¿Qué son las reacciones endotérmicas?
Una reacción endotérmica es aquella que para tener lugar debe absorber energía, en forma de calor o radiación, de sus alrededores. Generalmente, aunque no siempre, pueden reconocerse por un descenso de la temperatura en su entorno; o por el contrario, necesitan de una fuente de calor, como la obtenida por una llama ardiente.
La absorción de energía o calor es lo que tienen en común todas las reacciones endotérmicas; la naturaleza de las mismas, así como las transformaciones involucradas, son muy diversas. ¿Cuánto calor deben absorber? La respuesta depende de su termodinámica: la temperatura a la que la reacción ocurre espontáneamente.
Por ejemplo, una de las reacciones endotérmicas más emblemáticas es el cambio de estado del hielo a agua líquida. El hielo necesita absorber calor hasta que su temperatura alcance los 0ºC aproximadamente; a esa temperatura su fusión se vuelve espontánea, y el hielo absorberá hasta que se haya fundido por completo.
En espacios calurosos, como en las orillas de una playa, las temperaturas son más elevadas y, por tanto, el hielo absorbe calor a mayor rapidez; es decir, se derrite a mayor velocidad. El derretimiento de los glaciares es un ejemplo de una reacción endotérmica indeseable.
Características de una reacción endotérmica
– La principal característica de una reacción o proceso endotérmico es que los productos son más energéticos que los reactivos.
– La diferencia de energía entre ellos, ΔH, es siempre positivo (HProducto-HReactivo > 0). Al ser esto cierto, debe haber una absorción de calor o energía de los alrededores para surtir esta necesidad energética.
– Cuando los enlaces formados no brindan una estabilidad equiparable a la cantidad de energía requerida para romper los enlaces viejos, se está ante una reacción endotérmica. Es por ello que se necesita energía adicional para promover el rompimiento de los enlaces más estables en los reactivos.
– Aunque no aplica para todas las reacciones endotérmicas, varias de ellas ocasionan un descenso de la temperatura de sus alrededores. Esto se debe a que de algún lado proviene el calor absorbido. En consecuencia, si dentro de un recipiente se llevara a cabo la conversión de A y B, este se enfriaría.
– Mientras más endotérmica sea la reacción, más frío se tornará el recipiente y sus alrededores. De hecho, algunas reacciones incluso son capaces de formar una delgada cubierta de hielo, como si hubieran salido de un refrigerador.
Ecuaciones
¿Cuáles son las ecuaciones pertinentes en una reacción endotérmica? El ΔH debe ser positivo. Para calcularlo, se considera primero la siguiente ecuación química:
aA + bB => cC + dD
Donde A y B son las sustancias reactantes, y C y D son los productos. Las letras en minúsculas (a, b, c y d) son los coeficientes estequiométricos. Para calcular el ΔH de esta reacción genérica se aplica la siguiente expresión matemática:
ΔHProductos– ΔHReactivos = ΔHrxn
Se puede proceder directamente, o hacer los cálculos por separado. Para ΔHProductos debe calcularse la siguiente suma:
c ΔHfC + d ΔHfD
Donde ΔHf es la entalpía de formación de cada sustancia involucrada en la reacción. Por convención, las sustancias en sus formas más estables tienen ΔHf=0. Por ejemplo, las moléculas de O2 y H2, o un metal sólido, tienen ΔHf=0.
El mismo cálculo se hace ahora para los reactantes, ΔHReactivos:
a ΔHfA + b ΔHfB
Pero como la ecuación dice que ΔHReactivos debe restársele a ΔHProductos, entonces la suma anterior debe multiplicarse por -1. Así se tiene:
c ΔHfC + d ΔHfD – (a ΔHfA + b ΔHfB)
Si el resultado de este cálculo es un número positivo, entonces se trata de una reacción endotérmica. Y si da negativo, es una reacción exotérmica.
Ejemplos de reacciones endotérmicas comunes
Evaporación del hielo seco
Este hielo seco no es más que dióxido de carbono sólido, el cual al absorber la temperatura y ante la presión externa comienza a sublimarse.
Horneado de panes o cocinar alimentos
El horneado de panes es un ejemplo de una reacción química, ya que ahora sí hay cambios químicos a causa del calor.
La masa y todos sus ingredientes, necesitan del calor del horno para llevar a cabo todas las transformaciones, indispensables para convertirse en el pan y exhibir sus características típicas.
Los baños de sol
Por simple y común que puedan parecer, los baños de sol que se toman ciertos reptiles, como las tortugas y cocodrilos, entran en la categoría de reacciones endotérmicas. Las tortugas absorben el calor del sol para regular la temperatura de su organismo.
Electrólisis del agua
La electrólisis hace uso de la energía eléctrica para separar una molécula en sus elementos o moléculas formadoras. Por ejemplo, en la electrólisis del agua se generan dos gases: hidrógeno y oxígeno, cada uno en electrodos diferentes:
2H2O => 2H2 + O2
Asimismo, el cloruro de sodio puede sufrir esta misma reacción:
2NaCl => 2Na + Cl2
En un electrodo se verá la formación de sodio metálico, y en el otro, burbujas verdosas de cloro.
Fotosíntesis
Las plantas y árboles necesitan absorber la luz solar como suministro energético para sintetizar sus biomateriales. Para esto utiliza como materia prima el CO2 y el agua, los cuales mediante una serie larga de pasos, se convierten en glucosa y otros azúcares. Además, se forma oxígeno, el cual se libera de las hojas.
Disoluciones de algunas sales
Si se disuelve cloruro de sodio en agua, no se notará ningún cambio apreciable en la temperatura externa del vaso o recipiente.
Algunas sales, como el cloruro de calcio, CaCl2, aumentan la temperatura del agua como producto de la gran hidratación de los iones Ca2+. Y otras sales, como el nitrato o cloruro de amonio, NH4NO3 y NH4Cl, disminuyen la temperatura del agua y se enfrían sus alrededores.
Descomposiciones térmicas
Una de las descomposiciones térmicas más comunes es la del bicarbonato de sodio, NaHCO3, para producir CO₂ y agua al calentarse. Muchos sólidos, entre ellos los carbonatos, suelen descomponerse para liberar CO₂ y el óxido correspondiente. Por ejemplo, la descomposición del carbonato de calcio es la siguiente:
CaCO3 + Q => CaO + CO2
Lo mismo sucede con los carbonatos de magnesio, estroncio y bario.
Cloruro de amonio en agua
Cuando se disuelve una pequeña cantidad de cloruro de amonio (NH4Cl) en agua en un tubo de ensayo, el tubo se vuelve más frío que antes. Durante esta reacción química, el calor se absorbe del entorno.
Triosulfato de sodio
Cuando los cristales de tiosulfato de sodio (Na2S2O3.5H2O), comúnmente llamados hipo, se disuelven en agua, se produce un efecto de enfriamiento.
Motores de coches
La quema de gasolina o diesel en los motores de los automóviles, camiones, tractores o autobuses produce energía mecánica, que se utiliza en la circulación de estos vehículos.
Líquidos hirviendo
Al poner un líquido al calor, este gana energía y pasa a un estado gaseoso.
Cocinar un huevo
Al aplicar calor, las proteínas del huevo se desnaturalizan formando la estructura sólida que usualmente se ingiere.
Cocción de alimentos
En general, siempre al cocinar con calor para cambiar las propiedades de los alimentos, están ocurriendo reacciones endotérmicas.
Estás reacciones son las que causan que los alimentos se vuelvan más suaves, generen masas maleables, liberen los componentes que contienen, entre otras cosas.
Calentamiento de alimentos en el microondas
Por la radiación de microondas, las moléculas de agua en los alimentos absorben energía, comienzan a vibrar y aumentan la temperatura de la comida.
Moldeamiento del vidrio
La absorción de calor por parte del vidrio flexibiliza sus uniones haciendo que su forma sea más fácil de cambiar.
Consumo de una vela
La cera de las velas se derrite al absorber el calor de la llama, cambiando su forma.
Limpieza con agua caliente
Al utilizar agua caliente para limpiar objetos que han sido manchados con grasa, como ollas o la ropa, la grasa se vuelva más liquida y es más fácil de remover.
Esterilización por calor de alimentos y otros objetos
Al calentar objetos o alimentos, los microorganismos que estos contienen también aumentan su temperatura.
Cuando mucho calor es suministrado, reacciones dentro de las células microbianas ocurren. Muchas de estas reacciones, como el rompimiento de enlaces o la desnaturalización de proteínas, terminan matando los microorganismos.
Combate de infecciones con fiebre
Cuando una fiebre se manifiesta, es porque el cuerpo produce el calor necesario para matar las bacterias y virus que causan infecciones y generan enfermedades.
Si el calor generado es mucho y la fiebre alta, las células del cuerpo también son afectadas y se corre riesgo de muerte.
Evaporación de agua
Cuando el agua se evapora y se transforma en vapor, es por el calor que recibe del entorno. A medida que la energía térmica es recibida por cada molécula de agua, su energía de vibración aumenta hasta el punto en que puede moverse libremente, creando vapor.
Referencias
- Endothermic Reaction Examples. Recuperado de: thoughtco.com
- Endothermic vs. exothermic reactions. Recuperado de: khanacademy.org