Esta respuesta prolongada también explica por qué su automóvil funciona con gasolina en lugar de hamburguesas con queso.
Hay algunas cosas para desempacar aquí. Primero, un átomo cargado positivamente se llama un ion. No creo que eso sea lo que realmente estás preguntando. Estás interesado en la energía. Y sí, tienes razón, los átomos contienen una cantidad neta positiva de energía. Entonces deberíamos ser capaces de aprovechar esa energía en lugar de comer, ¿verdad? No tan rapido.
En química junior, aprenderás sobre los estados de energía de los electrones y los depósitos de valencia a través del modelo de Bohr. Este es el concepto de que a los electrones les gusta sentarse en diferentes estados de energía dependiendo de cuántos otros electrones ya ocupan un número finito de posiciones disponibles.
Piense en el núcleo como un escenario en un pequeño local de música con capacidad para un par de cientos de miembros de la audiencia. La primera fila tiene 2 asientos. La siguiente fila tiene 8, y la siguiente tiene 18, y así sucesivamente. Los miembros de la audiencia se mueven constantemente entre filas para acercarse al frente, llenar una fila o proporcionar simetría al sistema. Cada vez que se mueven de una fila a otra, la energía es consumida o producida por el sistema.
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A continuación en nuestro experimento mental, vamos a volar las paredes, y ahora somos parte de un festival de música con múltiples escenarios. Todavía tenemos el mismo número de asientos, pero algunos de los asientos se superponen con otras etapas, y los miembros de la audiencia pueden moverse libremente entre los shows. Esto representa los enlaces químicos dentro de una molécula donde tienes un grupo de núcleos cercanos entre sí, cada uno con un número fijo de posiciones de electrones (asientos), y un grupo de electrones que se mueven libremente entre las etapas.
Digresión: La gran mayoría de los festivales de música (moléculas) tienen 2-3 etapas; algunos tienen cientos de etapas; y otros (gases nobles) solo tienen 1 etapa. Por ejemplo, Agua, H2O, tiene 3 etapas. Arena, SiO2, tiene 3 etapas. Combinadas, el agua y la arena constituyen la mayor parte de la superficie de nuestro planeta. /Digresión.
Los electrones en las primeras filas generalmente permanecerán donde están porque están más cerca del núcleo y están limitados por la fuerza EM del núcleo más que los electrones en las filas posteriores. Requiere mucha energía para que retrocedan suficientes filas para llegar a otro espectáculo.
Los electrones en las filas posteriores son completamente diferentes y tienen el último caso de OCD. Podrían saltar entre etapas miles de veces por segundo, ya que intercambian constantemente lugares con otros electrones de valencia. Esto no causa ninguna reacción. Es solo un día en la vida de un electrón de concha de valencia.
Podemos agregar un escenario a nuestro festival, al igual que podemos unir un nuevo átomo a nuestra molécula. De manera similar, podemos eliminar un escenario o romper el festival a lo largo de una línea, al igual que podemos separar las moléculas para hacer moléculas más pequeñas. Cualquiera de estas reacciones puede provocar que el sistema libere o consuma energía.
En química superior, aprenderás sobre química orgánica, que es solo una palabra elegante para cadenas muy largas de carbono, hidrógeno y pequeños fragmentos de otras cosas. La mayoría de los otros elementos tienen un número limitado de cosas que puedes hacer con ellos. Los gases nobles, por ejemplo, tienen carcasas de valencia completas: la fila más alejada para contener un electrón está llena, y la fila que está detrás está vacía. Esto nos da una situación extraña en que ningún electrón necesita moverse hacia adelante o hacia atrás porque cada electrón ha encontrado el lugar que le corresponde (de ahí el término noble, ¿quizás?) Los electrones nunca necesitan moverse, por lo que un átomo de gas noble no se unirá o Reacciona a cualquier otro átomo incluyendo su propia clase.
El carbón, a la inversa, tiene exactamente la mitad de la segunda fila llena, lo que lo hace ideal para crear largas cadenas de sí mismo con hidrógeno. Esas cadenas pueden ser realmente largas y complicadas. Hay más cosas que puedes hacer con estas cadenas que todas las demás configuraciones de átomos combinadas. Nuestra comida, nosotros, nuestra ropa y muebles, y la mayoría de las cosas que ve a su alrededor todos los días están hechas de estas largas cadenas de carbono e hidrógeno, denominadas hidrocarburos .
Estos hidrocarburos contienen una gran cantidad de energía que puede ser aprovechada cuando rompemos los enlaces de hidrocarburos en nuestro estómago ácido.
El gas utilizado en su automóvil es químicamente similar a nuestro alimento, ya que está hecho de cadenas de hidrocarburos. Sin embargo, la gasolina tiene más densidad de energía que nuestros alimentos. (¿Quizás porque las cadenas son más cortas?) También es menos estable, lo que facilita el desbloqueo en una explosión controlada. Es por eso que su automóvil funciona con gasolina en lugar de hamburguesas con queso.