Energia Quimica

Energía química

La humanidad ha utilizado desde su existencia reacciones químicas para producir energía. Desde las más rudimentarias, de combustión de madera o carbón, hasta las más sofisticadas, que tienen lugar en los motores de los modernos aviones o naves espaciales.

Las reacciones químicas, pues, van acompañadas de un desprendimiento, o en otros casos de una absorción, de energía.

¿Cuánta energía puede producir una reacción química? ¿De dónde procede esa energía? ¿Cómo puede medirse y calcularse?

Energía química almacenada

La energía es una propiedad inherente a la materia. La materia posee energía almacenada que se debe, por una parte, a la posición o a la altura de un cuerpo (energía cinética) y, por otra, a la naturaleza o las sustancias de que esté hecho el cuerpo al que se hace referencia, ya que a cada elemento o compuesto le corresponde cierta cantidad de energía química almacenada a la que se le denomina contenido energético.

Cuando se lleva a cabo un fenómeno químico, éste va acompañado por una manifestación de energía, ya sea que haya absorción o desprendimiento de ella, debido a la energía química que almacenan las sustancias

Lo anterior significa que, cuando la energía química almacenada de los reactivos es mayor que la energía de los productos, hay un excedente de energía que se libera, pues la energía se mantiene constante, es decir, no se crea ni se destruye.

Por ejemplo, al reaccionar metano (gas combustible) con el oxígeno (gas comburente), hay desprendimiento de energía como producto, porque el contenido energético del metano y del oxígeno es mayor al que posee el dióxido de carbono y el agua, que son las sustancias que se forman durante la reacción:

Por lo tanto, si, al reaccionar, una o varias sustancias producen otras con mayor contenido energético, habrá absorción de energía por parte de los reactivos, como lo muestra la siguiente reacción de fotosíntesis:

Las sustancias de gran contenido energético se utilizan como combustible, ya que al reaccionar con el oxígeno se genera una gran cantidad de energía en forma de luz y calor.

Alimentos

Los alimentos también almacenan energía química y mediante éstos los organismos obtienen la energía necesaria para vivir, es decir, para formar y renovar tejidos, mantener su temperatura, realizar trabajo muscular, etcétera.

Los alimentos contienen nutrientes tales como los carbohidratos, los lípidos (grasas), las proteínas y las vitaminas, a los cuales se les denomina biogenésicos (por ser de origen orgánico); otros nutrimentos de origen inorgánico son el agua y los minerales como el sodio, el fósforo, el azufre, el cloro, el cobalto, el manganeso y el zinc.

Los organismos utilizan los alimentos para obtener de ellos energía y nutrimentos; estos últimos son descompuestos para ser utilizados en el crecimiento y restauración celular. A este proceso de transformación se le denomina metabolismo.

La energía que se puede metabolizar a partir de los carbohidratos es de 4 kcal por gramo; de los lípidos, de 9 kcal por gramo y, de las proteínas, de 4 kcal por gramo. Se recomienda que en una dieta adecuada se ingieran alimentos que proporcionen aproximadamente 3.000 kcal por día (según la actividad física que se desempeñe), que contengan, de manera balanceada, todos los nutrimentos. Por ejemplo: 75 g de proteínas, 80 g de lípidos y de 400 a 500 g de carbohidratos. Además, se debe considerar que el agua es muy importante como nutrimento y que los seres humanos necesitan de 2 a 2,5 litros por día, aunque los alimentos también proporcionan una cantidad proporcional de ella que se conoce como agua metabólica.

Es necesario recordar que los organismos obtienen energía a través de un mecanismo autotrófico o heterotrófico.

El mecanismo autotrófico es propio de las plantas, algas y cianobacterias que, a partir de dióxido de carbono y energía luminosa del Sol, producen oxígeno y glucosa. De esta última se forman moléculas más complejas.

El mecanismo heterotrófico es propio de organismos como los de los animales; éstos ingieren el alimento previamente elaborado (carbohidratos, lípidos, etcétera), sus células lo oxidan mediante la respiración y con ello producen CO2, vapor de agua y otras sustancias de desecho.

Eficiencia de un motor de combustión interna

Las reacciones químicas de combustión de compuestos de carbono con oxígeno para liberar energía son bien conocidas por todos. Ocurren, por ejemplo, al quemar madera o gas en el horno o bien cuando la bencina de un auto proporciona la energía necesaria para su funcionamiento. Estas reacciones son demasiado violentas y poco controladas para que los organismos vivientes las puedan usar dentro de una célula.

Para que un motor funcione, éste requiere

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