Co to jest potencjalna energia chemiczna?
Potencjalna energia chemiczna to energia zmagazynowana w materiale, który może zostać uwolniony w wyniku reakcji chemicznej. Energia ta może pochodzić z łączenia atomów lub cząsteczek lub z rozbijania cząsteczek na części. Jest uwalniany w postaci ciepła, światła lub obu. Zwykle pewien rodzaj wyzwalacza jest niezbędny do uwolnienia energii potencjalnej, ale wyzwalacz ten może być tak prosty, jak tylko zmieszanie dwóch materiałów razem, na przykład dodanie wysoce reaktywnego metalu, potasu, z wodą, co powoduje bardzo silną reakcję, która uwalnia wiele ciepła.
Tworzenie i zrywanie wiązań między atomami jest źródłem całej potencjalnej energii chemicznej. W zależności od siły takich wiązań ilość zmagazynowanej energii będzie się różnić. Bardzo silne wiązania przechowują niewielką ilość energii, a słabe wiązania przechowują większe ilości. Silne wiązania są bardzo stabilne i wymagają dodatkowej energii do zerwania, co oznacza, że przy zerwaniu uwalniana jest mniejsza energia. Przeciwnie jest w przypadku słabych wiązań, więc wymagają one niewiele dodatkowej energii jako czynnika wyzwalającego do zerwania i uwolnienia dużej ilości energii.
Ta zasada potencjalnej energii chemicznej stanowi podstawę naszego wykorzystania wielu światowych źródeł energii. Paliwa węglowodorowe, znane również jako paliwa kopalne, takie jak węgiel, ropa naftowa i jej rafinowane pochodne, zawierają bardzo duże ilości potencjalnej energii chemicznej. Po spaleniu cząsteczki tych substancji łączą się z tlenem. Powoduje to zerwanie niektórych wiązań molekularnych między niektórymi atomami w cząsteczkach i tworzenie innych, gdy atomy tlenu są włączone do struktury molekularnej, proces znany jako utlenianie. Rezultatem jest uwolnienie potencjalnej energii chemicznej w postaci ciepła i światła, ale szczególnie ciepła, które jest wykorzystywane i wykorzystywane do zasilania maszyn i przekształcane w elektryczność.
Energia zmagazynowana jest wyrażona w standardowych jednostkach międzynarodowych (SI) megadżuli na kilogram (Mj / kg), a ilość energii zmagazynowanej w substancji w stosunku do danej masy nazywa się gęstością energii. Pozwala to na porównanie masy potencjalnej energii chemicznej zmagazynowanej w jednej substancji do drugiej. Ten rodzaj energii może być uwalniany na różne sposoby. W przypadku paliw kopalnych jest zwykle uwalniany przez spalanie. W przypadku substancji takich jak żywność jest uwalniany podczas procesów metabolicznych organizmu, które są chemicznie identyczne z paleniem, ale są przeprowadzane znacznie wolniej i kontrolowane tempo.
Materiały wybuchowe, takie jak dynamit i nitrogliceryna, bardzo szybko uwalniają swoją potencjalną energię chemiczną, co nadaje im właściwości wybuchowe. Większość materiałów wybuchowych ma względnie małą ilość potencjalnej energii chemicznej masowo, nawet w porównaniu do takich rzeczy jak cukier, ale ich właściwości chemiczne pozwalają na natychmiastowe uwolnienie tej energii. Na przykład nitrogliceryna zawiera 6,5 Mj / kg, a surowa trzcina cukrowa zawiera 19 Mj / kg.