Diferencias entre reacciones exotérmicas y endotérmicas (ejemplos)

Las reacciones exotérmicas y endotérmicas se diferencian en que las primeras liberan energía térmica, mientras que las segundas la absorben, según los cambios de calor que ocurran durante las reacciones químicas.

De igual forma, en las reacciones químicas pueden estar involucrados otros tipos de energía, ya que en ocasiones durante la reacción se produce energía luminosa, energía sonora e inclusive energía eléctrica.

Para tomar en cuenta no solo el calor, sino otros tipos de energía, las reacciones químicas se clasifican en exergónicas y endergónicas. Una reacción exergónica libera energía al producirse, mientras que una endergónica la absorbe.

En este caso, una reacción exotérmica es también una reacción exergónica, pues libera calor. Uno de los ejemplos más familiares es la combustión. Cada vez que se quema un trozo de madera se liberan energía calórica y luminosa.

Por su parte, una de las reacciones químicas endergónicas más conocidas ocurre al derretir un cubo de hielo, ya que el hielo absorbe energía térmica del entorno para transformarse en agua líquida.

Una reacción exotérmica puede ocurrir espontáneamente, aunque a veces se necesita hacer algo de trabajo para que comience. Sin embargo, para que se produzca una reacción endotérmica siempre es necesario que el entorno haga un trabajo sobre el sistema.

Reacciones exotérmicas

Definición

Tipo de reacción química que libera calor cuando se lleva a cabo.

Procedencia de la energía

El mismo sistema proporciona la energía para que ocurra la reacción.

Temperatura

Tras la reacción se produce un aumento de la temperatura.

Energía potencial

Cuando ocurre una reacción química entre los reactivos, se rompen enlaces entre ellos y se forman otros para crear nuevas moléculas. Pero no todos los enlaces unen átomos y moléculas con la misma fuerza, por lo tanto, la energía para romper o crear cada enlace es diferente.

Durante cada reacción se rompen y crean distintos números de enlaces, así que la energía es diferente. En una reacción exotérmica, la energía potencial de los reactivos es mayor que la de los productos, y dado que la energía se conserva, el exceso se libera como calor.

Cambio de energía interna

La energía interna se relaciona con la capacidad del sistema para realizar trabajo, e incluye su energía potencial y su energía cinética. No se determina la energía absoluta del sistema, sino su variación, llamada ΔU.

De acuerdo con lo dicho en el apartado anterior, el cambio de energía interna ΔU es negativo.

ΔU = Energía interna final – Energía interna inicial 0

Producción

La mayoría de las reacciones exotérmicas son espontáneas, es decir, que transcurren por sí mismas, sin necesidad de añadir energía externa, hasta que los reactivos se agotan.

Ejemplos 

Normalmente, las reacciones de oxidación y las que conllevan a la formación de compuestos, suelen ser reacciones exotérmicas:

1. Disolver detergente en agua

Al disolver polvo de lavar ropa en un poco de agua fría, se siente tibio al tocarlo.

2. La respiración celular

En animales y plantas, se lleva a cabo el proceso de la respiración celular como parte del ciclo del carbono. La respiración utiliza glucosa y oxígeno para devolver dióxido de carbono, agua y energía, según la reacción:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + H₂O + energía (ATP)

3. Una vela encendida

Además de luz, una vela encendida desprende calor y otras sustancias:

Vela encendida + oxígeno → agua + dióxido de carbono + luz y calor

4. El escarabajo bombardero

Este insecto se defiende rociando un aerosol sobre sus depredadores. El escarabajo guarda fluidos y enzimas en unos compartimientos separados, situados en su abdomen.

Cuando se ve amenazado, expulsa los fluidos hacia el compartimiento de las enzimas y se produce una reacción química que genera vapor y calor, actuando como repelente de los posibles depredadores.

5. Lana de acero y vinagre

Un metal como el hierro se oxida lentamente al reaccionar con el medio, pero si se agrega vinagre a un poco de lana de acero, se observa que la oxidación es mucho más rápida y a la vez genera calor.

Reacciones endotérmicas

Definición

Reacciones en las cuales los reactivos necesitan absorber energía térmica para que se obtengan los productos.

Procedencia de la energía

La energía necesaria para que la reacción se lleve a cabo procede del entorno.

Temperatura

La reacción endotérmica conlleva una disminución de la temperatura.

Energía potencial

A diferencia de lo que ocurre con una reacción exotérmica, la energía de los reactivos es menor que la energía de los productos.

Cambio de energía interna

En una reacción endotérmica, el cambio de energía interna ΔE es positivo.

ΔE = Energía final – Energía inicial > 0

Por lo tanto, la energía final es mayor que la inicial.

Producción

Las reacciones endotérmicas requieren que se haga trabajo sobre el sistema, así que no suelen ser espontáneas.

Sin embargo, hay algunas reacciones endotérmicas, como el derretimiento del hielo y la evaporación de ciertos líquidos, que son espontáneas a temperatura ambiente.

Se concluye entonces que la temperatura del entorno es un factor determinante en la espontaneidad de una reacción química.

Ejemplos 

Muchas de las reacciones que involucran disolución de sales y, en general, descomposición de sustancias, suelen ser endotérmicas. De igual manera, el paso del hielo al agua líquida, y de agua líquida a vapor, es decir, las transformaciones de estado, también son reacciones endotérmicas.

1. La fotosíntesis

Las plantas llevan a cabo una reacción química en presencia de la luz solar, en la que convierten dióxido de carbono y agua en glucosa y oxígeno. La clorofila es la molécula clave en este proceso, cuya reacción química es:

Luz + 6CO₂ + H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂

Como se puede observar, es la reacción inversa de la respiración. Para producir un kilogramo de glucosa, hacen falta 15 mega julios de energía solar.

2. Hervir agua y cocinar

Una reacción muy común, que requiere energía para proceder, es hervir agua:

H₂O (líquida) + Energía → H₂O (vapor)

Los alimentos normalmente requieren agua para su cocción, y de igual forma el agua que contienen debe evaporarse para cocinarlos, lo cual involucra un cambio de estado.

3. Derretir el hielo

Del mismo modo, es común que el hielo se derrita a temperatura ambiente, si esta es mayor a 0° C:

H₂O (sólida) + Energía → H₂O (líquida)

Por ello, la bebida se enfría al agregarle hielo, ya que este absorbe del líquido la energía necesaria para cambiar de estado.

4. Las bolsas frías

Se utilizan para tratar contusiones y golpes. Contienen agua y un sobre con cloruro de amonio. Cuando se le da unos golpecitos a la bolsa, el sobre se rompe y la reacción del cloruro de amonio con el agua, que es endotérmica, enfría la bolsa y alivia el dolor.

5. Producción de ozono

La radiación ultravioleta procedente del Sol convierte el oxígeno en ozono, liberando calor en el proceso.

3O₂ (gas) + luz ultravioleta → 2O₃ (gas)

Referencias

1. ByJu’s. Difference Between Endothermic and Exothermic Reactions. Recuperado de byjus.com
2. Chang, R. (2013). Química. 11va. Edición. McGraw Hill Educación.
3. Greelane. Reacciones exotérmicas para calentar las cosas. Recuperado de: greelane.com.
4. Hein, M. (2014). Foundations of College Chemistry. Wiley.
5. Helmenstine, A. Understanding Endothermic and Exothermic Reactions. Recuperado de: thoughtco.com