{displaystyle Delta H

mientras está a volumen constante, de acuerdo con la primera ley de la termodinámica, es igual al cambio de energía interna (U), es decir,

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En un sistema adiabático (es decir, un sistema que no intercambia calor con el entorno), un proceso exotérmico provoca un aumento de la temperatura del sistema.

En las reacciones químicas exotérmicas, el calor liberado por la reacción toma la forma de energía electromagnética o energía cinética de las moléculas. La transición de electrones de un nivel de energía cuántica a otro hace que se libere luz. Esta luz es equivalente en energía a parte de la energía de estabilización de la energía para la reacción química, es decir, la energía de enlace. Esta luz que se libera puede ser absorbida por otras moléculas en solución para dar lugar a traslaciones y rotaciones moleculares, lo que da lugar a la comprensión clásica del calor. En una reacción exotérmica, la energía de activación (energía necesaria para iniciar la reacción) es menor que la energía que se libera posteriormente, por lo que hay una liberación neta de energía.

Ejemplos

Una reacción termita exotérmica usando óxido de hierro(III). Las chispas que vuelan hacia fuera son glóbulos de hierro fundido que huyen en su vela.

Algunos ejemplos de procesos exotérmicos son:

• Combustión de combustibles como madera, carbón y aceite/petroleo
• La reacción termita
• La reacción de metales alcalinos y otros metales altamente electropositivos con agua
• Condena de lluvia de vapor de agua
• Mezcla de agua y ácidos fuertes o bases fuertes
• La reacción de los ácidos y las bases
• Deshidratación de carbohidratos por ácido sulfúrico
• La fijación de cemento y hormigón
• Algunas reacciones de polimerización como el ajuste de resina epoxi
• La reacción de la mayoría de los metales con halógenos o oxígeno
• Fusión nuclear en bombas de hidrógeno y en núcleos estelares (a hierro)
• Fisión nuclear de elementos pesados
• La reacción entre el zinc y el ácido clorhídrico
• Respiración (desmoronamiento de la glucosa para liberar energía en las células)

Implicaciones para las reacciones químicas

Las reacciones exotérmicas químicas son generalmente más espontáneas que sus contrapartes, las reacciones endotérmicas.

En una reacción termoquímica exotérmica, el calor puede figurar entre los productos de la reacción.