El movimiento de los constituyentes de la materia, los cambios químicos y físicos y la formación de nuevas sustancias se originan gracias a cambios en la energía del sistema; conceptualmente, la energía es la capacidad para realizar un trabajo o transferir calor; la energía a su vez se presenta como energía calórica, energía mecánica, energía química, energía eléctrica y energía radiante; estos tipos de energía pueden ser además potencial o cinética. La energía potencial es la que posee una sustancia debido a su posición espacial o composición química y la energía cinética es la que posee una sustancia debido a su movimiento.

Tipos de energía

Manifestaciones de la energía

Energía Mecánica: El movimiento de las hélices del molino de viento es transferido a un sistema mecánico de piñones, para producir energía eléctrica o lograr la ascensión de agua de un pozo subterráneo

Energía Calórica o radiante: El calor o la luz emitida desde el sol es aprovechada por las plantas para producir energía química en forma de carbohidratos.

Energía Eléctrica: El movimiento de electrones libres, produce la energía eléctrica, usada para hacer funcionar electrodomésticos, trenes, y artefactos industriales.

Energía Química: La combustión de hidrocarburos como el petróleo, liberan gran cantidad de energía.

Formas de medición de la energía

Poseer un referente de la cantidad de energía que se intercambia en las diferentes interacciones de la materia requiere de patrones de medición. Como la forma de energía que tiene mayor expresión es la energía calórica, entendida ésta como la energía que se intercambia entre dos sustancias cuando existe diferencias de temperatura entre ambas, trataremos las unidades de medida de esta.

La cantidad de energía cedida o ganada por una sustancia se mide en calorías o joules.

Una caloría (cal) es igual a la cantidad de calor necesario para elevar de 14,5^o  C a 15,5^o  C  1 gramo de agua. Como factor de conversión diremos que una caloría equivale a 4,184 joules.

1 cal = 4,184 J

Es necesario diferenciar la caloría utilizada como herramienta de medición de la energía calórica en química, de la caloría utilizada en nutrición, ya que la caloría contenida en los alimentos (Cal) o gran caloría, equivale a 1.000 calorías o 1 Kilocaloría (Kcal).

2 cubos de azúcar ( 10 g), contienen 37,5 Cal nutricionales, lo que equivale a 37,5 Kcal,   37.500 cal químicas y 156.900 j.

Calor especifico

¿Has sentido que unas sustancias se calientan con mayor rapidez que otras?, el calor especifico se relaciona con ello; conceptualmente, el calor específico es la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de una sustancia determinada; desde el punto de vista químico,  es la cantidad de calorías requeridas para elevar en un grado centígrado la temperatura de un gramo de una sustancia, o es el número de joules requeridos para elevar en un grado kelvin la temperatura de un kg de una sustancia.

Calor Específico del agua: 1 cal/g ^o C

Este valor significa que para elevar 1 grado centígrado la temperatura de 1 g de agua, se requiere 1 caloría.

Calor Especifico del Aluminio: 0,217 cal/g ^o C

Este valor significa que para elevar 1 grado centígrado la temperatura de 1 g de Aluminio se requieren  0,217 calorías.

Valores comparativos del calor especifico del agua en estado líquido y el aluminio en estado sólido.

Ley de la conservación de Masa-Energía

Para concluir esta parte temática,  abordemos una pregunta: en el momento de ocurrir un cambio físico o químico (reacción química) en una sustancia, ¿existe perdida de masa y/o energía?

Antoine Laurent Lavoiser (743-1749) y James Prescott Joule (1818-1889), dedicaron parte de su trabajo científico en la solución de este problema, llegando a la conclusión de que en las reacciones químicas y en los cambios físicos las masas de las sustancias participantes no se crean ni destruyen, solo se transforman; esta conclusión se conoce con el nombre de Ley de la conservación de la masa.

En este ejemplo de reacción química, 4.032 g de Hidrógeno gaseoso, reaccionan con 141.812 g de cloro gaseoso, para formar 145.844 g de ácido clorhídrico.

La suma de los reactivos es igual a la suma de los productos.

La masa de los reactivos no se destruyó, estos  se combinaron y se transformaron en una nueva sustancia.

Ejemplo de la ley de la conservación de la materia: formación del ácido clorhídrico, mediante la reacción del Hidrógeno con el Cloro.