La Energía De Activación. La Razón Por La Que El Café Nos Mantiene Activ@s

El tema que me gustaría aprender hoy es un tanto curioso, ya que mezcla la química con la productividad. Hoy me gustaría aprender sobre la energía de activación; en este momento no tengo ni la más remota idea de lo que puede ser. ¿Me acompañáis?

Lo Esencial

El principio de cualquier empeño complejo o desafiante siempre es la parte más dura.

No tod@s nosotr@s nos despertamos y saltamos de la cama list@s y preparad@s para el día que nos espera. Algun@s, como yo mismo, necesitamos un poco de energía extra para la transición del sueño al día. Una vez me he tomado una taza de café, mi nivel de energía sube y ya estoy listo para afrontar el día.

Las reacciones químicas funcionan de un modo muy similar. También necesitan de su propio café.

Ya sea que uses la química en tu día a día laboral o que hayas intentado por todos tus medios no pensar en ella desde la escuela, las ideas que residen tras la energía de activación son simples y útiles fuera de la química. Entender el principio, por ejemplo, puede ayudar a conseguir que nuestros hijos coman su verdura, a motivarnos a nosotr@s mism@s y a l@s demás y a vencer la apatía.

Cómo Funciona La Energía De Activación En Química

Las reacciones químicas necesitan cierta cantidad de energía para empezar a funcionar. La energía de activación es la cantidad mínima de energía que se necesita para hacer que una reacción ocurra.

Para entender la energía de activación, primero tenemos que mirar hacia cómo ocurre una reacción química.

Cualquiera de nosotr@s que haya encendido alguna vez un fuego tendrá un entendimiento intuitivo del proceso, incluso cuando no tengamos conexión con la química.

Tod@s intuimos que se necesita calor para encender la llama. Sabemos que poner una simple cerilla para encender una hoguera no será suficiente, así como también sabemos que un lanza llamas será excesivo. También sabemos que los materiales densos o los húmedos requerirán más calor que los secos. Esta cantidad imprecisa de energía que sabemos que necesitamos para prender un fuego es una clara representación de la energía de activación.

Para que una reacción ocurra, los enlaces existentes deben romperse y deben crearse de nuevos. Una reacción tan sólo ocurrirá si los productos son más estables que los reactivos. En un fuego, convertimos el carbono en forma de madera en CO2 que es una forma más estable del carbono que la madera, de modo que la reacción tiene lugar y en su proceso produce calor. En este ejemplo, la energía de activación es el calor inicial que se requiere para prender este fuego. Nuestro esfuerzo y las cerillas que hemos gastado son una representación del mismo.

Podemos pensar en la energía de activación como la barrera entre la mínima (los mínimos valores necesarios) de los reactivos y de los productos en una reacción química.

 

En el ejemplo del fuego los reactivos serían el combustible, lo que utilizamos para prenderlo y el oxígeno de la atmósfera. Los productos serían el CO2 y el calor que se desprende.

La Ecuación de Arrhenius

Svante Arrhenius, un científico Sueco, estableció la existencia de la energía de activación en 1889.

Arrhenius desarrolló su ecuación homónima para describir la correlación entre la temperatura y la tasa de reacción.

La Ecuación es crucial para el cálculo de las tasas de las reacciones químicas y, aún más importante, la energía necesaria para iniciarlas.

Si desgranamos la ecuación tenemos que:

  • K: es el coeficiente de la tasa
  • A: es el factor de frecuencia (cuán a menudo chocan las moléculas)
  • R: es la constante universal del gas (unidades de energía por incremento de temperatura por mol -¡cuánto tiempo sin oír hablar de moles!-)
  • T: representa la temperatura absoluta (normalmente en Kelvins)
  • E: es la energía de activación.

No es necesario conocer el valor de A para calcular Ea ya que se puede descubrir de la variación en la reacción de las tasas de los coeficientes en relación con la temperatura (sí, he leído 3 veces la frase y no la entiendo 😦 ). Como muchas ecuaciones, se puede reordenar para calcular diferentes valores. La Ecuación de Arrhenius se usa en muchas ramas de la química.

Por Qué Importa La Energía De Activación

Entender la energía necesaria para que ocurra una reacción nos da control sobre lo que nos rodea.

Si volvemos al ejemplo del fuego, nuestro conocimiento intuitivo de la energía de activación nos mantiene a salvo. Muchas reacciones químicas tienen unos requisitos muy altos de energía de activación, de modo que no suceden si no les damos un input adicional. Tod@s sabemos que un libro en una mesa es inflamable, pero no va a combustionar sin que le apliquemos calor (quedan aquí a parte las combustiones espontáneas de personas). A temperatura ambiente, no tenemos necesidad de ver al libro como una amenaza de fuego. Si encendemos un vela en el escritorio, sabemos que tenemos que apartar el libro.

¿Inflamable Significa Flamable?

Si las reacciones químicas no tuviesen unos requerimientos de energía de activación fiables, viviríamos en un mundo peligroso.

Catalizadores

Las reacciones químicas que requieren cantidades de energía substanciosas pueden ser difíciles de controlar.

Aumentar la temperatura no siempre es una fuente viable de energía debido a los costes que comporta, a problemas con la seguridad o simplemente por su impracticabilidad. La reacciones químicas que ocurren dentro de nuestro cuerpo, por ejemplo, no pueden usar altas temperaturas como fuente de activación de energía. De modo que, en consecuencia, a veces se hace necesario reducir la energía de activación necesaria.

El hecho de acelerar un reacción mediante la reducción de la tasa de energía de activación requerida se llama catálisis. Esto se lleva a cabo con una sustancia adicional llamada catalizador, que normalmente se consume en la reacción. En principio, sólo necesitamos una pequeña cantidad de catalizador para producir la catálisis.

Los catalizadores funcionan aportando un camino alternativo que tiene requerimientos de energía de activación menores. En consecuencia, muchas de las partículas tienen la energía suficiente para reaccionar. Se suelen usar a escala industrial para reducir costes.

Si volvemos al ejemplo del fuego, sabemos que el intentar encender una gran hoguera con una cerilla raramente es efectivo. Pero si añadimos un poco de papel, nos dará un modo alternativo y nos servirá de catalizador.

En nuestros cuerpos los encimas sirven de catalizadores en reacciones vitales como la construcción del ADN:

Cómo Podemos Aplicar El Concepto De Energía De Activación A Nuestras Vidas

Aunque la energía de activación sea un concepto científico, lo podemos usar como un modelo mental práctico.

Si volvemos al ejemplo del café de la mañana que aparece en el título de este Brain Feeling, muchas de las cosas que hacemos cada mañana (en mi caso: escribir en el blog) dependen de un empujón inicial.

Pongamos como ejemplo una clase donde l@s estudiantes tienen que hacer un trabajo. Cada estudiante requiere una clase de energía de activación distinta para empezar el trabajo:

  • Para un@ será oír a su amig@ decir que ya ha terminado el suyo
  • Para otr@, será bloquear las redes sociales y apagar su teléfono
  • Otr@ necesitará algunas latas de Red Bull para llegar ala entrega.
  • Otro@, lo será el leer un artículo interesante que sirva de chispa de inspiración.

Por lo que, el acto de escribir un trabajo, necesita de algún clase de energía.

Chispa Creativa

Hacer que l@s niñ@s se coman sus verduras puede ser un proceso difícil. En este caso, los incentivos pueden funcionar como catalizador. El no comer los postres hasta que se hayan terminado la verdura no es tan sólo un juego psicológico de incentivos, a menudo también requiere de menos energía que estar peleándonos constantemente con ell@s para que se coman la verdura. Una vez se han comido la zanahoria, generalmente comerán una tras otra. Aún quieren el postre, por lo que no vamos a necesitar recordarles una y otra vez durante el proceso, vamos a ahorrar mucha energía.

También podemos aplicar el concepto de energía de activación para llevar a cabo cambios de vida drásticos. Cualquiera que se haya enfrentado a algo dramático y difícil (como dejar alguna droga, dejar una relación abusiva, dejar un trabajo o hacer cambios de estilo de vida cruciales) sabe que es necesario llegar a un punto de rotura, un punto de inflexión, en primer lugar. Cuanto más grande y desafiante sea la acción, más energía de activación vamos a necesitar.

Los bebedores de café ansiarán un poco de energía de activación (una taza o dos) para empezar su día si es que han descansado bien. Si no lo han hecho tan bien, van a necesitar mucho más café para tirar el día adelante.

Conclusión

Para entender y utilizar el concepto de energía de activación en nuestras vidas no necesitamos de una licenciatura en química. Mientras que el concepto, tal y como lo usan los científicos, es complejo, nosotr@s podemos usar la idea básica.

Muchos modelos mentales se originan en la ciencia, hay algo un tanto poético en el modo en que el comportamiento humano se refleja en lo que ocurre a nivel microscópico.

Buen Miércoles!! 🙂


Artículo Original: “Activation Energy: The Reason Coffee Helps you Get Going” en Farnam Street Blog