Análisis de energía con un diagrama de coordenadas de reacción

Publicado el 18 septiembre, 2020 por Rodrigo Ricardo

Energía y reacciones

¿Sabías que ahora mismo tu cuerpo está realizando miles de reacciones simultáneamente? Los árboles y las plantas que los rodean también están realizando miles de reacciones. Algunas de estas reacciones liberan energía, mientras que otras absorben energía.

Todas las reacciones requieren energía, desde las más simples, como el agua hirviendo para convertir el agua líquida en agua gaseosa, hasta las complejas, como las reacciones electroquímicas. Podemos ver lo que le sucede a la energía en una reacción usando un diagrama de coordenadas de reacción. Un diagrama de coordenadas de reacción es un diagrama que representa la energía frente al progreso de la reacción.

sencillo

Explicación del diagrama de coordenadas de reacción

Así que veamos un poco más de cerca el diagrama de coordenadas de reacción y lo que significa cada punto:

con etiquetas

Empecemos por la ‘A’. Estos son los reactivos antes de que ocurra la reacción. A medida que ocurre la reacción, se agrega energía, y esta energía a menudo se encuentra en forma de calor. Entonces, la línea se curva hacia arriba hasta que alcanza un pico. Después de esto, la línea se curva hacia abajo. En este ejemplo, ‘B’ (los productos) tiene una energía menor que ‘A’.

La cantidad de energía que se tuvo que agregar se llama energía de activación . Y la diferencia de energía se llama delta E , que es la diferencia de energía de los materiales de partida frente al producto terminado.

Reacciones endotérmicas versus exotérmicas

Una reacción endotérmica es aquella en la que al final de la reacción, se pone energía en la molécula en lugar de liberarse. Una reacción exotérmica es aquella en la que, al final de la reacción, se libera energía al entorno. La mayoría de las reacciones son exotérmicas, porque para que ocurran (y para que el producto terminado sea estable), el producto terminado debe tener menos energía que los productos de partida.

Las reacciones endotérmicas ocurren debido a otra ley de la física: que todas las reacciones se dirigen hacia el desorden. Para que ocurra una reacción endotérmica, el producto debe estar más desordenado que los reactivos. Otra forma de pensar en el desorden es la capacidad de las moléculas para tener más libertad de movimiento. Por ejemplo, las moléculas de agua congelada tienen menos libertad de movimiento que las moléculas de agua gaseosa, por lo que el agua congelada está menos desordenada.

Entonces, un diagrama de coordenadas de reacción donde el nivel de energía de B termina más alto que A es endotérmico (delta E es positivo):

endotérmico

Y un diagrama de coordenadas de reacción donde el nivel de energía de B termina por debajo de A es exotérmico (delta E es negativo):

exotérmico

Energía de activación

La energía de activación es importante en una reacción. Incluso si los productos tienen una energía mucho menor que los reactivos, si la energía de activación es demasiado alta, la reacción rara vez (si es que ocurre alguna vez) ocurrirá. Para combatir esto, muchas reacciones utilizarán enzimas .

enzimas

En este ejemplo, la línea negra representa la reacción sin el uso de enzimas. La línea roja representa la reacción con la ayuda de enzimas. La energía inicial y final siguen siendo las mismas, pero la energía de activación es mucho menor.

Resumen de la lección

Un diagrama de coordenadas de reacción es un gráfico que traza la energía frente al progreso de la reacción. La cantidad de energía que debe agregarse se llama energía de activación , que es el punto donde la línea en el gráfico se curva hacia arriba. La diferencia de energía entre los productos y los reactivos se llama delta E , que es el punto donde la línea del gráfico se curva hacia abajo.

Una reacción puede ser endotérmica o exotérmica. Si es endotérmico , entonces la reacción requiere energía en general, por lo que delta E es positivo. En el gráfico, los productos terminan con una energía más alta que los reactivos. Si es exotérmico , entonces la reacción emite energía en general, por lo que delta E es negativo. En el gráfico, los productos terminan con una energía menor que los reactivos.

La energía de activación es la cantidad de energía que inicialmente se necesita para poner en la reacción para que ocurra. Esta energía de activación se puede reducir utilizando una enzima .

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