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Diferencias entre reacciones endotérmicas y exotérmicas

📄 ejercicios quimica 🎓 bachillerato · 2° BGU Ecuador 🇪🇨 EC 🗣 Español

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Respuesta rápida

Endotérmica: absorbe calor del entorno, ΔH > 0 (fusión del hielo, fotóntesis). Exotérmica: libera calor al entorno, ΔH < 0 (combustión, neutralización ácido-base).

📚 exercise quimica ⭐⭐ Dificultad 2/5 ⏱ 2 min lectura

Solución — Página 82

Quimica 2° · 2024

Ejercicio 4

Investigo y describo las diferencias entre reacción endotérmica y exotérmica. Detallo algunos ejemplos.

Definiciones

Una reacción exotérmica es la que libera energía hacia el entorno en forma de calor (y/o luz): el entalpía de la reacción es negativa, $\Delta H < 0$ . La energía de los productos es menor que la de los reactivos.
Una reacción endotérmica es la que absorbe energía del entorno en forma de calor: el entalpía de la reacción es positiva, $\Delta H > 0$ . La energía de los productos es mayor que la de los reactivos.

Cuadro comparativo

Criterio	Exotérmica	Endotérmica
Flujo de calor	Del sistema al entorno	Del entorno al sistema
Signo de $\Delta H$	$\Delta H < 0$	$\Delta H > 0$
Temperatura del entorno	Aumenta	Disminuye
Energía de productos vs. reactivos	$E_{\text{productos}} < E_{\text{reactivos}}$	$E_{\text{productos}} > E_{\text{reactivos}}$
Gráfica energía vs. reacción	Bajada de los reactivos a los productos	Subida de los reactivos a los productos
Ejemplos	Combustión, neutralización ácido-base, respiración celular	Fotóntesis, fusión del hielo, calcinación

Ejemplos con ecuaciones

Ejercicio 1

Combustión del metano (exotérmica):

$\text{CH}_{4(g)} + 2\text{O}_{2(g)} \rightarrow \text{CO}_{2(g)} + 2\text{H}_{2}\text{O}_{(g)} \qquad \Delta H = -890 \, \text{kJ/mol}$

El valor negativo indica que se libera calor: es la reacción de la fogata que aparece en la ilustración de la página.

Ejercicio 2

Neutralización ácido-base (exotérmica):

$\text{HCl}_{(ac)} + \text{NaOH}_{(ac)} \rightarrow \text{NaCl}_{(ac)} + \text{H}_{2}\text{O}_{(l)} \qquad \Delta H \approx -57 \, \text{kJ/mol}$

La solución se calienta al mezclar un ácido con una base.

Ejercicio 3

Fusión del hielo (endotérmica):

$\text{H}_{2}\text{O}_{(s)} \rightarrow \text{H}_{2}\text{O}_{(l)} \qquad \Delta H = +6{,}01 \, \text{kJ/mol}$

El hielo de la ilustración absorbe calor del ambiente y se derrite.

Ejercicio 4

Fotóntesis (endotérmica):

$6\text{CO}_{2(g)} + 6\text{H}_{2}\text{O}_{(l)} \xrightarrow{\text{luz solar}} \text{C}_{6}\text{H}_{12}\text{O}_{6(aq)} + 6\text{O}_{2(g)} \qquad \Delta H = +2800 \, \text{kJ/mol}$

Cocción de un huevo (endotérmica): el huevo absorbe calor del agua hirviendo para que las proteínas se desnaturalicen.

Relación con el calor de reacción

El calor de reacción se expresa como $q_p = \Delta H$ . Si $q > 0$ , el sistema gana energía (endotérmica); si $q < 0$ , el sistema pierde energía (exotérmica). El calor de la reacción se obtiene a partir de los calores de formación:

$\Delta H_{\text{rxn}} = \sum n \, \Delta H_f^{\circ}(\text{productos}) - \sum m \, \Delta H_f^{\circ}(\text{reactivos})$

Respuesta

Las exotérmicas liberan calor ( $\Delta H < 0$ , el entorno se calienta; ej.: combustión, neutralización); las endotérmicas absorben calor ( $\Delta H > 0$ , el entorno se enfría; ej.: fusión del hielo, fotóntesis).

Contenido de la página

Diferencias entre reacción endotérmica y exotérmica

4 Investigo y describo las diferencias entre reacción endotérmica y exotérmica. Detallo algunos ejemplos.

Una reacción exotérmica libera energía al entorno como calor (y/o luz): $\Delta H < 0$ y la temperatura del entorno aumenta. Una reacción endotérmica absorbe energía del entorno: $\Delta H > 0$ y la temperatura del entorno disminuye.

Criterio	Exotérmica	Endotérmica
Flujo de calor	Sistema → entorno	Entorno → sistema
$\Delta H$	Negativo ( $< 0$ )	Positivo ( $> 0$ )
Temperatura del entorno	Sube	Baja
Energía de productos	Menor que la de reactivos	Mayor que la de reactivos
Ejemplos	Combustión, neutralización, respicación celular	Fotóntesis, fusión del hielo, calcinación

En la página se ilustran los dos casos con tres termómetros (temperaturas distintas antes, durante y después de la reacción), un cubo de hielo derritiéndose (endotérmica: absorbe calor) y una fogata (exotérmica: libera calor).

Ejemplos resueltos

Clasificar como exotérmica o endotérmica la combustión del metano: $\text{CH}_{4} + 2\text{O}_{2} \rightarrow \text{CO}_{2} + 2\text{H}_{2}\text{O}$ , con $\Delta H = -890 \, \text{kJ/mol}$ .

El signo de $\Delta H$ es negativo, por lo que el sistema libera calor al entorno: es una reacción exotérmica. La temperatura del entorno (por ejemplo, la de la fogata) aumenta.

Clasificar la fusión del hielo: $\text{H}_{2}\text{O}_{(s)} \rightarrow \text{H}_{2}\text{O}_{(l)}$ , con $\Delta H = +6{,}01 \, \text{kJ/mol}$ .

El signo de $\Delta H$ es positivo, el sistema absorbe calor del entorno: es un proceso endotérmico. Por eso el hielo se derrite al tomar calor del ambiente.

Tabla

Criterio	Exotérmica	Endotérmica
Flujo de calor	Sistema → entorno	Entorno → sistema
$\Delta H$	Negativo ( $< 0$ )	Positivo ( $> 0$ )
Temperatura del entorno	Aumenta	Disminuye
Energía de productos vs. reactivos	$E_{\text{prod}} < E_{\text{react}}$	$E_{\text{prod}} > E_{\text{react}}$
Ejemplos	Combustión, neutralización, respicación celular	Fotóntesis, fusión del hielo, calcinación

Diagramas (2)

flowchart LR
  A[Reactivos] -->|ΔH < 0, libera calor| B[Productos]
  B --> C[Entorno se calienta]
  subgraph Exotérmica
  A
  B
  C
  end

flowchart LR
  X[Entorno] -->|absorbe calor, ΔH > 0| Y[Reactivos]
  Y --> Z[Productos con más energía]
  subgraph Endotérmica
  X
  Y
  Z
  end

Fórmulas y ecuaciones

$\Delta$ $H_{@@MATH_0@@\text{productos}$ ) - $\sum$ m $\$ , $\Delta$ $H_f^{\circ}($ $\text{reactivos}$ )

$q_p$ = $\Delta$ H

$\Delta$ $H_{@@MATH_0@@\text{productos}$ ) - $\sum$ m $\$ , $\Delta$ $H_f^{\circ}($ $\text{reactivos}$ )

$\text{CH}@@MATH_0@@_{2(g)}$ $\rightarrow$ $\text{CO}@@MATH_1@@_{2}@@MATH_2@@_{(g)}$ $\qquad$ $\Delta$ H = -890 $\$ , $\text{kJ/mol}$

$\text{HCl}@@MATH_0@@_{(ac)}$ $\rightarrow$ $\text{NaCl}@@MATH_1@@_{2}@@MATH_2@@_{(l)}$ $\qquad$ $\Delta$ H $\approx$ -57 $\$ , $\text{kJ/mol}$

$\text{H}@@MATH_0@@\text{O}@@MATH_1@@_{2}@@MATH_2@@_{(l)}$ $\qquad$ $\Delta$ H = +6{,}01 $\$ , $\text{kJ/mol}$

6 $\text{CO}@@MATH_0@@_{2}@@MATH_1@@_{(l)}$ $\xrightarrow{\text{luz}}$ $\text{C}@@MATH_2@@\text{H}@@MATH_3@@\text{O}@@MATH_4@@_{2(g)}$ $\qquad$ $\Delta$ H = +2800 $\$ , $\text{kJ/mol}$

$q_p$ = $\Delta$ H

Glosario (5)

Reacción exotérmica: Reacción química que libera energía al entorno, principalmente en forma de calor; su entalpía es negativa ($\Delta H < 0$).
Reacción endotérmica: Reacción química que absorbe energía del entorno, principalmente en forma de calor; su entalpía es positiva ($\Delta H > 0$).
Entalpía de reacción ($\Delta H$): Cambio de entalpía de un sistema al transcurrir una reacción química a presión constante; es igual al calor intercambiado, $q_p$.
Calor de reacción: Cantidad de calor absorbida o liberada por un sistema durante una reacción química.
Calor de formación: Entalpía cambiada al formar 1 mol de un compuesto a partir de sus elementos en su estado estándar.

Preguntas para practicar

¿Por qué se calienta una solución al mezclar un ácido con una base?

La neutralización es exotérmica: se forma agua a partir de iones H⁺ y OH⁻, y el calor liberado ($\Delta H \approx -57 \, \text{kJ/mol}$) aumenta la temperatura de la solución.

¿Qué le ocurre a la temperatura del entorno durante la cocción de un huevo?

Es un proceso endotérmico: el huevo absorbe calor del agua hirviendo para desnaturalizar sus proteínas, de modo que la energía ingresa al sistema alimentario.

Temas y conceptos clave

Reacciones exotérmicasReacciones endotérmicasEntalpía de reacciónCalor de reacciónEjemplos de reacciones térmicasExotermiaEndotermiaDelta HFlujo de calorCalor de reacciónCalores de formación