Definición de Energía Química

Daniela Nataly Díaz Zepeda
M.C. en Ingeniería y Física Biomédicas

Energía Química

De manera general, la energía se define como la capacidad para realizar un trabajo o transferir calor. Haciendo referencia al principio de conservación de la energía, el cual indica que la energía tiene la propiedad de transformarse, siempre y cuando no se altere la cantidad total dentro de un sistema aislado, se concluye que existen diferentes tipos de energía. Entre estos tipos de energía se encuentra la energía química, la cual se define como la energía almacenada en los enlaces de los compuestos químicos. La energía en esta forma se observa característicamente al llevar a cabo una reacción química, frecuentemente se libera o absorbe en forma de calor.

La relación entre las reacciones químicas y los cambios de energía que implican son estudiados por una rama de la termodinámica conocida como termoquímica. Cuando hablamos de dirección de cambios de energía en una reacción química, podemos hablar de dos tipos de reacciones, las exotérmicas y las endotérmicas. Una reacción entre compuestos que, una vez que se lleva a cabo, libera energía en forma de calor, es de tipo exotérmico (exo- remite a ‘afuera’). El tipo contrario de reacción, endotérmica, requiere calor añadido para poder llevarse a cabo, y termina por almacenar esta cantidad de energía en los enlaces de sus productos, es decir, absorbe energía en forma de calor (endo-, en referencia a ‘adentro’).

A menudo es útil cuantificar los cambios de energía en una reacción química, como cualquier otro tipo de energía, la unidad empleada en el sistema internacional SI es el Joule (J). Aquí entra en juego otro concepto importante en la termoquímica, la entalpía (H), que se define como la medida de la cantidad de calor en un sistema químico. El cambio de entalpía (∆H), es la cantidad de energía térmica (calor), que se transfiere durante una reacción química, a presión constante. Para una reacción exotérmica a presión constante, ∆H, es igual a la energía liberada en la reacción, la cual, se obtiene de una resta de la energía de los productos menos la energía contenida inicialmente en los reactivos, considerando que los productos tendrán una cantidad menor de energía, el resultado sería un valor negativo. En contraste, las reacciones endotérmicas, al absorber energía, se caracterizan por valores de ∆H positivos, ya que los productos siempre tendrán más energía en comparación con los reactivos. La siguiente ecuación presenta como se calcula el cambio de entalpía para una reacción química:

∆H = H_final – H_inicial

Donde,
∆H es el cambio de entalpía en la reacción.
H_final es la entalpia de los productos.
H_inicial es la energía de los reactivos.

El cálculo de la entalpia en una reacción es útil para caracterizar, predecir y optimizar reacciones químicas, muchas de las cuales tienen aplicaciones directas en el aprovechamiento de su energía para ser utilizada como trabajo mecánico.

Aprovechamiento de la energía química

El estilo de vida moderno de la sociedad depende en gran medida de la energía, de ahí es importante encontrar nuevas maneras de aprovechar todo tipo de energía a nuestro alcance, en este caso la energía química. A excepción de la energía que proviene del sol, la mayor parte de la energía que utilizamos todos los días proviene de las reacciones químicas. La combustión de hidrocarburos que mueve nuestros medios de transporte, la producción de electricidad en centrales termoeléctricas por medio de carbón. Las baterías son otro ejemplo de cómo la energía química puede convertirse en potencia eléctrica, por acción de la electrolisis.

Por otro lado, la energía química también es el motor de los organismos biológicos. El cuerpo humano, por ejemplo, subsiste a base de aprovechar la energía química almacenada en los enlaces de los compuestos que se ingieren como alimento, en primera instancia de los carbohidratos, esta se convierte en energía mecánica que nos permite movernos, mantener nuestra temperatura corporal, entre múltiples funciones fisiológicas. En este sentido, la energía química contenida en otras fuentes biológicas también puede ser utilizada una vez que se transforma en calor, energía eléctrica o combustible. Un caso de esto es la biomasa, que es la materia almacenada en poblaciones biológicas, por ejemplo, madera, cultivos como algunos granos, y desechos de procesos, como el bagazo de la caña de azúcar. Para aprovechar la biomasa se hace uso de la energía química almacenada en ella, como fuente de energía renovable y poco contaminante. Tomando el ejemplo del bagazo de caña, que era considerado como residuo industrial, es posible extraer etanol de él, y utilizarlo como combustible. Así como el etanol proveniente de biomasa, se extraen otros compuestos que en un futuro podrían llegar a reemplazar a los combustibles fósiles.

Por: Daniela Nataly Díaz Zepeda. Ingeniera Química, M.C. en Ingeniería y Física Biomédicas. Se desempeña en el estudio y la divulgación científica. Experiencia en el desarrollo de vehículos farmacológicos, y actualmente pertenece al grupo de investigación de biofotónica. Su posgrado le otorgó una formación multidisciplinaria en Física, biología e ingeniería.

Art. actualizado: Oct. 2023; sobre el original de noviembre, 2010.

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