ENERGIA QUIMICA

ENERGÍA QUÍMICA

La energía química ha sido producida por el Hombre desde prácticamente los comienzos de su existencia, utilizándola como modo de producción de energía. Por ejemplo, los hombres primitivos utilizaban la combustión de la madera o del carbón, y hoy encontramos los sofisticados y complejos motores con los cuales funcionan desde motocicletas hasta aviones e incluso naves que viajan al espacio. Si bien la energía química es generada, la energía en sí es una propiedad inherente a toda la materia. Es decir, toda materia tiene energía almacenada, lo cual se denomina contenido energético, y éste depende de la posición del cuerpo (como la altura a la cual se encuentra) o bien a la naturaleza de las sustancias por las cuales se compone.

Al realizare una energía química, ésta está siempre acompañada por una absorción de energía o bien por un desprendimiento de energía, debido a esto que explicamos del almacenamiento energético en las sustancias. Existe desprendimiento de energía cuando la energía química que está almacenada en un reactivo resulta mayor que la energía del producto, por lo cual existe un excedente de energía que entonces debe ser liberado. Por ejemplo, si queremos obtener una reacción química entre metano y oxígeno, al producirse la reacción obtendremos un desprendimiento de energía pues el contenido energético tanto del metano como del oxígeno es mayor al del agua o del dióxido de carbono, que son dos compuestos resultados de la reacción entre metano y oxígeno.

PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA QUÍMICA

La ley de la conservación de la energía afirma que la cantidad total de energía en cualquier sistema físico aislado (sin interacción con ningún otro sistema) permanece invariable con el tiempo, aunque dicha energía puede transformarse en otra forma de energía. En resumen, la ley de la conservación de la energía afirma que la energía no puede crearse ni destruirse, sólo se puede cambiar de una forma a otra, por ejemplo, cuando la energía eléctrica se transforma en energía calorífica en un calefactor.

En termodinámica, constituye el primer principio de la termodinámica (la primera ley de la termodinámica).

En mecánica analítica, puede demostrarse que el principio de conservación de la energía es una consecuencia de que la dinámica de evolución de los sistemas está regida por las mismas características en cada instante del tiempo. Eso conduce a que la "traslación" temporal sea una simetría que deja invariante las ecuaciones de evolución del sistema, por lo que el teorema de Noether lleva a que existe una magnitud conservada, la energía.

Conservación en presencia de campo gravitatorio

El campo gravitatorio dentro de la mecánica relativista es tratado dentro de la teoría general de la relatividad. Debido a las peculiaridades del campo gravitatorio tal como es tratado dentro de esta teoría, no existe una manera de construir una magnitud que represente la energía total conjunta de la materia y el espacio-tiempo que se conserve. La explicación intuitiva de este hecho es que debido a que un espacio-tiempo puede carecer de simetría temporal, hecho que se refleja en que no existen vectores de Killing temporales en dicho espacio, no puede hablarse de invariancia temporal de las ecuaciones de movimiento, al no existir un tiempo ajeno al propio tiempo coordenado del espacio-tiempo.

Otra de las consecuencias del tratamiento que hace la teoría de la relatividad general del espacio-tiempo es que no existe un tensor de energía-impulso bien definido. Aunque para ciertos sistemas de coordenadas puede construirse el llamado pseudotensor de energía-impulso, con propiedades similares a un tensor, pero que sólo puede definirse en sistemas de coordenadas que cumplen ciertas propiedades específicas.

Por otro lado, aún en la teoría de la relatividad general para cierto tipo de sistemas muy especiales, puede construirse una magnitud asimilable a la energía total del sistema. Un ejemplo de estos sistemas son los espacio-tiempos asintóticamente planos caracterizados por una estructura causal peculiar y ciertas condiciones técnicas muy restrictivas; estos sistemas son el equivalente en teoría de la relatividad de los sistemas aislados.

Finalmente cabe señalar, que dentro de algunas teorías alternativas a la relatividad general, como la teoría relativista de la gravitación de Logunov y Mestvirishvili, sí puede definirse unívocamente la energía total del sistema de materia. Esta teoría es totalmente equivalente a la teoría de la relatividad general en regiones desprovistas de materia, y predice desviaciones de la misma sólo en regiones ocupadas por materia. En particular la teoría de Logunov y Mestvirishvili, predice la no ocurrencia de agujeros negros,² y esa es una de las principales predicciones que la diferencian de la teoría general de la relatividad de Albert Einstein.

COMO SE GENERA LA ENERGÍA QUÍMICA

Como ya nombraron, la energía química es la energía que se produce de reacciones químicas (valga la redundancia).

Pero cuando nos referimos a tipos de energía, la energía química se puede adjudicar a la energía que es almacenada y generada al convertir otras energías en energía química, esto en base a las reacciones químicas del organismo.

Un ejemplo de ello es la Fotosíntesis, aprovecha la energía calorífica de los rayos del sol, y las partículas de Dióxido de Carbono (CO2), y en base a reacciones químicas que se llevan a cabo dentro de la planta, realiza algo llamado el "Ciclo de Krebs", que aprovecha reacciones químicas para convertir esas moléculas en energía, energía química mas específicamente.

Al realizar la digestión al momento de comer, se transforma ese alimento en energía química en base a reacciones en nuestro organismo. Igualmente en una reacción química, se produce una liberación de energía

La energía química se crea a partir de interacciones de átomos y moléculas. Por lo general, se reorganizan los electrones y protones, que es lo que se conoce como reacción química, que produce cargas eléctricas. La Ley de Conservación de la Energía estipula que la energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma. Por lo tanto, una reacción química que disminuye la energía contribuirá a la perdida de energía en el ambiente, normalmente en forma de calor o luz. Por otra parte, una reacción química que incrementa la energía en un sistema, habrá obtenido esta energía adicional del ambiente.

USOS DE LA ENERGÍA QUÍMICA

La energía química es una manifestación más de la energía. En concreto, es uno de los aspectos de la energía interna de un cuerpo y, aunque se encuentra siempre en la materia, sólo se nos muestra cuando se produce una alteración íntima de ésta.

En la actualidad, la energía química es la que mueve los automóviles, los buques y los aviones y, en general, millones de máquinas. Tanto la combustión del carbón, de la leña o del petróleo en las máquinas de vapor como la de los derivados del petróleo en el estrecho y reducido espacio de los cilindros de un motor de explosión, constituyen reacciones químicas.

El carbón y la gasolina gasificada se combinan con el oxígeno del aire, reaccionan con él y se transforman suave y lentamente, en el caso del carbón, o instantánea y rápidamente, en el caso de la gasolina dentro de los cilindros

de los motores. Las mezclas gaseosas inflamadas se dilatan considerable y rápidamente y en un instante comunican a los pistones del motor su energía de traslación, su fuerza viva o de movimiento.

Finalmente, hay que mencionar la más reciente y espectacular aplicación de la energía química para lograr lo que durante muchos siglos constituyó su sueño: el viaje de ida y vuelta al espacio exterior y a la Luna, así como la colocación de distintos tipos de satélites artificiales en determinadas órbitas.

La humanidad ha utilizado desde su existencia reacciones químicas para producir energía. Desde las más rudimentarias, de combustión de madera o carbón, hasta las mas sofisticadas, que tienen lugar en los motores de los modernos aviones o naves espaciales.
Las reacciones químicas, pues, van acompañadas de un desprendimiento, o en otros casos de una absorción, de energía. mínima que deben poseer las entidades químicas para poder producir una reacción química. Se presentan en escalas muy pequeñas.

Energía de reacción.

En una reacción química el contenido energético de los productos es, en general, diferente del correspondiente a los reactivos. Este defecto o exceso de energía es el que se pone en juego en la reacción.
La energía desprendida o absorbida puede ser en forma de energía luminosa, eléctrica, mecánica, etc.. pero habitualmente se manifiesta en forma de calor. El calor intercambiado en una reacción química se llama calor de reacción y tiene un valor característico para cada reacción. Las reacciones pueden entonces clasificarse en exotérmicas o endotérmicas, según que haya desprendimiento o absorción de calor.

Energía nuclear
Una de las fuentes de energía más modernas y que sin lugar a dudas ha levantado más polémica, es sin duda la energía nuclear. La energía nuclear, tiene sus puntos positivos y negativos, pero ya lo veremos más adelante.

En la utilización de la energía nuclear, los neutros desempeñan un papel fundamental. La mayoría de los elementos no son "puros", sino mezclas de átomos llamados isotopos. Los isotopos de un elemento presentan un nº de neutros distinto del que posee el átomo común. Sólo su peso los diferencia de este.