Proceso exotérmico

En termodinámica , un proceso exotérmico (del griego antiguo έξω ( éxō )  'hacia afuera' y θερμικός ( thermikós )  'térmico') ^[1] es un proceso o reacción termodinámica que libera energía del sistema a sus alrededores , ^[2] generalmente en forma de calor , pero también en forma de luz (por ejemplo, una chispa, llama o destello), electricidad (por ejemplo, una batería) o sonido (por ejemplo, explosión que se escucha al quemar hidrógeno). El término exotérmico fue acuñado por primera vez por el químico francés del siglo XIX Marcellin Berthelot . ^[3]

Lo opuesto a un proceso exotérmico es un proceso endotérmico , uno que absorbe energía, generalmente en forma de calor. ^[2] El concepto se aplica con frecuencia en las ciencias físicas a las reacciones químicas donde la energía del enlace químico se convierte en energía térmica (calor).

Exotérmico y endotérmico describen dos tipos de reacciones o sistemas químicos que se encuentran en la naturaleza, como sigue:

Una reacción exotérmica ocurre cuando se libera calor al entorno. Según la IUPAC , una reacción exotérmica es "una reacción para la cual el cambio de entalpía estándar general Δ H ⚬ es negativo". ^[4] Algunos ejemplos de procesos exotérmicos son la combustión de combustible , la condensación y la fisión nuclear , ^[5] que se utiliza en las centrales nucleares para liberar grandes cantidades de energía. ^[6]

En una reacción o sistema endotérmico , la energía se toma del entorno en el curso de la reacción, generalmente impulsada por un aumento favorable de la entropía en el sistema. ^[7] Un ejemplo de una reacción endotérmica es una compresa fría de primeros auxilios, en la que la reacción de dos sustancias químicas, o la disolución de una en otra, requiere calorías del entorno, y la reacción enfría la bolsa y el entorno al absorber calor de ellos. ^[8]

La fotosíntesis , el proceso que permite a las plantas convertir el dióxido de carbono y el agua en azúcar y oxígeno, es un proceso endotérmico: las plantas absorben la energía radiante del sol y la utilizan en un proceso endotérmico, que de otro modo no sería espontáneo. La energía química almacenada puede liberarse mediante el proceso inverso (espontáneo): la combustión del azúcar, que produce dióxido de carbono, agua y calor (energía radiante). ^[9]

Exotérmica se refiere a una transformación en la que un sistema cerrado libera energía (calor) al entorno, expresada por

${\displaystyle Q>0.}$

Cuando la transformación ocurre a presión constante y sin intercambio de energía eléctrica , el calor Q es igual al cambio de entalpía , es decir

${\displaystyle \Delta H<0,}$^[10]

mientras que a volumen constante , según la primera ley de la termodinámica es igual al cambio de energía interna ( U ), es decir

${\displaystyle \Delta U=Q+0>0.}$

En un sistema adiabático (es decir, un sistema que no intercambia calor con el entorno), un proceso que de otro modo sería exotérmico da como resultado un aumento de la temperatura del sistema. ^[11]

En las reacciones químicas exotérmicas, el calor que se libera por la reacción toma la forma de energía electromagnética o energía cinética de las moléculas. ^[12] La transición de los electrones de un nivel de energía cuántica a otro hace que se libere luz. Esta luz es equivalente en energía a parte de la energía de estabilización de la energía para la reacción química, es decir, la energía de enlace . Esta luz que se libera puede ser absorbida por otras moléculas en solución para dar lugar a traslaciones y rotaciones moleculares, lo que da lugar a la comprensión clásica del calor. En una reacción exotérmica, la energía de activación (energía necesaria para iniciar la reacción) es menor que la energía que se libera posteriormente, por lo que hay una liberación neta de energía. ^[13]

Algunos ejemplos de procesos exotérmicos son: ^[14]

• Combustión de combustibles como madera , carbón y petróleo .​
• La reacción de la termita ^[15]
• La reacción de los metales alcalinos y otros metales altamente electropositivos con el agua.
• Condensación de la lluvia a partir del vapor de agua.
• Mezcla de agua y ácidos fuertes o bases fuertes
• La reacción de ácidos y bases.
• Deshidratación de carbohidratos mediante ácido sulfúrico
• El fraguado del cemento y del hormigón
• Algunas reacciones de polimerización como el fraguado de resina epoxi.
• La reacción de la mayoría de los metales con halógenos u oxígeno.
• Fusión nuclear en bombas de hidrógeno y en núcleos estelares (para formar hierro)
• Fisión nuclear de elementos pesados
• La reacción entre el zinc y el ácido clorhídrico.
• Respiración (descomposición de la glucosa para liberar energía en las células)

Las reacciones químicas exotérmicas son generalmente más espontáneas que sus contrapartes, las reacciones endotérmicas . ^[16]

En una reacción termoquímica que es exotérmica, el calor puede figurar entre los productos de la reacción.

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• Observar reacciones exotérmicas en un experimento sencillo Archivado el 22 de mayo de 2006 en Wayback Machine.