Durante las reacciones químicas no sólo se transforman sustancias, también puede producirse o requerirse energía. Definir ésta no es tarea fácil: no puede observarse directamente, aunque siempre puede detectarse su presencia; no es un fluido, aunque se dice que "fluye", y no es algo que pueda guardarse, aunque se dice que se almacena. Dentro de todas las formas de energía existe una asociada con las reacciones químicas que se denomina energía química. Para estudiar cualquier tipo de energía basta saber que se presenta en varias formas y se conserva.
La energía es sumamente importante y en algunos casos indispensable. Se utiliza para pensar, moverse o reír. También hay procesos industriales que generan energía y muchos otros que la requieren. Generalmente a las grandes industrias básicas como la siderúrgica (producción de acero), la del cemento, la química y la de producción de aluminio se les ha catalogado como grandes consumidoras de energía. Sin embargo, la cuarta parte del consumo de energía en las grandes ciudades no lo utilizan esas industrias, sino los hogares y servicios como el turismo y el esparcimiento. No obstante, es el transporte de personas y mercancías el de mayor demanda.
Las fuentes de energía son diversas. En el siguiente cuadro se muestran las principales en México.
Cuando la fuente de energía es la quema de hidrocarburos o de carbón, se utiliza la energía química contenida en las sustancias, la cual se aprovecha para calentar agua y evaporarla. El agua en forma de vapor se usa para mover turbinas y la energía cinética de éstas es la que finalmente se convierte en energía eléctrica. Por eso se dice que con los hidrocarburos la energía química se convierte en energía eléctrica. La biomasa también produce energía eléctrica a partir de la energía química contenida en la materia. En las plantas hidroeléctricas se aprovecha la energía cinética del agua cuando cae a gran velocidad por la cortina de las presas y se convierte en energía eléctrica. De todas las fuentes de energía del cuadro anterior, la única que cambia la estructura del átomo es la energía nuclear. Para obtenerla se desbaratan los núcleos del átomo. En otras palabras, la energía que mantiene unido al núcleo, que es mucha, se desprende cuando éste se rompe y es eso lo que se aprovecha. Sin embargo, la energía nuclear sin control es lo que produjo las bombas atómicas.
Todas las fuentes de energía generan en mayor o menor medida contaminantes o disturbios en el ambiente. Los hidrocarburos y la biomasa generan dióxido de carbono; las hidroeléctricas se construyen en grandes extensiones de territorio que después son inundadas para obtener el agua necesaria, lo cual afecta enormemente a los ecosistemas; y con la energía nuclear se producen desechos radioactivos. Por esta razón es importante ahorrar energía, por ejemplo, apagando la luz de los espacios cuando no se necesita y usando lo menos posible los transportes que queman combustible. Para ahorrarla es importante también saber cómo se comporta el consumo nacional e internacional de energía. En el siguiente cuadro se presenta el consumo nacional de energía según los diferentes sectores:
En el mapa siguiente se muestra el consumo de energía en el mundo.
El efecto invernadero y el cambio climático
En los invernaderos se conserva una temperatura elevada, lo cual ayuda al crecimiento de las plantas en condiciones adecuadas. La luz y la energía del Sol penetran a través de las paredes y techos de vidrio, pero este material impide que la energía escape, manteniendo así una temperatura más elevada en el interior que en el exterior. Lo mismo que ocurre en un invernadero sucede en la atmósfera. La luz y la energía entran, pero no toda la energía puede escapar.
El efecto invernadero es un fenómeno natural necesario para la vida en la Tierra. Sin él, la temperatura del planeta sería de 18 ºC bajo cero y no tendríamos agua líquida. En la atmósfera, este efecto ocurre por la presencia de gases que retienen la energía reflejada por la superficie terrestre. Estos gases se llaman gases de efecto invernadero y son principalmente dióxido de carbono (CO2), óxido nitroso (N2O), metano (CH4), ozono (O3) y vapor de agua.
En los últimos 200 años se ha producido un aumento de la concentración de gases de efecto invernadero como consecuencia de actividades humanas (quema de combustible fósil, deforestación y cambio de uso del suelo). Estas actividades alteran la composición global atmosférica y, por tanto, alteran el clima del planeta. A este fenómeno se le llama cambio climático. Durante mucho tiempo existió una controversia acerca de si las actividades humanas podían alterar el clima del planeta. Apenas el 2 de febrero de 2007 la comunidad internacional aceptó que esto está ocurriendo y que debemos tomar acciones de manera inmediata.
En relación con esto, un grupo de jóvenes mexicanos, en su mayoría egresados de la Facultad de Química de la UNAM, recientemente inauguraron una empresa dedicada al desarrollo de negocios sustentables enfocados a la disminución de la emisión de gases de efecto invernadero en América. Acciones como ésta son necesarias si se quiere controlar el efecto invernadero.
En las fuentes de energía se manifiestan seis formas generales de energía: química, térmica, luminosa, mecánica, eléctrica (que se asocia con la presencia de una corriente eléctrica) y atómica o nuclear (relacionada con cambios en el interior de los átomos). En la siguiente figura pueden observarse ejemplos de transformaciones simples entre varias formas de energía y cuál es su relación con la energía química, que se define como aquella energía absorbida o liberada como resultado de una reacción química.
La historia de los cerillos*
En los primeros cerillos se utilizaban astillas de madera con cabeza de azufre que se encendían por frotamiento. Sin embargo, tales cerillos eran malolientes, peligrosos, caros y venenosos. La idea de emplear trocitos de madera con azufre reapareció en 1800. Poco tiempo después ya se mezclaban clorato de potasio y azúcar con el azufre para mejorar su combustión. En 1830 ya había una versión doméstica de los cerillos, los llamados "cerillos prometeicos", los cuales estaban hechos de un rollito de papel, el cual tenía en un extremo la mezcla con un pequeño tubo hermético que contenía un poco de ácido sulfúrico. Al romper el tubito con un par de tenacillas o ¡con los dientes!, el ácido reaccionaba con la mezcla encendiendo el papel. También por esas fechas aparecieron los primeros cerillos de fricción, conocidos con la marca Lucifer. La cabeza estaba formada por sulfuro de antimonio y cloruro de potasio aglutinados con goma y agua; tenían en la caja una advertencia para que no los usaran "las personas de pulmones delicados". Se encendían frotándolos entre dos hojas de papel de lija.
Los cerillos de seguridad, fabricados con el menos peligroso fósforo rojo (el cual no presenta combustión espontánea ni es tóxico), comenzaron a usarse en Suecia, en 1852. En éstos, los ingredientes necesarios para la combustión se hallan separados, unos en la cabeza y otros en una superficie especial para frotarlos. Sin embargo, se seguían fabricando cerillos con fósforo blanco debido a su gran resistencia a la humedad. Pero cuando se descubrieron sus efectos tóxicos en los obreros de las fábricas, en la Conferencia de Berna de 1905 se prohibió su fabricación. Los cerillos actuales tienen en la cabeza sulfuro de antimonio y diversos agentes oxidantes como clorato de potasio y azufre o carbón; y en la superficie de frotamiento, fósforo rojo, vidrio molido, y aglutinante.
*Adaptado de La química y la cocina de José Luis Córdova Frunz, fce, México.
En resumen, la energía química participa tanto en la transformación de sustancias originales (reactivos) como en la formación de nuevas sustancias (productos). Es decir, está presente durante todo el cambio químico. Debido a que la energía se conserva (no se crea ni se destruye), esta energía química puede manifestarse de distintas formas (energía térmica, luminosa, mecánica).
