Was ist chemische potentielle Energie?
Chemische potentielle Energie ist Energie, die in Atomen und den Bindungen zwischen Atomen gespeichert ist und durch verschiedene chemische Reaktionen freigesetzt werden kann. Ein Beispiel, mit dem die meisten Menschen vertraut sind, ist die Energie, die beim Verbrennen fossiler Brennstoffe wie Benzin freigesetzt wird. In diesem Fall wird die chemische potentielle Energie des Benzins hauptsächlich als Wärme freigesetzt. Der menschliche Körper setzt die chemische potentielle Energie von Nahrungsmitteln frei, um sie als Brennstoff zu verwenden. Chemische potentielle Energie ist in vielen Verbindungen und Chemikalien enthalten, die sowohl natürlich vorkommen als auch von Menschenhand hergestellt werden.
Die Bindungen zwischen Atomen sind die Quelle aller chemischen potentiellen Energie. Atome mit sehr starken Bindungen vom ionischen oder kovalenten Typ haben ein relativ geringes chemisches Energiepotential, da sie eine große Menge an Fremdenergie benötigen, um die Bindungen einfach aufzubrechen. Schwächere Bindungen haben wie solche vom Typ van der Waal ein höheres chemisches Energiepotential, da sie relativ wenig Energie zum Brechen benötigen.
Energie wird freigesetzt, wenn sich diese Bindungen zwischen Atomen bilden und die Energie bei chemischen Reaktionen nicht erzeugt oder zerstört wird. Dies bedeutet, dass chemische Reaktionen wie mathematische Gleichungen analysiert werden können. Da eine starke Bindung eine große Menge an Energie benötigt, um aufzubrechen, muss dies bedeuten, dass beim Bilden derselben Bindung viel Energie freigesetzt wird. Nach der gleichen Logik wird relativ wenig Energie freigesetzt, wenn sich eine schwache Bindung bildet.
Wenn sich beispielsweise zwei Wasserstoffatome unter Bildung eines Wasserstoffgasmoleküls verbinden, bilden sie eine starke Bindung. Dies erfordert wenig Energie von außen, um dies zu erreichen. Die chemische Energie der Atome wird als Wärme und Licht freigesetzt. Um die Bindung zwischen den beiden Atomen aufzubrechen, muss dieselbe Energiemenge, die beim Binden freigesetzt wurde, angewendet werden, um die Bindung aufzubrechen. Diese Energie wird von den Atomen aufgenommen.
Wir begegnen täglich den Mechanismen der Freisetzung von chemisch potentieller Energie. Das Verbrennen von Benzin in unseren Autos ist nur eine Möglichkeit. Diese Energie wird durch die Kombination von Sauerstoffmolekülen mit den Molekülen des Kraftstoffs freigesetzt. Die Sauerstoffmoleküle und die Brennstoffmoleküle sind mit relativ schwachen Bindungen verbunden. Wenn der Brennstoff verbrennt, werden die Sauerstoff- und Brennstoffmoleküle zerbrochen und rekombinieren als Kohlendioxid- und Wassermoleküle, die beide mit sehr starken Bindungen gebildet werden, so dass eine große Menge an Energie freigesetzt wird. Diese Energie wird dann vom Motor in kinetische Energie umgewandelt und zum Bewegen des Fahrzeugs verwendet.