Wat is potentiële chemische energie?

Potentiële chemische energie is energie die is opgeslagen in een materiaal dat door een chemische reactie kan worden vrijgegeven. Deze energie kan afkomstig zijn van het combineren van atomen of moleculen of van het uit elkaar breken van moleculen. Het komt vrij in de vorm van warmte, licht of beide. Gewoonlijk is een soort trigger nodig om potentiële energie vrij te maken, maar deze trigger kan zo simpel zijn als het eenvoudigweg mengen van twee materialen, zoals het toevoegen van het zeer reactieve metaal, kalium, met water, wat resulteert in een zeer sterke reactie die veel vrijgeeft van warmte.

Het vormen en verbreken van bindingen tussen atomen is de bron van alle potentiële chemische energie. Afhankelijk van de sterkte van dergelijke bindingen zal de hoeveelheid opgeslagen energie variëren. Zeer sterke obligaties slaan een kleine hoeveelheid energie op, en zwakke obligaties slaan grotere hoeveelheden op. Sterke bindingen zijn zeer stabiel en vereisen extra energie om te breken, wat betekent dat er minder energie vrijkomt bij breuk. Het tegenovergestelde geldt voor zwakke bindingen, dus ze hebben weinig extra energie nodig als trigger om te breken en veel energie vrij te geven.

Dit principe van potentiële chemische energie is de basis voor ons gebruik van veel van 's werelds energiebronnen. Koolwaterstofbrandstoffen, ook bekend als fossiele brandstoffen, zoals steenkool, aardolie en de geraffineerde derivaten ervan, bevatten zeer grote hoeveelheden potentiële chemische energie. Bij verbranding worden de moleculen van deze stoffen gecombineerd met zuurstof. Dit resulteert in het verbreken van enkele van de moleculaire bindingen tussen bepaalde atomen in de moleculen en de vorming van andere wanneer zuurstofatomen worden opgenomen in de moleculaire structuur, een proces dat bekend staat als oxidatie. Het resultaat is de afgifte van potentiële chemische energie in de vorm van warmte en licht, maar met name warmte, die wordt benut en gebruikt om machines van stroom te voorzien en omgezet in elektriciteit.

Opgeslagen energie wordt uitgedrukt in standaard internationale eenheden (SI) van megajoule per kilogram (Mj / kg), en de hoeveelheid energie die in een stof is opgeslagen in relatie tot een gegeven massa wordt energiedichtheid genoemd. Dit maakt een vergelijking mogelijk van de hoeveelheid potentiële chemische energie die in massa in een stof is opgeslagen. Dit type energie kan op verschillende manieren worden vrijgegeven. Voor fossiele brandstoffen komt het meestal vrij bij verbranding. Voor stoffen zoals voedsel komt het vrij tijdens de metabolische processen van het lichaam, die chemisch identiek zijn aan verbranding, maar veel langzamer en gecontroleerd worden uitgevoerd.

Explosieven zoals dynamiet en nitroglycerine geven hun potentiële chemische energie zeer snel af, waardoor ze hun explosieve eigenschappen krijgen. De meeste explosieven hebben een relatief lage hoeveelheid potentiële chemische energie per massa, zelfs in vergelijking met dingen zoals suiker, maar vanwege hun chemische eigenschappen kan deze energie vrijwel onmiddellijk worden vrijgegeven. Nitroglycerine bevat bijvoorbeeld 6,5 Mj / kg en rauw suikerriet bevat 19 Mj / kg.