Reacciones Químicas, Clasificación, Evidencias y Balanceo
Energía en las reacciones químicas
Al terminar vas a poder distinguir una reacción exotérmica de una endotérmica explicando de dónde sale la energía, leer un diagrama de energía con su energía de activación, y entender por qué un catalizador acelera sin aportar calor.
De dónde sale la energía de una reacción
Toda reacción hace dos cosas a la vez:
- Rompe los enlaces de los reactivos. Romper un enlace siempre cuesta energía.
- Forma los enlaces de los productos. Formar un enlace siempre libera energía.
Y el resultado depende de cuál de las dos es más grande. Esa es la idea central del tema, y con ella no hace falta memorizar nada:
- Si se libera más de lo que costó romper → sobra energía → la reacción calienta el entorno: es exotérmica.
- Si cuesta más romper de lo que se libera al formar → falta energía → la reacción la toma del entorno: es endotérmica.
Por qué romper cuesta y formar libera: un enlace existe porque los átomos unidos están en un estado de menor energía que separados. Para separarlos hay que levantarlos de ese pozo, o sea darles energía. Al formar el enlace, caen otra vez al pozo y sueltan la diferencia.
Reacciones exotérmicas
Liberan energía al entorno, en forma de calor y a veces luz. Los productos tienen menos energía que los reactivos.
Reactivos → Productos + energía
- Combustión: CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O + energía
- Neutralización de un ácido con una base.
- Oxidación del hierro — lenta, pero libera calor igual.
- Respiración celular, que es de donde el cuerpo saca su calor.
- Cal viva con agua: CaO + H₂O → Ca(OH)₂, que llega a hervir.
Cómo se siente: el recipiente se calienta.
Reacciones endotérmicas
Absorben energía del entorno. Los productos tienen más energía que los reactivos.
Reactivos + energía → Productos
- Electrólisis del agua: 2 H₂O + energía → 2 H₂ + O₂
- Fotosíntesis: 6 CO₂ + 6 H₂O + luz → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂
- Descomposición de la caliza: CaCO₃ + calor → CaO + CO₂
- Disolver nitrato de amonio en agua.
Cómo se siente: el recipiente se enfría, porque la reacción le está sacando calor a lo que tiene alrededor —incluida tu mano—. Ese es el principio de las compresas frías instantáneas: se rompe una bolsita interna, la sal se disuelve y el paquete se enfría solo.
Fijate en el patrón que ordena los ejemplos: las reacciones que arman moléculas grandes y complejas —fotosíntesis, electrólisis, descomposición— suelen ser endotérmicas; las que desarman moléculas complejas en simples —combustión, respiración— suelen ser exotérmicas. La energía se guarda al construir y se recupera al desarmar.
La energía de activación
Es la energía mínima que hay que darle a los reactivos para que la reacción arranque.
Y acá está la pregunta que el examen usa para separar respuestas: si una reacción es exotérmica y libera energía, ¿por qué hay que darle energía para que empiece?
Porque primero hay que romper los enlaces de los reactivos, y eso cuesta, aunque después se recupere con creces. La reacción tiene que subir una cuesta antes de bajar al otro lado.
El ejemplo que lo deja claro: un papel en la mano no arde solo, aunque su combustión sea exotérmica y libere mucha energía. Hace falta un fósforo. El fósforo no aporta la energía de la reacción: aporta la energía de activación, el empujón inicial. Una vez que arranca, el calor que ella misma libera alcanza para seguir, y por eso el fuego no se apaga al soltar el fósforo.
Cómo se lee el diagrama de energía
Un diagrama de energía pone la energía en el eje vertical y el avance de la reacción en el horizontal. Lo que se ve es una loma:
- El nivel de partida, a la izquierda: la energía de los reactivos.
- La cima de la loma: el punto de máxima energía, el complejo activado.
- El nivel de llegada, a la derecha: la energía de los productos.
Qué se lee de ahí:
- La energía de activación es la altura de la subida: de los reactivos hasta la cima.
- El tipo de reacción se lee comparando los dos extremos: si el nivel de llegada está más abajo que el de partida, sobró energía y es exotérmica; si está más arriba, es endotérmica.
- ΔH, el cambio de entalpía, es la diferencia entre llegada y partida: negativo en exotérmica —se perdió energía, se fue como calor— y positivo en endotérmica.
| Exotérmica | Endotérmica | |
|---|---|---|
| Energía | libera | absorbe |
| Productos | menos energía que reactivos | más energía |
| El recipiente | se calienta | se enfría |
| ΔH | negativo | positivo |
| En el diagrama | llegada más abajo | llegada más arriba |
El signo de ΔH no hay que memorizarlo: si el sistema perdió energía —la soltó como calor— el cambio es negativo, igual que cuando gastás plata.
El catalizador en el diagrama
Un catalizador es una sustancia que acelera la reacción y no se consume: al final está igual que al principio.
Cómo lo hace, que es lo que se pregunta: baja la energía de activación. Ofrece un camino distinto, una loma más baja, por la que a más partículas les alcanza la energía para pasar.
Y lo que NO hace, que es la otra mitad de la pregunta: no cambia la energía de los reactivos ni la de los productos, así que no cambia el ΔH ni convierte una reacción endotérmica en exotérmica. Solo baja la cima; los dos extremos quedan donde estaban.
Los catalizadores biológicos son las enzimas, y por eso el cuerpo puede hacer a 37 °C reacciones que en un laboratorio necesitarían mucho más calor.
Ejemplos resueltos
1. Al disolver una sal en agua, el vaso se enfría. ¿Qué tipo de reacción es? Endotérmica: el proceso está sacando calor del agua y del vaso.
2. En un diagrama, los reactivos están en 50 kJ, la cima en 120 kJ y los productos en 30 kJ. ¿Cuál es la energía de activación y qué tipo de reacción es?
- Energía de activación = cima − reactivos = 120 − 50 = 70 kJ.
- Los productos (30) están más abajo que los reactivos (50) → exotérmica.
- ΔH = 30 − 50 = −20 kJ, negativo, como corresponde.
3. Se le agrega un catalizador a la reacción anterior y la cima baja a 95 kJ. ¿Cambia el ΔH?
No. La energía de activación pasa a 95 − 50 = 45 kJ —la reacción va más rápido— pero reactivos y productos siguen en 50 y 30, así que ΔH sigue siendo −20 kJ.
Los errores que más se cobran
- Cruzar exo con endo. Exo saca calor: se calienta. Endo lo mete: se enfría.
- Creer que una reacción exotérmica no necesita energía para empezar. Necesita su energía de activación: el papel no arde solo.
- Decir que el catalizador aporta energía. Baja la energía de activación; no aporta nada y no se consume.
- Creer que el catalizador cambia el ΔH. Solo baja la cima; los extremos quedan igual.
- Equivocar el signo de ΔH. Negativo si libera, positivo si absorbe.
- Medir la energía de activación desde el suelo del diagrama. Se mide desde los reactivos hasta la cima, no desde cero.
Clave de análisis
Todo el tema sale de una sola cuenta: romper enlaces cuesta energía y formarlos la libera, así que si se libera más de lo que costó, la reacción es exotérmica y calienta; si cuesta más, es endotérmica y enfría. En el diagrama, comparás los dos extremos para saber de cuál se trata —llegada más abajo, exotérmica— y medís la altura de la subida desde los reactivos hasta la cima para la energía de activación, que es el empujón inicial que hace falta aunque la reacción después libere energía. Y del catalizador, dos cosas y ninguna más: baja la cima, y no toca los extremos — acelera la reacción sin cambiar cuánta energía se libera ni se absorbe.