Conservación de la energía

La energía se puede convertir de una forma a otra, pero toda la energía presente antes de que ocurra un cambio siempre existe en alguna forma después de que el cambio se haya completado. Esta observación se expresa en la ley de conservación de la energía: Durante un cambio químico o físico, la energía no puede ser creada ni destruida, aunque puede ser cambiada en forma.

Según la ley de conservación de la materia, no hay ningún cambio detectable en la cantidad total de materia durante un cambio químico. Cuando ocurren reacciones químicas, los cambios de energía son relativamente modestos, y los cambios de masa son demasiado pequeños para ser medidos. Así, las leyes de conservación de la materia y la energía coinciden. Sin embargo, en las reacciones nucleares, los cambios en la energía son mucho mayores (por factores de más o menos un millón), los cambios en la masa son mensurables y las conversiones materia-energía son significativas. 

Transferencia de energía y energía interna

Las sustancias actúan como reservorios de energía, lo que significa que se les puede añadir energía o retirarla de ellas. La energía se almacena en una sustancia cuando se eleva la energía cinética de sus átomos o moléculas. La mayor parte de la energía cinética puede ser en forma de traslaciones incrementadas (movimientos de desplazamiento o de línea recta), vibraciones o rotaciones de los átomos o moléculas. Cuando se pierde energía térmica, la intensidad de estos movimientos disminuye y la energía cinética cae. 

El total de todos los tipos de energía posibles presentes en una sustancia se llama energía interna (U), a veces simbolizada comoE.

A medida que un sistema sufre un cambio, su energía interna puede cambiar, y la energía puede ser transferida del sistema al entorno, o del entorno al sistema. Así, el entorno también experimenta un cambio igual y opuesto en su energía.

La energía interna es un ejemplo de una función de estado (o variable de estado), mientras que el calor y el trabajo no son funciones de estado. El valor de una función de estado depende sólo del estado en el que se encuentra un sistema y no de cómo se alcanza dicho estado. Si una cantidad no es una función de estado, su valor depende de cómo se alcance el estado. Un ejemplo de una función de estado es la altitud o la elevación. De pie en la cima del Monte Kilimanjaro a una altitud de 5895 m, no importa cómo fue alcanzada, si alguien escaló hasta allí o llegó en paracaídas hasta allí. Sin embargo, la distancia recorrida hasta la parte superior del Kilimanjaro no es una función de estado. Uno podría subir a la cima por una ruta directa o por un camino más indirecto y tortuoso. Por lo tanto, las distancias recorridas diferirían (la distancia no es una función de estado); sin embargo, la elevación alcanzada sería la misma (la altitud es una función de estado).

Este texto ha sido adaptado de OpenStax, Química 2e, Sección 5.1: Fundamentos de la Energía y OpenStax, Química 2e, Sección 5.3: Entalpía.