L'energia de reacció, també coneguda com a entalpia de reacció, es refereix al canvi d'energia que passa durant una reacció química o física.
Tota reacció química implica la ruptura d'enllaços químics als reactius i la formació de nous enllaços als productes. Aquests canvis als enllaços estan acompanyats per un canvi a l'energia.
L'energia de reacció pot ser alliberada (exotèrmica) o absorbida (endotèrmica) durant la reacció.
Energia en reaccions exotèrmiques
En una reacció exotèrmica, l'energia dels productes és més petita que la dels reactius. Això vol dir que la reacció allibera energia en forma de calor.
Exemple
Un exemple comú duna reacció exotèrmica és la combustió. Quan cremem un tros de fusta, per exemple, l'energia alliberada en forma de calor fa que la fusta es cremi i produeixi diòxid de carboni i aigua com a productes.
Energia en reaccions endotèrmiques
D'altra banda, les reaccions endotèrmiques absorbeixen energia de l'entorn i, per tant, l'energia dels productes és més gran que la dels reactius.
Exemple
Un exemple d'una reacció endotèrmica és la fotosíntesi a les plantes. Durant la fotosíntesi, les plantes absorbeixen energia de la llum solar per convertir diòxid de carboni i aigua en glucosa i oxigen.
Exemples i aplicacions de lenergia de reacció
L'energia de reacció té un impacte significatiu a la nostra vida quotidiana ia moltes indústries. Alguns exemples notables inclouen:
-
Generació d'energia: La majoria de les centrals elèctriques del món utilitzen reaccions exotèrmiques, com ara la combustió de combustibles fòssils o la fissió nuclear, per generar electricitat.
-
Indústria química: La síntesi de productes químics, la producció de materials i la fabricació de productes farmacèutics depenen en gran mesura de reaccions químiques que alliberen o absorbeixen energia.
-
Transport: Els motors de combustió interna en automòbils i avions funcionen mitjançant reaccions exotèrmiques per propulsar vehicles i aeronaus.
-
Cuina i alimentació: La cocció d'aliments, com rostir carn o cuinar pa, involucra reaccions exotèrmiques que milloren el sabor i la textura dels aliments.
-
Refrigeració i climatització: Els sistemes daire condicionat i les bombes de calor utilitzen reaccions endotèrmiques per refredar o escalfar espais.
Importància de lenergia de reacció
La importància de l'energia de reacció a la física i la química és significativa i fonamental en ambdós camps.
A continuació, es descriuen les raons de la seva rellevància en les dues disciplines:
Importància en química
Termodinàmica química
Les reaccions químiques sestudien en termes dentalpia de reacció, que és la quantitat denergia transferida durant una reacció.
Això permet comprendre si una reacció és exotèrmica (llibera calor) o endotèrmica (absorbeix calor), cosa que té implicacions fonamentals per al disseny de processos químics i l'optimització de reaccions.
Disseny de processos i síntesi de compostos
A la indústria química, l'optimització de processos, la síntesi de compostos i la seguretat en el maneig de substàncies químiques depenen en gran mesura de la comprensió de l'energia de reacció.
Això afecta l'eficiència de la producció, la selecció de reactants i les condicions de reacció.
Estabilitat i transformacions moleculars
L'estabilitat de molècules i compostos químics i les transformacions moleculars estan relacionades amb l'energia de reacció.
La informació sobre l'energia de reacció permet preveure si una molècula és estable o pot patir transformacions químiques.
Importància en física
Termodinàmica
L'energia de reacció és fonamental per comprendre conceptes com la primera i la segona llei de la termodinàmica, així com el treball, la calor i l'energia interna dels sistemes físics.
Energia nuclear
A la física nuclear i l'energia nuclear, l'energia de reacció és fonamental per entendre la fissió i la fusió nuclear. Aquests processos en què es divideixen i fusionen àtoms són crucials en la generació d'energia a centrals nuclears i la comprensió dels processos estel·lars a l'univers.
Dinàmica de partícules i col·lisions
A la física de partícules i la mecànica clàssica, l'energia de reacció s'utilitza per calcular les energies cinètiques i potencials de partícules abans i després de col·lisions i reaccions.
El comportament de partícules subatòmiques i macroscòpiques depèn daquest tipus denergia.
Efectes terrestres i atmosfèrics
L'energia de reacció també és rellevant en la física de l'atmosfera i en els processos geofísics, ja que ajuda a explicar fenòmens com l'alliberament d'energia en terratrèmols o la formació de tempestes.
Energia de reacció a la fissió nuclear
La fissió nuclear és el procés en què un nucli atòmic es divideix en dos o més nuclis més petits, alliberant una quantitat significativa denergia en el procés.
Aquesta energia alliberada prové de la conversió d'una petita part de la massa dels nuclis involucrats en energia, segons la famosa equació d'Albert Einstein, E=mc 2 .
Quan un nucli pesant, com l'urani-235 o el plutoni-239, se sotmet a una reacció de fissió, es bombardeja amb neutrons que causen la ruptura del nucli en fragments més lleugers, generalment nuclis de bari, criptó, i altres.
L'energia de reacció a la fissió nuclear fa referència a la diferència entre l'energia total dels productes de fissió i l'energia total dels reactants, que inclouen el nucli original i els neutrons incidents. Aquesta diferència denergia, que és equivalent a la pèrdua de massa en el procés, sallibera principalment en forma denergia cinètica dels fragments de fissió i els neutrons expulsats, així com en forma de radiació gamma.
Centrals nuclears i bombes atòmiques
Aquest alliberament denergia en una reacció de fissió nuclear és el que la fa valuosa per a la generació denergia en reactors nuclears, ja que pot utilitzar-se per produir calor i generar electricitat a través de processos descalfament daigua i producció de vapor.
A més, la fissió nuclear també té aplicacions en la fabricació d'armes nuclears com ara la bomba atòmica.
Relació amb lenergia dactivació
L'energia de reacció i l'energia d'activació estan relacionades intrínsecament en el context de les reaccions químiques.
L'energia de reacció fa referència al canvi net en l'energia que passa durant una reacció química, és a dir, la diferència entre l'energia dels productes i l'energia dels reactants. Per altra banda, lenergia dactivació és lenergia mínima requerida perquè la reacció química pugui tenir lloc.
En essència, lenergia dactivació representa la barrera energètica que els reactants han de superar per convertir-se en productes. Perquè una reacció passi, els reactants han de primer adquirir suficient energia cinètica per superar aquesta barrera, cosa que els permet arribar a un estat de transició en què els enllaços químics es trenquen i es formen nous enllaços.
Quan se supera lenergia dactivació, la reacció procedeix i allibera o absorbeix energia, el que es reflecteix en lenergia de reacció.
