Energía Potencial Química: Definición, reacciones y ejemplos

¿Qué es la energía potencial química?

¿Cómo una batería proporciona energía a una bombilla o los alimentos al cuerpo humano? La respuesta es la energía potencial química o energía química para abreviar.

La energía es la capacidad de un objeto o sistema para realizar trabajo físico o suministrar calor. Existen dos tipos fundamentales de energía: la energía cinética, que es la energía de los objetos en movimiento, y la energía potencial, que se almacena. Los objetos pueden almacenar energía potencial de muchas formas diferentes; por ejemplo, simplemente al elevar un objeto por encima de la superficie de la Tierra se le proporciona energía potencial gravitatoria que se libera cuando el objeto vuelve a caer al suelo. La energía potencial elástica se puede almacenar comprimiendo o estirando un resorte, que se libera cuando el resorte vuelve al equilibrio.

La energía química es una forma de energía potencial que se almacena en una sustancia y se puede liberar mediante una reacción química. Estas reacciones implican la ruptura de enlaces químicos entre moléculas y su reformación en nuevas configuraciones. El exceso de energía se libera en forma de calor o trabajo.

Ejemplos de energía potencial química

El uso de baterías y la ingestión de alimentos son dos situaciones habituales en las que se libera energía química almacenada y se utiliza de forma práctica en forma de trabajo o calor. A continuación se muestran varios ejemplos más de energía química.

• Las baterías contienen reactivos químicos, como el níquel y el cadmio en el caso de las baterías de Ni/Cad, cuya reacción implica un intercambio de electrones, lo que genera electricidad. Esta electricidad se puede transmitir a través de un circuito a otros dispositivos que liberan calor o luz, o realizan trabajo físico.
• La digestión de los alimentos es una reacción química compleja que transforma las moléculas de los alimentos en glucosa (un tipo de azúcar) que las células humanas pueden utilizar directamente como energía.
• Los combustibles fósiles, como el petróleo y el carbón, son sustancias que almacenan de forma natural una gran cantidad de energía química. Esta energía se puede aprovechar quemando el combustible de forma controlada. Los motores de combustión interna de los automóviles queman pequeñas cantidades de combustible para mover pistones mecánicos que proporcionan energía al vehículo.
• La combustión de la madera es una reacción química que libera calor. Las moléculas de la madera se transforman al quemarse en cenizas.
• Los explosivos como el TNT almacenan energía química de forma muy similar a la madera o el combustible. Sin embargo, debido a sus propiedades químicas, los explosivos pueden liberar una gran cantidad de energía muy rápidamente en forma de calor, luz, sonido y energía cinética.

Resumen de la lección

La energía es la capacidad de realizar trabajo físico o suministrar calor. La energía se presenta en dos formas principales: la energía cinética, que es retenida por los objetos en movimiento, y la energía potencial, que se almacena de alguna manera y puede liberarse posteriormente en forma de trabajo o calor. La energía potencial química, o simplemente energía química, es un tipo de esta última. Se trata de la energía que se puede liberar mediante una reacción química, en la que algunas sustancias, llamadas reactivos, se transforman en nuevas sustancias, llamadas productos.

Las moléculas dentro de cualquier sustancia se mantienen unidas por enlaces químicos, que pueden clasificarse además como covalentes o iónicos. La formación de un enlace químico generalmente libera una cierta cantidad de energía. Esto determina la cantidad de energía necesaria para romper el enlace. Algunos enlaces son más fuertes que otros, se forman más fácilmente en la naturaleza y requieren más energía para romperse. En una reacción química, los enlaces dentro de los reactivos se rompen, lo que requiere una ingesta de energía, pero se forman nuevos enlaces en los productos, lo que libera energía. El cambio neto en la energía libre de Gibbs determina cuánta energía se libera (o absorbe) por la reacción. La reacción es exergónica y ocurre espontáneamente si hay una liberación neta de energía libre durante la reacción. Esta energía libre está disponible para realizar trabajo externo. De lo contrario, la reacción es endergónica y no ocurre a menos que se suministre energía desde una fuente externa.