Energía química

La energía química es la energía de las sustancias químicas que se libera cuando las sustancias experimentan una reacción química y se transforman en otras sustancias. Algunos ejemplos de medios de almacenamiento de energía química incluyen baterías, ^[1] alimentos y gasolina (así como gas oxígeno, que tiene alta energía química debido a su doble enlace relativamente débil ^[2] e indispensable para la liberación de energía química en la combustión de gasolina). ^{[3] [4]} Romper y rehacer enlaces químicos implica energía , que puede ser absorbida por un sistema químico o evolucionar a partir de él. Si los reactivos con enlaces de pares de electrones relativamente débiles se convierten en productos con enlaces más fuertes, se libera energía. ^[5] Por lo tanto, las moléculas con enlaces relativamente débiles e inestables almacenan energía química. ^[2]

La energía que se puede liberar o absorber debido a una reacción entre sustancias químicas es igual a la diferencia entre el contenido energético de los productos y los reactivos, si la temperatura inicial y final es la misma. Este cambio de energía se puede estimar a partir de las energías de enlace de los reactivos y productos. También se puede calcular a partir de , la energía interna de formación de las moléculas de reactivo , y , la energía interna de formación de las moléculas de producto. El cambio de energía interna de un proceso químico es igual al calor intercambiado si se mide en condiciones de volumen constante e igual temperatura inicial y final, como en un recipiente cerrado como un calorímetro de bomba . Sin embargo, en condiciones de presión constante, como en las reacciones en recipientes abiertos a la atmósfera, el cambio de calor medido no siempre es igual al cambio de energía interna, porque el trabajo presión-volumen también libera o absorbe energía. (El cambio de calor a presión constante es igual al cambio de entalpía , en este caso la entalpía de reacción , si las temperaturas inicial y final son iguales).${\displaystyle \Delta {U_{f}^{\circ }}_{\mathrm {reactivos} }}$${\displaystyle \Delta {U_{f}^{\circ }}_{\mathrm {productos} }}$

Un término relacionado es el calor de combustión , que es la energía principalmente de los enlaces dobles débiles del oxígeno molecular ^{[4] [6]} liberados debido a una reacción de combustión y que a menudo se aplica en el estudio de los combustibles . Los alimentos son similares a los combustibles de hidrocarburos y carbohidratos, y cuando se oxidan a dióxido de carbono y agua, la energía liberada es análoga al calor de combustión (aunque se evalúa de manera diferente que para un combustible de hidrocarburos; consulte energía de los alimentos ).

La energía potencial química es una forma de energía potencial relacionada con la disposición estructural de los átomos o moléculas. Esta disposición puede ser el resultado de enlaces químicos dentro de una molécula o interacciones entre ellos. La energía química de una sustancia química se puede transformar en otras formas de energía mediante una reacción química . Por ejemplo, cuando se quema un combustible, la energía química del oxígeno molecular y del combustible se convierte en calor. ^[4] Las plantas verdes transforman la energía solar en energía química (principalmente de oxígeno) a través del proceso de fotosíntesis , y la energía eléctrica se puede convertir en energía química y viceversa a través de reacciones electroquímicas .

El término similar potencial químico se utiliza para indicar el potencial de una sustancia para sufrir un cambio de configuración, ya sea en forma de una reacción química, transporte espacial, intercambio de partículas con un depósito, etc. No es una forma de energía potencial en sí misma, sino que está más estrechamente relacionada con la energía libre . La confusión en la terminología surge del hecho de que en otras áreas de la física no dominadas por la entropía, toda la energía potencial está disponible para realizar un trabajo útil e impulsa al sistema a sufrir espontáneamente cambios de configuración, y por lo tanto no hay distinción entre energía potencial "libre" y "no libre" (de ahí la palabra "potencial"). Sin embargo, en sistemas de gran entropía como los sistemas químicos, la cantidad total de energía presente (y conservada de acuerdo con la primera ley de la termodinámica ) de la que esta energía potencial química es una parte, está separada de la cantidad de esa energía -energía libre termodinámica (de la que se deriva el potencial químico )- que (parece) impulsar el sistema hacia adelante espontáneamente a medida que aumenta la entropía global (de acuerdo con la segunda ley ).