La termoquímica y la energía renovable en nuestra vida.

L a t e r m o q u í m i c a y l a e n e r g í a r e n o v a b l e e n n u e s t r a v i d a .

jinio / 2023

E d i t o r i a l .

La termoquímica es la rama de la química que estudia las transformaciones de energía que acompañan a las reacciones químicas. Una de las aplicaciones más importantes de la termoquímica es la electroquímica, que se ocupa de los procesos en los que la energía eléctrica se convierte en energía química o viceversa. En este artículo, vamos a explorar algunos conceptos fundamentales de la electroquímica, como la electrólisis, el proceso de óxido reducción, las celdas electrolíticas, los calores de reacción, la entalpía, la entropía, la energía libre y las leyes de Faraday. También vamos a ver cómo la electroquímica tiene aplicaciones prácticas en el campo de las energías renovables, como la solar, la eólica, la geotérmica y la pila de combustible. Estas fuentes de energía alternativas son cada vez más necesarias para reducir el impacto ambiental de los combustibles fósiles y para satisfacer la creciente demanda de electricidad en el mundo.

Directorio. Comité editorial. Nelson Tapias

Autoridades Universitarias

DEISY YOHANA CHAVEZ ROPERO.

La química es una ciencia que estudia la materia y sus transformaciones. Una de las transformaciones más importantes que ocurren en la química es la reacción química, que es el proceso por el cual los átomos y las moléculas se combinan o se separan para formar nuevas sustancias. Las reacciones químicas implican cambios en la energía, que es la capacidad de hacer trabajo o generar calor. En este trabajo, vamos a explorar dos ramas de la química que se enfocan en el estudio de la energía y las reacciones químicas: la termoquímica y la electroquímica. Además, vamos a ver cómo estas disciplinas se aplican al campo de la energía renovable, que es una fuente de energía limpia y sostenible para el futuro.

¿Qué es la termo química?

La termoquímica es una rama de la química que estudia las relaciones entre la energía y las reacciones químicas. En otras palabras, se enfoca en cómo la energía se transfiere durante una reacción química y cómo esto afecta a los productos y reactantes involucrados.

Esta disciplina es fundamental para entender muchos procesos naturales y artificiales, desde la fotosíntesis hasta la combustión de combustibles fósiles. Además, la termoquímica nos permite calcular la cantidad de energía liberada o absorbida durante una reacción, lo que es clave para la industria química y farmacéutica.

Electrólisis: ¿Qué es y cómo funciona?

La electrólisis es un proceso químico que utiliza la electricidad para separar los componentes de una solución. Se realiza mediante la aplicación de una corriente eléctrica a través de la solución, lo que provoca la separación de los iones positivos y negativos presentes en ella. Los iones se mueven hacia los electrodos opuestos, donde se producen reacciones químicas que dan lugar a la formación de nuevos compuestos.

En términos sencillos, la electrólisis es como si utilizáramos un imán para separar las piezas de un rompecabezas. La electricidad actúa como el imán, atrayendo los iones hacia los electrodos opuestos y separándolos. Es un proceso muy útil en la industria química, ya que permite obtener compuestos puros a partir de mezclas complejas.

Proceso de óxidoreducción.

El proceso de óxido-reducción es una reacción química en la que un elemento pierde electrones (oxidación) mientras que otro elemento los gana (reducción). Este proceso es fundamental en la termoquímica, ya que muchas reacciones químicas implican cambios en la oxidación y reducción de los elementos involucrados.

Un ejemplo común de óxido-reducción es la combustión, donde el oxígeno se reduce mientras que el carbono se oxida. Otro ejemplo es la corrosión, donde los metales se oxidan y pierden electrones. En ambos casos, la energía liberada o absorbida durante la reacción puede ser medida y utilizada para entender mejor las propiedades termodinámicas del sistema.

Celdas electrolíticas.

Las celdas electrolíticas son dispositivos que utilizan energía eléctrica para llevar a cabo reacciones químicas no espontáneas. Estas celdas se componen de dos electrodos sumergidos en una solución electrolítica, que es un líquido capaz de conducir la electricidad. Cuando se aplica una corriente eléctrica a los electrodos, ocurren reacciones químicas que generan productos útiles.

Las celdas electrolíticas tienen diversas aplicaciones en la industria y en la vida cotidiana. Por ejemplo, se utilizan para la producción de metales puros a partir de sus minerales, como el aluminio y el cobre. También se utilizan en la fabricación de productos químicos, como el cloro y el hidróxido de sodio, y en la refinación de petróleo. Además, las celdas electrolíticas pueden utilizarse para la purificación del agua y en la producción de baterías recargables.

Reacciones de media celda.

Las reacciones de media celda son un componente clave en la termoquímica, ya que nos permiten medir la capacidad de una sustancia para ganar o perder electrones. Esto es importante porque muchas reacciones químicas implican la transferencia de electrones, y las reacciones de media celda nos ayudan a entender cómo se produce esta transferencia.

En la práctica, las reacciones de media celda se utilizan en una variedad de aplicaciones, desde la producción de energía eléctrica hasta la fabricación de productos químicos. Por ejemplo, las baterías recargables funcionan mediante reacciones de media celda, y los científicos pueden utilizar estas reacciones para sintetizar compuestos químicos específicos.

Reacciones exotérmicas y endotérmicas.

Las reacciones químicas pueden ser clasificadas en dos categorías: exotérmicas y endotérmicas. En una reacción exotérmica, se libera energía en forma de calor, mientras que en una reacción endotérmica, se absorbe energía en forma de calor.

La termoquímica se encarga del estudio de la transferencia de calor en las reacciones químicas, y por lo tanto, es importante comprender las diferencias entre las reacciones exotérmicas y endotérmicas. Las reacciones exotérmicas son comunes en procesos como la combustión, mientras que las endotérmicas se observan en procesos como la fotosíntesis. Además, la entalpía de una reacción (es decir, la cantidad de energía liberada o absorbida) puede ser calculada a partir de la diferencia entre la energía de los productos y los reactantes.

son los calores de reacción?.

Los calores de reacción son una medida de la cantidad de energía que se libera o absorbe durante una reacción química. Esta energía puede manifestarse en forma de calor, luz o sonido. Es importante entender los calores de reacción porque nos permiten predecir si una reacción será exotérmica (libera calor) o endotérmica (absorbe calor). Además, los calores de reacción son fundamentales para el diseño y optimización de procesos químicos en la industria.

Para calcular los calores de reacción, es necesario conocer las entalpías de los reactivos y productos involucrados en la reacción. La entalpía es una medida de la energía térmica contenida en un sistema. Si la entalpía de los productos es menor que la de los reactivos, la reacción liberará calor y será exotérmica. Si la entalpía de los productos es mayor que la de los reactivos, la reacción absorberá calor y será endotérmica. Por lo tanto, los calores de reacción son una herramienta fundamental para entender el comportamiento de las reacciones químicas. 13-

¿Qué

Transferencia de calor.

La transferencia de calor es un proceso fundamental en las reacciones químicas. Se produce cuando hay una diferencia de temperatura entre dos sistemas y el calor fluye desde el sistema más caliente al más frío. En las reacciones químicas, la transferencia de calor puede ser exotérmica o endotérmica, dependiendo de si se libera o se absorbe calor durante la reacción.

La transferencia de calor está estrechamente relacionada con los calores de reacción. De hecho, el calor de reacción se define como la cantidad de calor que se libera o se absorbe durante una reacción química. Por lo tanto, para entender los calores de reacción, es necesario comprender cómo se produce la transferencia de calor en las reacciones químicas.

Entalpía y la Ley de Hess.

La entalpía es una propiedad termodinámica que se utiliza para medir la energía interna de un sistema químico a presión constante. Se representa por la letra H y se mide en julios (J). La entalpía se define como la suma de la energía interna del sistema y el producto de la presión y el volumen del sistema.

La Ley de Hess establece que el cambio de entalpía de una reacción química es independiente de la ruta seguida para llegar a los productos finales. Esto significa que si conocemos los cambios de entalpía de las reacciones individuales que componen una reacción global, podemos calcular el cambio de entalpía de la reacción global utilizando la Ley de Hess. Esta ley es muy útil para calcular los calores de reacción en procesos químicos complejos.

Entropía, energía libre y reacciones espontáneas.

La entropía es una medida de la cantidad de desorden o aleatoriedad en un sistema. En términos químicos, se refiere a la cantidad de energía que no puede ser utilizada para hacer trabajo útil en una reacción. La entropía aumenta cuando la materia se dispersa o se divide en partes más pequeñas, lo que significa que hay más posibilidades de que las moléculas interactúen de manera diferente.

La energía libre es la cantidad de energía disponible para hacer trabajo útil en una reacción. Cuando la entropía aumenta, la energía libre disminuye, lo que significa que hay menos energía disponible para hacer trabajo útil. Las reacciones espontáneas son aquellas que ocurren naturalmente sin necesidad de aportar energía adicional. Estas reacciones suelen estar asociadas con una disminución en la energía libre y un aumento en la entropía.

Aplicaciones de la Electroquímica.

Laelectroquímicaes madelaquímicaqueenelestudiodelas esquímicasque antransferenciade ones.Estadisciplina diversasaplicaciones cticas,entrelasque estacanlaproducciónde energíaeléctricayla obtencióndemetalesap desuscompuestos.lasaplicaciones sdelaelecdeenergía daselectroquími asconviertenlaenergía nenergíaeléctrica,loque generarelectricidadde aeficienteysostenible. más,laelectroquímicatambién utilizaenlaobtencióndemetales partirdesuscompuestos,loque esultaenunaformamáseconómica yrespetuosaconelmedioambiente deobtenerestosmaterialestan importantesennuestrasociedad.

Las leyes de Faraday son dos principios que explican la relación entre la electricidad y la química. La primera ley establece que la cantidad de sustancia producida en una reacción electroquímica es proporcional a la cantidad de electricidad que pasa por el circuito. La segunda ley establece que la cantidad de electricidad necesaria para producir una cierta cantidad de sustancia en una reacción electroquímica es proporcional a la masa molecular de dicha sustancia.

Estas leyes tienen importantes aplicaciones prácticas, como en la producción de metales y en la electroquímica industrial. También son fundamentales para entender procesos biológicos como la transmisión de señales nerviosas y la contracción muscular. En resumen, las leyes de Faraday son un ejemplo de cómo la física y la química se entrelazan para explicar el mundo que nos rodea.

¿Qué es la energía renovable?.

La energía renovable es aquella que se obtiene de fuentes naturales e inagotables, como el sol, el viento, el agua y la tierra. A diferencia de los combustibles fósiles, que son finitos y contaminantes, las fuentes renovables de energía son limpias y sostenibles a largo plazo. En la actualidad, la demanda de energía renovable está en constante crecimiento debido a la necesidad de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y mitigar el cambio climático.

Además de ser una alternativa más limpia y sostenible, la energía renovable también tiene el potencial de crear empleos y promover el desarrollo económico local. Al invertir en tecnologías renovables, podemos impulsar la innovación y la competitividad en el mercado energético global, al mismo tiempo que protegemos nuestro planeta y aseguramos un futuro más próspero para todos.

Energía Solar: El poder del sol.

La energía solar es una forma de energía renovable que se obtiene a partir de la radiación del sol. Esta radiación es captada por paneles solares, los cuales convierten la luz solar en electricidad. Los paneles solares están compuestos por células fotovoltaicas que contienen materiales semiconductores como el silicio. Cuando la luz del sol incide sobre estas células, se produce un flujo de electrones que genera electricidad.

Además de ser una fuente de energía limpia y renovable, la energía solar tiene numerosos beneficios. En primer lugar, reduce nuestra dependencia de los combustibles fósiles y contribuye a la lucha contra el cambio climático. Además, puede ser utilizada en zonas remotas donde no hay acceso a la red eléctrica y es una forma de generar energía descentralizada. Por último, la energía solar es cada vez más económica y competitiva frente a otras formas de generación de energía.

Energía Eólica: El

viento a nuestro favor.

La energía eólica es una alternativa viable y sostenible de energía renovable que se ha utilizado con éxito en diferentes partes del mundo. Los molinos de viento son los dispositivos más comunes utilizados para generar energía a partir del viento, y cada vez son más eficientes y rentables. Además de ser una fuente de energía limpia y renovable, la energía eólica también tiene otros beneficios ambientales. Por ejemplo, reduce la dependencia de combustibles fósiles y ayuda a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, lo que contribuye a mitigar el cambio climático. También puede proporcionar un impulso económico a las comunidades locales donde se instalan los parques eólicos.

Energía Geotérmica:

Aprovechando el calor de la Tierra

La energía geotérmica es una forma de energía renovable que aprovecha el calor de la Tierra para generar electricidad. Se basa en el principio de que la temperatura en el interior de la Tierra es mucho más alta que en la superficie, lo que permite generar energía a través de la extracción de vapor o agua caliente.

Esta tecnología se ha utilizado con éxito en diferentes partes del mundo, como Islandia, donde el 30% de la electricidad proviene de fuentes geotérmicas.

Además, la energía

geotérmica tiene muchos beneficios ambientales, ya que no produce emisiones de gases de efecto invernadero ni otros contaminantes.

También es una fuente de energía renovable y sostenible, ya que el calor de la Tierra es prácticamente ilimitado.

Transformando la energía química en eléctrica.

La pila de combustible es una tecnología emergente que permite transformar la energía química de un combustible en electricidad de manera eficiente y limpia. A diferencia de los motores de combustión interna, las pilas de combustible no emiten gases contaminantes y tienen un mayor rendimiento energético.

El funcionamiento de una pila de combustible se basa en la reacción electroquímica entre un combustible y un oxidante. Al pasar por la celda de la pila, el combustible se oxida en presencia del oxidante, liberando electrones que son capturados por un circuito externo para generar electricidad. Los productos de la reacción son agua y dióxido de carbono, lo que hace que la pila de combustible sea una fuente de energía limpia y renovable.

El futuro de la energía renovable.

La energía renovable es la clave para un futuro sostenible. Es una fuente de energía limpia, abundante y renovable que puede ayudar a reducir nuestra dependencia de los combustibles fósiles y mitigar el cambio climático.

Además, la energía renovable tiene el potencial de transformar la forma en que generamos y consumimos energía. Con tecnologías emergentes como la pila de combustible y la energía geotérmica, podemos aprovechar fuentes de energía limpias y renovables para alimentar nuestras necesidades energéticas de manera eficiente y sostenible.

Conclusión.

La termoquímica y la electroquímica son dos ramas de la química que estudian las relaciones entre la energía y las reacciones químicas. Ambas disciplinas tienen diversas aplicaciones prácticas, especialmente en el campo de la energía renovable, que es una alternativa limpia y sostenible a los combustibles fósiles.

La termoquímica se enfoca en cómo la energía se transfiere durante una reacción química y cómo esto afecta a los productos y reactantes involucrados. La termoquímica nos permite calcular la cantidad de energía liberada o absorbida durante una reacción, lo que es clave para la industria química y farmacéutica. Además, la termoquímica nos ayuda a entender procesos naturales y artificiales, como la fotosíntesis y la combustión.

La electroquímica se enfoca en el estudio de las reacciones químicas que involucran transferencia de electrones. Estas reacciones pueden ser espontáneas o no espontáneas, dependiendo de la energía libre y la entropía del sistema. La electroquímica tiene diversas aplicaciones en la producción de energía eléctrica y la obtención de metales a partir de sus compuestos. Además, la electroquímica también se utiliza en procesos biológicos como la transmisión de señales nerviosas y la contracción muscular.

La energía renovable es una fuente de energía limpia, abundante y renovable que puede ayudar a reducir nuestra dependencia de los combustibles fósiles y mitigar el cambio climático. La energía renovable se obtiene de fuentes naturales e inagotables, como el sol, el viento, el agua y la tierra. Algunas de las tecnologías renovables más importantes son la energía eólica, que aprovecha el viento para generar electricidad; la energía geotérmica, que aprovecha el calor de la Tierra para generar electricidad; y la pila de combustible, que transforma la energía química en eléctrica.

En conclusión, la termoquímica y la electroquímica son dos disciplinas fundamentales para entender el comportamiento de las reacciones químicas y sus implicaciones energéticas. Estas disciplinas tienen diversas aplicaciones prácticas en diferentes campos, especialmente en el campo de la energía renovable, que es una alternativa viable y sostenible para un futuro mejor.

Referencias.

https://openstax.org/books/qu%C3%ADmica-2ed/pages/17-7-electrolisis https://es.khanacademy.org/science/ap-chemistry/redox-reactions-andelectrochemistry-ap/a/redox-reactions

https://es.khanacademy.org/science/ap-chemistry/redox-reactions-andelectrochemistry-ap/a/electrolytic-cells-and-electrolysis

https://openstax.org/books/qu%C3%ADmica-2ed/pages/17-8aplicaciones-de-la-electroquimica