¿Por qué los compuestos reducidos tienen más energía que su forma oxidada?

No siempre es verdad La energía de una molécula depende de la energía de sus átomos constituyentes. Y para diferentes elementos, la relación entre el estado de oxidación y la energía es diferente .

Por ejemplo, el metano (CH4) tiene una energía más alta que el dióxido de carbono porque contiene carbono muy reducido (¿por qué? Ver a continuación) y el átomo de carbono reducido tiene más energía que el átomo de carbono oxidado . Por otro lado, el oxígeno molecular (O = O) tiene mayor energía que el agua (HOH) porque contiene oxígeno altamente oxidado y el átomo de oxígeno oxidado tiene más energía que el átomo de oxígeno reducido. Esta diferencia surge de la física de estos dos átomos y explica por qué CH4 + O2 -> CO2 + H2O es una reacción exotérmica – los productos tienen mucha menos energía y la diferencia de energía se disipa en forma de calor (como con la quema de madera) o se utiliza para impulsar nuestros cuerpos (como con la oxidación de glucosa y ácidos grasos).

Recuerde que el estado de oxidación de un átomo en una molécula está determinado por los enlaces que tiene con los otros átomos; cuanto más electronegativo es el átomo en relación con otros átomos, más se reduce, ya que arrastra los electrones de enlace hacia sí mismo. Por ejemplo, el carbono en el enlace CH (como en el metano) es más reducido que en el enlace C = O (como en el dióxido de carbono) porque su electronegatividad es más alta que el hidrógeno pero más baja que el oxígeno. Por lo tanto, en el enlace CH, el carbono arrastra los electrones y se reduce mientras que en el enlace C = O los electrones de enlace se desplazan hacia el oxígeno, dejando el carbono en un alto estado de oxidación.

Sientase libre de corregirme.

¿Dónde encontraste esta afirmación (los compuestos reducidos tienen más energía que sus formas oxidadas)? No es universalmente cierto. Tomemos el caso de la biomolécula común adenosina trifosfato (ATP). Cuando se reduce a adeonsina difosfato (ADP), tiene una energía más baja que el ATP.

La energía de una molécula aislada depende (principalmente) de sus enlaces, lo que significa que es un caso específico. La respuesta de John habla sobre el caso específico de oxidación del carbono por combustión, en cuyo caso su afirmación es cierta. Alex perdió la entalpía del enlace OH en su ejemplo. El metanol en realidad tiene más energía que el metano y es por eso que se dedica mucha investigación para encontrar un proceso de conversión eficiente (de modo que podamos usar metanol como fuente de energía) [1]. No dude en corregirme si he cometido un error.

1. Conversión directa de metano en metanol

Esta pregunta es respondida bien por un concepto conocido como Energía Libre de Gibbs. Simplemente dice que hay un nivel de energía asociado con la formación de compuestos, y que hay un cambio en la energía para ir junto con el cambio en la química. Una manera fácil de pensar es observar el calor emitido por un compuesto reducido a medida que se quema (oxida). El carbono simple (C) emite energía, ya que se combina con oxígeno (quemaduras) y se convierte en dióxido de carbono (CO2). El estado de energía libre del carbono simple es cero (el oxígeno también es cero), pero el estado de energía del CO2 es menos (-) 395 kJ / mol. Vea la tabla en la Lista de energías libres de formación estándar de Gibbs. El CO2 está en un estado de energía más bajo que el carbono puro y el oxígeno puro, ya que la energía se liberó en forma de calor.

No siempre es verdad Por ejemplo, el óxido de oro (III) tiene más energía que el metal dorado y el gas oxígeno. Los óxidos de xenón se descomponen en xenón y oxígeno incluso explosivamente.