Denís Paredes Roibás / José M.ª Gavira Vallejo
Es mucho más sencillo diseñar experimentos que muestren el concepto de reacción exotérmica que el de reacción endotérmica. En las primeras se absorbe calor y se produce un aumento de la temperatura del medio; en las segundas el medio se enfría. Pero los experimentos en los que esta última observación se puede hacer de forma patente a menudo requieren productos químicos difíciles de conseguir. Sin embargo, la reacción endotérmica que se explica a continuación se puede realizar con materiales de fácil obtención.
El experimento
Se vierte ácido acético en un vaso y se introduce un termómetro, midiéndose la temperatura. Tras esto se añade bicarbonato de sodio (hidrogenocarbonato de sodio, NaHCO3). La mezcla comenzará a burbujear, señal de que se está produciendo una reacción química. Se mide la temperatura varias veces y se comprobará que va disminuyendo con el tiempo.
Explicación
Al disolver ácido acético en agua se produce su disociación:
CH3COOH + 2 H2O ⇌ CH3COO– + H3O+
Por su lado, el hidrogenocarbonato de sodio se disocia en iones hidrogenocarbonato (HCO3–) e iones Na+. El ion hidrogenocarbonato muestra dos tendencias. Una es a liberar un protón, comportándose como un ácido:
HCO3– + H2O ⇌ CO3– + H3O+
La otra es a hidrolizarse:
HCO3– + H2O ⇌ H2CO3 + OH–
Esta segunda reacción prevalece sobre la primera por tener mayor constante de equilibrio, y esa es la razón de que una disolución de bicarbonato sea ligeramente alcalina. Para ser rigurosos hay que matizar que la anterior reacción es solo “teórica”, ya que el ácido carbónico no es estable en agua y en realidad lo que aparecen son sus especies de descomposición: CO2 y H2O:
H2CO3 ⟶ H2O + CO2
Al añadir bicarbonato al agua, el CO2 se va desprendiendo de manera lenta. Pero si se agrega ácido acético, los iones H3O+ que este produce van neutralizando a los OH– que crea la hidrólisis del hidrogenocarbonato. Por el principio de Le Châtelier, la desaparición de OH– supone la creación de más “H2CO3”, es decir, de CO2.
Todo lo argumentado se podría resumir mediante esta reacción ácido-base de neutralización del ácido acético (que es débil) con el hidrogenocarbonato de sodio (base débil):
CH3COOH + NaHCO3 ⇌ CO2 + H2O + CH3COONa
Esta reacción es endotérmica, lo que provoca que la disolución se enfríe. Sin embargo, es espontánea.
La causa de la espontaneidad
Es más probable que una reacción exotérmica (ΔH < 0) sea espontánea que lo sea una reacción endotérmica (ΔH > 0). Pero recordemos que lo que decide la espontaneidad o no espontaneidad de una reacción es el cambio de energía de Gibbs:
ΔG = ΔH – T ΔS
El cambio de ΔG debe ser negativo (ΔG < 0) para que la reacción sea espontánea. Como se deduce inmediatamente de la expresión anterior, y dado que T siempre es positivo, esa condición se va a cumplir siempre que ΔH sea negativo e ΔS sea positivo. En el caso que nos ocupa, ΔH es positivo; por lo tanto, la única explicación de que la reacción sea espontánea es que el cambio de entropía sea positivo y que su valor sea relativamente alto.
Como es sabido, la entropía es una magnitud que se podría decir que mide el grado de “desorden” de un sistema termodinámico. Las moléculas de un compuesto determinado tienen menos entropía cuando están ordenadas en un sólido cristalino que cuando se encuentran en fase líquida (es decir, cuando el compuesto está fundido), y la entropía es aún mayor cuando las moléculas se encuentran en fase gaseosa.
En la reacción de neutralización del ácido acético y el hidrogenocarbonato de sodio hay un factor que claramente favorece un aumento de la entropía: la producción de un gas, el CO2. Otro factor que influye es el hecho de que el número de moles de productos en la reacción es mayor que el de los reactivos.
Referencia
JM1999. The Vinegar and Baking Soda Reaction! Instructables. https://www.instructables.com/id/The-vinegar-and-baking-soda-reaction-in-different-/.
Este experimento pertenece al libro:
Denís Paredes Roibás, José M.ª Gavira Vallejo: 125 experimentos de química insólita para la Enseñanza de Física y Química. Triplenlace.com, 2025. https://triplenlace.com/aula-libros/125eqi/ .
