¿CÓMO FLUYE LA ENERGÍA EN LAS REACCIONES QUÍMICAS?

Una reacción química es un proceso que forma o rompe los enlaces químicos que mantienen unidos a los átomos. Las reacciones químicas convierten unas sustancias químicas, los reactantes, en otras, los productos. Todas las reacciones químicas desprenden energía o requieren un aporte neto de energía. Una reacción es exergónica si libera energía; es decir, si los reactantes iniciales contienen más energía que los productos finales. Todas las reacciones exergónicas liberan parte de su energía como calor.

Una reacción es endergónica si requiere un aporte neto de energía; es decir, si los productos contienen más energía que los reactantes. Las reacciones endergónicas requieren un aporte de energía de una fuente externa.

Las reacciones exergónicas liberan energía

En una reacción exergónica, los reactantes contienen más energía que los productos. El azúcar puede quemarse. Al quemarse, el azúcar (por ejemplo, la glucosa) sufre la misma reacción general que la glucosa en el cuerpo del corredor (o en casi cualquier otra forma de vida), la glucosa se combina con oxígeno para producir dióxido de carbono y agua y liberar energía.

Como las moléculas de glucosa contienen más energía que las moléculas del dióxido de carbono y del agua, la reacción produce energía. Una vez encendida, la glucosa seguirá quemándose. Quizá sirva pensar que las reacciones exergónicas son como correr -colina abajo-, de alta a baja energía.

Los seres humanos y otros animales de “sangre caliente” usan el calor, generado como subproducto de toda transformación bioquímica, para mantener una temperatura corporal elevada, pues tal temperatura acelera las reacciones bioquímicas; los animales se desplazan con más rapidez y responden antes a los estímulos que si su temperatura fuera menor.

Las reacciones químicas requieren energía de activación para iniciar

Aunque la quema de glucosa libera energía, la glucosa no se prende en llamas como tal. Esta observación lleva a un concepto importante: todas las reacciones químicas, incluso las que continúan de forma espontánea, requieren un aporte inicial de energía para realizarse. Piensa en una roca puesta al borde de un precipicio. Se quedaría allí indefinidamente hasta que algo la empujara cuesta abajo. En las reacciones químicas, el “empujón” de la energía se llama energía de activación. Las reacciones químicas requieren energía de activación para iniciar porque capas de electrones con carga negativa rodean todos los átomos y moléculas. Para que dos moléculas reaccionen una con otra hay que forzar la unión de sus capas electrónicas, pese a la repulsión eléctrica mutua. Forzar la unión de las capas electrónicas requiere energía de activación.

La energía de activación puede provenir de la energía cinética de moléculas en movimiento. Las moléculas en reacción que se mueven con suficiente velocidad chocan con tal fuerza, que obligan a sus capas de electrones a juntarse y reaccionar. Como las moléculas se mueven más deprisa a medida que aumenta la temperatura, la mayor parte de las reacciones químicas ocurre con mayor facilidad a temperaturas elevadas.

Las reacciones endergónicas requieren un aporte neto de energía

A diferencia de lo que ocurre cuando se quema la glucosa, muchas reacciones de los sistemas vivos dan por resultado productos que contienen más energía que los reactantes. La glucosa, producida por organismos fotosintéticos como las plantas, contiene mucha más energía que el dióxido de carbono y el agua de la que se forma. La proteína de una célula muscular contiene más energía que los aminoácidos individuales que se unieron para sintetizarla. En otras palabras, la síntesis de moléculas biológicas complejas requiere un aporte de energía: estas reacciones son endergónicas. La fotosíntesis de las plantas verdes capta energía solar para producir glucosa a partir de agua y dióxido de carbono. El oxígeno producido por esta reacción se usa cuando las células degradan la glucosa para liberar su energía almacenada.

Las reacciones endergónicas no son espontáneas. Se les puede llamar reacciones “cuesta arriba” porque los reactantes contienen menos energía que los productos. Pasar de poca a alta energía es como empujar una roca hasta lo alto del precipicio.