Reacción Exotérmica
Una reacción exotérmica libera energía, usualmente como calor o luz, a su entorno; quemar combustible y oxidar hierro son exotérmicas.
Definition
Una reacción exotérmica libera energía, usualmente como calor, hacia su entorno, así que las temperaturas cercanas suben y los productos terminan reteniendo menos energía química almacenada que la que tenían los reactivos. El cambio de energía se escribe como una entalpía negativa, $\Delta H < 0$, y la combustión, la mayoría de las oxidaciones, la neutralización y muchas reacciones de síntesis entran en esta categoría. En un diagrama de energía de reacción los productos se ubican debajo de los reactivos, y la energía de activación de la reacción inversa es igual a la energía de activación directa más $|\Delta H|$; la exotermicidad favorece la espontaneidad mediante $\Delta G = \Delta H - T\Delta S$, aunque una reacción con una gran disminución de entropía puede seguir siendo exotérmica pero no espontánea a alta temperatura.
Example
Una fogata es exotérmica, liberando calor y luz mientras arde la madera, y un calentador de manos se calienta porque el hierro dentro está reaccionando con el oxígeno. Quemar metano libera $890\text{ kJ}$ por mol, $CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O + 890\text{ kJ}$, y mezclar ácido clorhídrico con hidróxido de sodio calienta la disolución mientras los dos se neutralizan. La reacción de la termita, $Fe_2O_3 + 2Al \rightarrow 2Fe + Al_2O_3$, libera $852\text{ kJ}$ por mol de $Fe_2O_3$, suficiente para fundir el hierro que produce (por encima de $1538^\circ\text{C}$), razón por la cual se usa para soldar rieles de ferrocarril en el campo.
Key Insight
"Exo" significa afuera, como en "éxodo", así que una reacción exotérmica envía calor hacia afuera, pero eso no significa que se inicie sola: un fósforo no se enciende por sí mismo, ya que la chispa inicial lleva a las primeras moléculas por encima de la colina de energía y el propio calor de la reacción la mantiene después. Por el principio de Le Chatelier, subir la temperatura de un equilibrio exotérmico en realidad lo desplaza de vuelta hacia los reactivos, que es el dilema detrás del proceso Haber: es exotérmico, así que la baja temperatura favorece el amoniaco, pero la baja temperatura también hace que la reacción sea demasiado lenta, y el compromiso corre a aproximadamente $450^\circ\text{C}$ con un catalizador.