Reacciones endotérmicas y exotérmicas

Cuando se producen reacciones químicas, estas pueden liberar energía en forma de calor, y se las denomina exotérmicas, o bien necesitan absorber energía para producirse, y en ese caso se denominan endotérmicas. Los ejemplos más comunes de estos tipos de reacciones son la combustión y la fotosíntesis.

La reacciones químicas endotérmicas y exotérmicas

Las reacciones químicas son procesos donde los enlaces químicos entre los átomos se rompen, formándose nuevos enlaces. En las reacciones químicas participan los reactivos, que son las sustancias que darán lugar a la reacción, y los productos, que son las sustancias que se obtienen de la reacción química.

Según la forma en que intervenga la energía, es decir, si se absorbe o se libera, las reacciones químicas pueden ser endotérmicas o exotérmicas, respectivamente.

Qué son las reacciones endotérmicas

La palabra endotérmica proviene de los términos griegos: endo, que significa «hacia adentro» y thermos, que quiere decir «calor». Por lo tanto, se utiliza en química para referirse a las reacciones que absorben energía. Estas reacciones no ocurren de forma espontánea, sino que requieren aporte de energía.

Cuando las reacciones endotérmicas absorben energía, se produce una caída de la temperatura durante la reacción. También se caracterizan por el aumento de la entalpía (+ ΔH), que es una magnitud que indica el contenido de calor.

Un ejemplo común de reacción endotérmica es la fotosíntesis. En este proceso, las plantas absorben la energía lumínica y convierten el dióxido de carbono y el agua en oxígeno y glucosa, un nutriente para las plantas. Para producir un kilogramo de glucosa, esta reacción requiere una gran cantidad de energía, que aporta la luz del sol.

Qué son las reacciones exotérmicas

La palabra exotérmica deriva de las raíces griegas exo, que quiere decir «hacia afuera» y thermos, que significa «calor».​ En las reacciones químicas exotérmicas se libera energía en forma de calor. En el caso de las explosiones también se emite energía cinética.

Las reacciones exotérmicas se pueden producir de manera espontánea. Asimismo, tienen una mayor entropía (ΔS> 0) y una disminución de la entalpía (ΔH <0). Las reacciones exotérmicas también pueden ser explosivas.

Un ejemplo de reacción exotérmica común es la combustión que se produce al encender una cerilla o leña.

Ejemplos de reacciones endotérmicas y exotérmicas

Algunos ejemplos de reacciones endotérmicas son:

• La disolución de cloruro de amonio (NH₄Cl) en agua.
• La evaporación del agua líquida.
• Derretir hielo.
• La descomposición del agua en hidrógeno (H) y oxígeno (O).
• La producción de ozono (O₃).
• La descomposición del dióxido de carbono (CO₂) en carbono y oxígeno.
• La descomposición de las proteínas por acción del calor.
• La descomposición del carbonato de calcio (CaCO₃).
• La reacción del cloruro de hidrógeno (HCl) con aluminio para producir hidrógeno.

Algunos ejemplos de reacciones exotérmicas son:

• La mezcla de sodio y cloro para producir sal de mesa.
• La combustión de la madera, el carbón y el petróleo.
• La reacción de termita.
• La mezcla de un ácido y una base.
• La respiración.
• La fisión nuclear.
• La corrosión del metal.
• Disolver un ácido en agua.
• La condensación del vapor de agua.
• La reacción de metales con halógenos u oxígeno.

Experimentos de reacciones endotérmicas y exotérmicas

Para comprender aún mejor cómo se producen las reacciones endotérmicas y exotérmicas y cómo se absorbe y libera la energía en forma de calor, se pueden realizar los siguientes experimentos.

Experimentos de reacciones endotérmicas

Experimento con vinagre

Materiales

• Vinagre o zumo de limón
• Bicarbonato de sodio
• Vaso de precipitado
• Termómetro de laboratorio

Preparación: colocar un poco de vinagre en un vaso de precipitado e introducir el termómetro. Esperar 5 minutos hasta que se estabilice la temperatura. Después añadir pequeñas cucharadas de bicarbonato de sodio. Observar cómo la mezcla absorbe calor y se reduce la temperatura.

Experimento con ácido muriático

Para realizar este experimento es importante tener precaución con el manejo de los materiales.

Materiales:

Ácido muriático (ácido clorhídrico) al 25%

Bicarbonato de sodio

Termómetro de laboratorio

Preparación: colocar un poco de ácido clorhídrico en un recipiente. Añadir unas cucharadas pequeñas de bicarbonato de sodio. Observar cómo se produce la reacción absorbiendo calor y disminuyendo la temperatura hasta algunos grados bajo cero.

Experimentos de reacciones exotérmicas

Experimento de la espuma

• Materiales:
  • Agua oxigenada (peróxido de hidrógeno H₂O₂)
  • Yoduro de potasio (Kl)
  • Recipiente
• Preparación: primero, poner el agua oxigenada en el recipiente. Después, añadirle el yoduro de potasio. Esperar unos segundos y observar cómo se desarrolla la reacción química.

Las reacciones químicas transcurren a cierta velocidad, lo cual se denomina cinética de la reacción. Algunos compuestos pueden aumentar la velocidad de la reacción o disminuirla. A estas sustancias se las denomina catalizadores e inhibidores, respectivamente. Al mezclar el agua oxigenada con el yoduro de potasio, comenzó la reacción de descomposición del peróxido de hidrógeno. Como resultado, se producen burbujas de oxígeno.

Experimento del hielo caliente

• Materiales:
  • Vinagre
  • Bicarbonato de sodio
  • Cazo
  • Recipiente de vidrio con tapa (resistente al calor)
  • Plato
• Preparación: a medio litro de vinagre agregarle 2 cucharadas de bicarbonato de sodio lentamente. Esta mezcla producirá un efecto efervescente. Cuando termine la efervescencia, poner a hervir la mezcla en un cazo durante hora, a temperatura moderada, hasta que se empiece a formar una costra sobre la superficie líquida. Retirar del fuego y verter el líquido restante, que ahora es acetato de sodio, en el recipiente de vidrio. Taparlo bien y dejarlo enfriar en el frigorífico durante media hora. Raspar con una cuchara los cristales que hayan quedado en el borde y el fondo del cazo. Colocarlos en un plato. Después de la media hora, retirar el recipiente de vidrio del frigorífico con cuidado y destaparlo. Tomar algunos cristales del plato y echarlos en el líquido. Observar cómo se cristaliza el líquido y se vuelve caliente.

Al mezclar el vinagre y el bicarbonato de sodio ocurre una reacción en la cual se libera dióxido de carbono en forma de burbujas y se produce acetato de sodio en estado líquido. Al hervir la mezcla, el agua se evapora y queda una disolución que se solidifica a menos de 54°C. Al enfriar rápidamente la mezcla, la disolución se mantiene en estado líquido aunque esté a una temperatura menor que su punto de solidificación. Como queda en un estado inestable, cualquier interferencia, como la que sucede al echar los cristales, modifica el orden de las moléculas, causando la cristalización y se libera calor. Esto produce el efecto del hielo caliente.

Bibliografía

• Varios autores. Enseñar química. De las sustancias a la reacción química. (2020). España. Editorial Grao.
• Sykes, P. Mecanismos de reacción en Química Orgánica. (2009). España. Editorial Reverté.
• Levenspiel, O. Ingeniería De Las Reacciones Químicas. (2009). España. Editorial Reverté.