Energía potencial química: definición y ejemplos

¿Qué es la energía potencial?

Probablemente ya sepa que sin comer, su cuerpo se debilita por falta de energía. Da algunos mordiscos a un sándwich de pavo y momentos después, te sentirás mucho mejor. Esto se debe a que las moléculas de los alimentos contienen energía potencial , o energía almacenada, que puede funcionar en el futuro.

Cuando su cuerpo descompone estas moléculas, se libera energía que puede usar para trabajar, como caminar o pensar. Pero las moléculas de los alimentos no son la única fuente de energía potencial. Cada cosa física en el mundo está hecha de moléculas y todas ellas tienen energía potencial dentro de sus enlaces.

Para comprender por qué la energía química tiene el potencial de funcionar, veamos algunos escalones. Nuestra discusión tocará ideas básicas sobre moléculas y enlaces químicos en general, así como algunas reglas básicas sobre reacciones químicas. Cuando reunimos toda esta información, verá cómo el balance energético total neto de una reacción química determina la energía potencial disponible para su uso. ¿Usar por qué? Lo que sea que esté presente en ese espacio en ese momento. Por ejemplo, en una reacción química que descompone el combustible del automóvil, la energía potencial que sale se usa para hacer funcionar el motor.

Reacciones químicas

Una molécula es cualquier combinación de átomos que están unidos entre sí. Las moléculas también se pueden llamar sustancias químicas, ya que se forman a través de reacciones químicas. Por lo tanto, la energía en cualquier molécula se llama energía química .

Tendemos a asociar la palabra químico con algo artificial que la gente hace en un laboratorio, lo que podría ser cierto para el uso diario de la palabra. Pero, científicamente, esto no es exacto. Absolutamente todo lo que nos rodea, tanto vivo como no vivo, natural y alterado, está hecho de moléculas químicas de un tipo u otro que se formaron a partir de reacciones químicas.

Formando un enlace químico

Para que dos átomos se unan, debe haber un ajuste estable. No todos los tipos de átomos pueden unirse entre sí. Para los enlaces covalentes , esto significa compartir electrones de tal manera que ambos átomos logren una capa externa o de valencia más equilibrada. Pero, incluso si los dos átomos son más estables unidos entre sí, para formar ese enlace, se debe absorber una cantidad inicial de energía.

Quizás se pregunte por qué dos átomos que son más estables juntos que separados necesitan energía adicional para mantenerse unidos. En realidad, este es un tema complejo, pero en pocas palabras, todos los átomos tienen un núcleo con carga positiva y capas o nubes de electrones con carga negativa. Por lo tanto, cuando los átomos se unen, actúan fuerzas en conflicto. El núcleo cargado positivamente de un átomo es atraído por los electrones cargados negativamente del otro. Pero al mismo tiempo, los dos núcleos se repelen. La energía del vínculo ayuda a superar estas fuerzas repulsivas.

Además, la energía se presenta en muchas formas, y solo ciertas formas pueden capturarse y usarse para formar enlaces químicos. Los científicos llaman energía libre a la energía disponible para su uso en la formación de enlaces .

Una vez contenida dentro del enlace, la energía participa en la unión de los átomos, pero no se “gasta” al cambiar a calor. La misma cantidad que se absorbió para hacer el enlace permanece en el enlace. Es por eso que mucha gente describe los bonos como un lugar de almacenamiento de energía.

Esta noción es un poco engañosa, porque los bonos no almacenan energía de la forma en que solemos pensar en los artículos almacenados, como una pila de fotografías en una caja o equipos deportivos en el garaje simplemente sentados esperando a ser usados. La energía en un enlace químico está activa, pero la cantidad permanece constante. De esta manera, la energía en un enlace difiere de otras formas en que se usa la energía. Por ejemplo, cuando usa energía para mover las piernas, la energía se transforma en calor y se disipa. Tus piernas no pueden volver a acceder a esa energía, razón por la cual necesitas comer todos los días, para obtener más energía utilizable o gratis.

Liberación de energía potencial

Entonces, ¿cómo surge de un vínculo la energía libre o la energía potencial? El vínculo se rompe y consume más energía. ¿Suena confuso? Piénselo de esta manera: imagínese inflar un globo y atarlo. Digamos que el aire en el globo representa energía y el globo en sí es el enlace. El aire está atrapado dentro. Para volver a sacarlo, ¿qué necesitas hacer? ¡Explota el globo! Para hacer esto, solo necesita un poco más de energía, como un golpe.

Los bonos funcionan de la misma manera. Se necesita un poco de energía para romperlos, y luego, como el globo, lo que había dentro sale corriendo. Para un enlace químico, la energía libre se precipita.

Sin embargo, esta es solo la mitad de la historia. En el mundo de las reacciones químicas siempre hay dos caras: la rotura de enlaces, que se produce en los reactivos, y la formación de nuevos enlaces, que se denominan productos. Tomemos un momento para señalar otro hecho básico sobre los bonos: no todos son iguales. Algunos enlaces son más débiles que otros y, por lo tanto, requieren más energía para mantenerlos unidos. ¿Qué debilita un vínculo? La combinación de los dos átomos simplemente no encaja tan bien. Es como usar un par de zapatos que son un poco pequeños. Aún puedes usarlos, pero no son exactamente cómodos.

Por otro lado, un enlace fuerte es aquel en el que la combinación de los átomos es extremadamente estabilizante para ellos y es fácil estar juntos. En el mundo de los enlaces, esto significa que se requiere menos energía para mantener unidos los átomos. En resumen, los enlaces fuertes requieren menos energía para formarse que los enlaces más débiles. Esto significa que también contienen menos energía.

Energía neta de una reacción

Ahora, volvamos a la segunda parte de nuestra reacción; casi instantáneamente después de que se rompen los enlaces, se forman otros nuevos utilizando parte de la energía libre que liberan los reactivos. (Recuerde, los enlaces requieren energía para formarse). Si los átomos se mueven naturalmente a un estado más estable, y dada nuestra discusión sobre enlaces débiles y fuertes, ¿qué tipo de enlaces se formarán probablemente los átomos cuando se dejen solos sin intervención externa? ¡Fuertes, por supuesto! Se formarán el enlace más estable y el enlace más fuerte, y dado que los enlaces fuertes requieren menos energía que los enlaces más débiles, quedará energía extra después de la reacción.

Es por eso que la energía química en los enlaces se puede describir como energía potencial. La energía que queda de la formación de enlaces más estables a partir de los más débiles tiene el potencial de funcionar cuando sale. Vale la pena mencionar que con cada reacción, algo de energía se transforma en calor y se disipa en el ambiente circundante, lo que explica de dónde proviene gran parte del calor corporal.

Resumen de la lección

Resumamos por qué la energía química es energía potencial:

• Todas las moléculas absorben energía en sus enlaces al formarse. Esta energía mantiene unidos a los átomos y no se agota. Sigue siendo una cantidad constante. Por lo tanto, tiene potencial para funcionar cuando abandona el vínculo.
• Se utiliza energía adicional para romper enlaces. La energía libre dentro de estos enlaces se libera al romperse y se forman nuevos enlaces que absorben parte de la energía libre de los enlaces rotos.
• Toda reacción química implica la ruptura y formación de enlaces. Las reacciones espontáneas dan como resultado la ruptura de enlaces más débiles para formar otros más fuertes, lo que da como resultado una nueva liberación neta de energía en general. La energía extra libre que no se usa para formar productos se puede utilizar para hacer otro trabajo.

Los resultados del aprendizaje

Cuando haya terminado, debería poder:

• Indique qué energía potencial es
• Describe cómo se forma un enlace químico entre moléculas.
• Recite algunos datos sobre los bonos
• Explica cómo se libera la energía potencial.