El estudio del carácter térmico y de la espontaneidad de los procesos tiene muchas aplicaciones en la vida diaria. Ahora vas a ver algunas de ellas.

Máquinas térmicas

Son aparatos que permiten la realización de trabajo mediante el intercambio de energía entre dos focos. En un motor se extrae energía en forma de calor del foco caliente y se cede al frío; la diferencia entre el calor extraído y el cedido es el trabajo realizado, y el porcentaje de trabajo realizado frente al calor extraído se llama rendimiento del motor. Pero si se realiza trabajo para extraer energía en forma de calor desde el foco frío para cederlo al caliente (que es un proceso no espontáneo), es una máquina frigorífica. En la imagen se extraen Q₁ unidades de energía del foco caliente a T₁, y se ceden Q₂ unidades al foco frío a T₂. El trabajo realizado es la diferencia entre ambos calores (W=Q₁-Q₂).

Procesos biológicos

La fotosíntesis es el proceso natural en el que las plantas sintetizan glucosa a partir del CO₂ y del vapor de agua que hay en el aire:

6 CO₂(g) + 6 H₂O(g) → C₆H₁₂O₆(s) + 6 O₂(g)

Fíjate en que además se libera oxígeno a partir del dióxido de carbono, por lo que las plantas regulan la cantidad de ambos gases en la atmósfera. Se trata de un proceso endotérmico, en el que se necesitan 1875 kJ por mol de glucosa. Además, la entropía disminuye (a partir de 12 moles de gas se obtienen 6 de gas y uno de sólido), por lo que el proceso no es espontáneo, y es la energía solar la que permite la realización de este proceso.

Reservas de combustibles

Los procesos de combustión son muy espontáneos, pero no se observan: un trozo de carbón no se quema aun estando en contacto con el oxígeno del aire. ¡Pero es un proceso muy exotérmico y con un gran aumento de entropía!

¿Por qué no se quema la madera? En realidad se está quemando, pero a velocidad tan pequeña que resulta inapreciable: para que los reactivos se transformen en productos deben superar una barrera de energía o energía de activación, lo que necesita el aporte de un poco de energía: llama, chispa eléctrica, frotamiento. Una muy pequeña parte de la energía desprendida sirve para automantener el proceso y el resto se libera en forma de calor.

La existencia de barreras de energía en los procesos de combustión es absolutamente fundamental, ya que permite la existencia de reservas energéticas, al no quemarse los combustibles hasta que se provoca el inicio de la reacción.

Es decir, una cosa es que un proceso sea espontáneo y otra muy distinta que sea rápido. En el tema siguiente estudiarás la velocidad de las reacciones y profundizarás en las barreras de energía.