20 Przykłady energii chemicznej do zrozumienia koncepcji
Wśród przykładów energii chemicznej możemy znaleźć baterie, biomasę, olej, gaz ziemny lub węgiel. Wyjaśnia to koncepcję, że energia chemiczna jest energią zmagazynowaną w produktach chemicznych, co czyni ją energią wewnątrz atomów i cząsteczek.
Przez większość czasu uważa się, że jest to energia wiązań chemicznych, ale termin ten obejmuje również energię zmagazynowaną w układzie elektronowym atomów i jonów.
Jest to forma energii potencjalnej, która nie będzie obserwowana, dopóki nie nastąpi reakcja (Helmenstine, 2017).
Zwykle po uwolnieniu energii chemicznej z substancji substancja ta jest przekształcana w całkowicie nową substancję.
20 wybitnych przykładów energii chemicznej
1- Drewno
Przez tysiące lat drewno było źródłem energii. Wokół ogniska, drewna opałowego i podczas spalania drewna energia chemiczna zgromadzona w wiązaniach cząsteczek celulozy w drewnie uwalnia ciepło i światło (Przykłady energii chemicznej, SF).
Podczas rewolucji przemysłowej silniki parowe, takie jak pociągi, wykorzystywały węgiel jako źródło energii.
Płonący węgiel uwalnia ciepło, które zostało użyte do odparowania wody i wytworzenia energii kinetycznej za pomocą ruchu tłoka.
Chociaż maszyny parowe są obecnie nieużywane, węgiel jest nadal wykorzystywany jako źródło energii do wytwarzania energii elektrycznej i ciepła.
3- Benzyna
Paliwo, paliwa ciekłe, takie jak ropa naftowa lub gaz, są jednymi z najważniejszych ekonomicznie form energii chemicznej dla ludzkiej cywilizacji.
Gdy dostarczane jest źródło zapłonu, te paliwa kopalne przekształcają się natychmiast, uwalniając ogromną ilość energii do procesu.
Energia ta jest wykorzystywana na wiele sposobów, szczególnie w celach transportowych.
Kiedy wejdziesz w akcelerator swojego samochodu, gaz w zbiorniku staje się energią mechaniczną, która napędza samochód do przodu, a następnie wytwarza energię kinetyczną w kształcie samochodu w ruchu.
4- Gaz ziemny
Gdy propan jest spalany w celu gotowania na grillu, energia chemiczna zmagazynowana w wiązaniach cząsteczek propanu rozpada się, a ciepło jest uwalniane do gotowania.
Podobnie gaz ziemny, taki jak metan, jest wykorzystywany jako alternatywa dla benzyny i oleju napędowego do napędzania pojazdów.
5- Potencjał redoks
Pierwiastki chemiczne mają zdolność do uzyskiwania lub akceptowania elektronów. Czyniąc to, pozostają w stanie większej lub mniejszej energii w zależności od elementu.
Gdy jeden element przenosi elektron na inny, różnica między tymi stanami energii nazywana jest potencjałem redoks.
Zgodnie z konwencją, jeśli różnica jest dodatnia, reakcja zachodzi spontanicznie (Jiaxu Wang, 2015).
6- Baterie i ogniwa galwaniczne
7- Energia bioelektryczna
Istnieją pewne gatunki, takie jak węgorze elektryczne ( electrophorus electricus ) lub ryby głębinowe ( melanocetus johnsonii ), które są zdolne do generowania bioelektryczności na zewnątrz.
W rzeczywistości bioelektryczność jest obecna we wszystkich żywych istotach. Przykładem są potencjały błonowe i synapsy neuronalne.
8- Fotosynteza
Podczas fotosyntezy energia światła słonecznego jest przekształcana w energię chemiczną, która jest przechowywana w wiązaniach węglowodanowych.
Następnie rośliny mogą wykorzystać energię zmagazynowaną w wiązaniach cząsteczek węglowodanów do ich wzrostu i naprawy.
9- Jedzenie
Jedzenie, które ludzie jedzą, czy to z rośliny, czy ze zwierzęcia, jest formą zmagazynowanej energii chemicznej, której ciała używają do poruszania się i funkcjonowania.
Gdy gotuje się żywność, część energii jest uwalniana z jej wiązań chemicznych w wyniku zastosowanej energii cieplnej.
Po tym, jak ludzie jedzą, proces trawienia dalej przekształca energię chemiczną w formę, którą mogą wykorzystać ich ciała (Barth, SF).
10 - Oddychanie komórek
Podczas oddychania komórkowego nasze ciała pobierają cząsteczki glukozy i rozbijają wiązania, które utrzymują cząsteczki razem.
Gdy te wiązania są zerwane, energia chemiczna zmagazynowana w tych wiązaniach jest uwalniana i wykorzystywana do wytwarzania cząsteczek ATP, formy użytecznej energii dla nas.
Ruch mięśni jest przykładem tego, jak organizm wykorzystuje energię chemiczną do przekształcenia go w mechaniczny lub kinetyczny.
Przy wykorzystaniu energii zawartej w ATP, zmiany konformacyjne zachodzą w białkach mięśni szkieletowych, powodując ich naprężenie lub rozluźnienie, powodując ruch fizyczny.
12- Rozkład chemiczny
Kiedy żywe istoty umierają, energia zawarta w ich wiązaniach chemicznych musi gdzieś iść. Bakterie i grzyby wykorzystują tę energię w reakcjach fermentacyjnych.
13- Wodór i tlen
Wodór jest lekkim i łatwopalnym gazem. W połączeniu z tlenem uwalnia ciepło wybuchowo.
To była przyczyna tragedii sterowca Hindenburga, ponieważ te pojazdy były napompowane wodorem. Dziś ta reakcja służy do napędzania rakiet w kosmos.
14- Eksplozje
Eksplozje to reakcje chemiczne zachodzące bardzo szybko i uwalniające dużo energii. Po wystrzeleniu materiału wybuchowego energia chemiczna zmagazynowana w materiale wybuchowym zostaje przeniesiona na energię dźwiękową, energię kinetyczną i energię cieplną.
Można je zaobserwować w tworzonym dźwięku, ruchu i cieple.
Przez neutralizację kwasu zasadą uwalniana jest energia. Dzieje się tak, ponieważ reakcja jest egzotermiczna.
16- Kwas w wodzie
Również przy rozcieńczaniu kwasu w wodzie zachodzi reakcja egzotermiczna. Należy dołożyć wszelkich starań, aby uniknąć rozpryskiwania kwasu. Właściwy sposób rozcieńczania kwasu polega zawsze na dodawaniu go do wody i nigdy na odwrót.
17- Żel chłodzący
Zimne pojemniki używane w sporcie są przykładami energii chemicznej. Kiedy wewnętrzna torebka wypełniona wodą pęka, reaguje z granulkami azotanu amonu i tworzy nowe wiązania chemiczne podczas reakcji, absorbując energię z otoczenia.
W wyniku magazynowania energii chemicznej w nowych wiązaniach temperatura zimnego opakowania maleje.
18- Żelowe torby termiczne
Te przydatne torby, które są używane do rozgrzewania zimnych dłoni lub obolałych mięśni, mają w sobie substancje chemiczne.
Po zerwaniu opakowania, aby go użyć, aktywowane są chemikalia. Te chemikalia są mieszane, a uwalniana energia chemiczna wytwarza ciepło, które ogrzewa opakowanie.
19- Aluminium w kwasie chlorowodorowym
W reakcji chemicznej w laboratorium: do roztworu kwasu solnego dodaje się folię aluminiową.
Probówka bardzo się nagrzewa, ponieważ podczas reakcji pęka wiele wiązań chemicznych, uwalniając energię chemiczną, powodując wzrost temperatury roztworu.
Pomimo tego, że nie jest przykładem energii chemicznej, o której warto wspomnieć. Gdy jądro rozszczepienia dzieli się na kilka mniejszych fragmentów.
Te fragmenty lub produkty rozszczepienia są w przybliżeniu równe połowie pierwotnej masy. Emitowane są również dwa lub trzy neutrony.
Suma mas tych fragmentów jest mniejsza niż oryginalna masa. Ta „zniknięta” masa (około 0, 1% pierwotnej masy) została przekształcona w energię zgodnie z równaniem Einsteina (AJ Software & Multimedia, 2015).
Dodatkowe koncepcje zrozumienia energii chemicznej
Reakcje chemiczne wiążą się z wytwarzaniem i rozbijaniem wiązań chemicznych (jonowych i kowalencyjnych), a energia chemiczna układu jest energią uwalnianą lub absorbowaną w wyniku wytwarzania i rozerwania tych wiązań.
Łamanie wiązań wymaga energii, tworząc wiązania uwalnia energię, a globalna reakcja może być endergiczna (ΔG 0) w oparciu o ogólne zmiany stabilności reagentów do produktów (energia chemiczna, SF).
Energia chemiczna odgrywa kluczową rolę w każdym dniu naszego życia. Poprzez proste reakcje i chemię redoks, rozpad i tworzenie się ogniw, energia może być wydobyta i wykorzystana w użyteczny sposób (Solomon Koo, 2014).
