Reacción exotérmica

En termodinámica, el término proceso exotérmico (exo-: "afuera") describe un proceso o reacción que libera energía del sistema a su entorno, generalmente en forma de calor, pero también en forma de luz (por ejemplo, una chispa, llama o flash), electricidad (p. ej., una batería) o sonido (p. ej., se oye una explosión al quemar hidrógeno). Su etimología proviene del prefijo griego έξω (exō, que significa "hacia afuera") y la palabra griega θερμικός (thermikόs, que significa "térmico"). El término exotérmico fue acuñado por primera vez por 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 en las que 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, como sigue:

Exotérmico

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 el oxígeno convierte en CO ₂ 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 muy superada por la energía liberada en convertir el doble enlace relativamente débil del oxígeno en enlaces más fuertes en CO ₂ y H ₂O).

Endotérmico

En una reacción o sistema endotérmico, la energía se toma de los alrededores 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 a las plantas convertir 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 porP < 0.

Cuando la transformación ocurre a presión constante y sin intercambio de energía eléctrica, el calor Q es igual al cambio de entalpía, es decir∆H < 0,

mientras que a volumen constante, según la primera ley de la termodinámica es igual al cambio de energía interna, es decir∆U = Q + 0 < 0.

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 necesaria para iniciar la reacción es menor que la energía que se libera posteriormente, por lo que hay una liberación neta de energía.

Ejemplos

Algunos ejemplos de procesos exotérmicos son:

• Combustión de combustibles como madera, carbón y aceite/petróleo
• La reacción de la termita
• La reacción de metales alcalinos y otros metales altamente electropositivos con agua.
• Condensación de la lluvia a partir del vapor de agua.
• Mezcla de agua y ácidos fuertes o bases fuertes
• La reacción de ácidos y bases.
• Deshidratación de carbohidratos por ácido sulfúrico
• El fraguado del cemento y el hormigón.
• Algunas reacciones de polimerización, como el fraguado de la resina epoxi.
• La reacción de la mayoría de los metales con halógenos u oxígeno.
• Fusión nuclear en bombas de hidrógeno y en núcleos estelares (hierro)
• Fisión nuclear de elementos pesados
• La reacción entre el zinc y el ácido clorhídrico.
• Respiración (descomposición 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.