Energía Química

La energía química es un tipo de energía potencial que se encuentra contenida en los enlaces que forman compuestos químicos. Esta energía depende de la unión entre los componentes de una sustancia química, los cuales al reaccionar, son capaces de liberar energía en forma de calor.

La ciencia describe la energía química como el potencial de un compuesto a romper o formar enlaces a nivel atómico y con ello, generar un cambio térmico a su alrededor a través de una reacción exotérmica o endotérmica.

Cualquier reacción que dé como resultado la transformación de un compuesto químico en otro, se considera una forma de energía química. Por eso, la descomposición de la materia orgánica o la quema de combustibles fósiles es una manera sencilla de ver cómo funciona la energía química.

La energía química juega un papel fundamental en cómo funciona la vida a nivel celular. Desde la fotosíntesis de las plantas hasta la energía que permite a los animales realizar trabaja muscular, la energía química es la que hace posible que todos estos procesos puedan llevarse a cabo.

Ejemplos de energía química

Como recién explicamos, hay muchos ejemplos de energía química en el mundo a todas sus escalas. Por eso vamos a proceder a explicar algunos de los más importantes:

La fotosíntesis


La fotosíntesis es un ejemplo de cómo las plantas producen energía química para su supervivencia. Este proceso permite transformar la energía de la luz del sol en energía química. Esta energía se almacena en forma de enlaces de carbono que pueden ser utilizados posteriormente por las células vegetales para llevar a cabo todas sus funciones vitales.

La respiración de los seres vivos


La respiración celular es el proceso que lleva a cabo el cuerpo de muchos seres vivos como los seres humanos para romper los enlaces de las moléculas de glucosa. Al romper estos enlaces se libera energía química que el organismo aprovecha para formar moléculas de ATP y posteriormente producir energía utilizable para las funciones vitales del cuerpo.

Los combustibles fósiles


Los combustibles fósiles derivados del petróleo pueden quemarse para liberar energía en forma de calor o luz. De hecho, este proceso se lleva a cabo en las plantas de refinación para transformar los compuestos químicos del petróleo en otros compuestos derivados del mismo. Tal es el caso del gasoil, la gasolina y otros más.

Las baterías


Cuando se conecta una batería a un circuito, se genera una reacción química entre las sustancias que se encuentran dentro de la misma. Esto da como consecuencia que la energía química almacenada dentro de la batería se transforme en energía eléctrica.

La descomposición de la materia orgánica


Cuando un ser vivo muere, empieza la descomposición de su materia orgánica. Durante este proceso, la energía almacena en forma de enlaces químicos empieza a ser aprovechada por las bacterias y organismos microscópicos que se encuentran en el ambiente.

Los alimentos


Los alimentos que ingieren los seres vivos son pasados por un proceso de descomposición que permite separarlos en compuestos más pequeños que almacenan energía química. Estos compuestos luego son utilizados por las células para absorber su energía química y utilizarla para todo tipo de tareas.

La bioluminiscencia


Algunos animales y organismos vivos como las luciérnagas son capaces de producir luz a través de sus propios cuerpos. Este fenómeno se conoce como bioluminiscencia, y es el resultado de la transformación de energía química almacenada en energía luminosa.

Cómo se produce la energía química

La energía química se produce cuando cualquier sustancia o materia presenta un cambio a nivel molecular. Cuando esto sucede, se libera energía química en forma de calor, luz u otra forma de energía. Además, debido a la ley de conservación de la energía, cuando una sustancia libera su energía química, tiende a formar otro tipo de sustancia derivada de la reacción. Tal es el caso de la descomposición de la materia orgánica o el petróleo y los hidrocarburos derivados de él.

Cómo funciona

A pesar de que la energía química se encuentra en casi todo lo que nos rodea, por eso la ciencia ha empezado a comprenderla y aprovecharla de forma reciente. Gracias a los estudios de los últimos dos siglos hemos podido aprender cómo funciona la energía química y cuáles son sus características.

  • Energía potencial en forma de energía química: La energía química antes de ser liberada a través de cualquier reacción química se almacena en la materia o los compuestos en forma de energía potencial.
  • Reacciones químicas: Las reacciones químicas que pueda sufrir la materia da como resultado el rompimiento de los enlaces químicos de sus moléculas. Cuando esto ocurre se absorbe o se libera energía a nivel atómico por parte de la materia para que ésta vuelva a alcanzar su equilibrio químico.
  • Liberación de energía: Cuando se libera la energía química como consecuencia de la separación de los enlaces químicos, esta energía se manifiesta en forma de otras energías como energía eléctrica, energía luminosa, energía térmica y otras.
  • Reacciones exotérmicas: Si un proceso químico da como resultado la liberación de calor, se habla de que la energía química liberada ha sido consecuencia de una reacción exotérmica.
  • Reacciones endotérmicas: Al contrario del caso anterior, si un proceso químico hace que la materia absorba calor del exterior, se habla de una reacción endotérmica.

Usos

Los usos de la energía química son muchos, ya que tanto el hombre como la naturaleza emplean la energía contenida en la materia para múltiples fines. A continuación repasamos algunos de los más significativos:

Refinería de petróleo.
  1. En la producción de energía eléctrica de forma convencional se utiliza el calor liberado de la energía química quemar combustibles fósiles para hacer funcionar la central.
  2. Los automóviles, embarcaciones, aviones y muchos medios de transporte que utilizan motores de combustión se hace uso de la energía química.
  3. El cuerpo humano utiliza la energía química de los alimentos para llevar a cabo todos sus procesos vitales a nivel celular.
  4. Las centrales nucleares aprovechan la energía química liberada de la fisión nuclear para producir energía eléctrica.
  5. En la producción de derivados del petróleo se libera energía química almacenada en el petróleo para producir otros derivados de uso industrial y regular como la gasolina, el gasoil, algunos tipos de plásticos y más.
  6. Algunas empresas producen alimentos instantáneos dentro de envoltorios especiales que calientan la comida con tan solo agitarla o deformar el recipiente. Esto se debe a que los recipientes poseen propiedades especiales que generan reacciones exotérmicas capaces de calentar los alimentos.

Ventajas y desventajas

La energía química trae consigo una serie de ventajas y desventajas que a continuación pasamos a detallar:

Ventajas

  • Se trata de un tipo de energía abundante, ya que el petróleo y la materia orgánica que se encuentra en la naturaleza representa una fuente de energía química aprovechable para el ser humano.
  • Permite obtener otras formas de energía como la energía lumínica, calórica, mecánica y eléctrica, por lo que resulta tan versátil como útil para la sociedad.
  • La energía química posee un gran rendimiento, ya que no se necesita de mucha materia para aprovechar la energía contenida por sus moléculas.
  • Hace posible la obtención de nuevas sustancias y materiales útiles, ya que las reacciones químicas modifican la materia.
  • Es económica y fácil de aprovechar debido a su abundancia en el planeta tierra.
  • Permite obtener biocombustibles amigables con el medio ambiente a partir de los materiales de desecho.
  • Hace posible el uso de los medios de transporte con motores de combustión, uno de los inventos más importantes de la humanidad.
  • Es de fácil almacenaje, ya que la energía química es un tipo de energía potencial que se contiene a nivel molecular en casi cualquier sustancia o materia.

Desventajas

  • Uno de los principales problemas de la quema de combustibles fósiles para aprovechar su energía química es su efecto negativo sobre el medio ambiente. Este tipo de procesos químicos libera sustancias tóxicas a la atmósfera que son perjudiciales para la naturaleza y la vida en general.
  • Los métodos para producir biocombustibles amigables con la naturaleza son sumamente costosos en muchos países. Esto se debe a que su producción se lleva a cabo por medio de una tecnología relativamente nueva.
  • La producción de energía eléctrica en las centrales eléctricas convencionales necesitan constante inversión económica para su funcionamiento, ya que su operatividad depende de la existencia de combustibles fósiles y mantenimiento de las instalaciones y quipos.
  • La energía química no es renovable, por lo que su uso implica el consumo de materia que no puede recuperarse después de ser utilizada.
  • La energía eléctrica producida en centrales nucleares producen residuos radioactivos que pueden causar un gran impacto negativo en el medio ambiente si no se tratan con el debido cuidado.

Fórmula matemática

En el campo de la ingeniería se suele calcular la energía química por combustión a través de las siguientes fórmulas matemáticas.

  1. Materiales líquidos y sólidos
\[Q= Pc* m\]
  1. Combustibles gaseosos
\[Q= Pc* v\]

En esta ecuación:

  • Q= Energía química por combustión.
  • Pc= Poder calorífico (en el caso de los materiales líquidos y sólidos se representa en Kcal/Kg, mientras que en los combustibles gaseosos se utiliza Kcal/m3).
  • m= Masa del líquido o sólido (Kg).
  • v= Volumen del gas (m3).