انرژی شیمیایی چیست و چه نقشی در زندگی روزمره ما دارد؟

انرژی شیمیایی انرژی ذخیره شده در پیوندهای  موجود در ترکیبات شیمیایی است این انرژی ممکن است طی یک واکنش شیمیایی آزاد شود که اغلب به صورت گرما خواهد بود به چنین واکنشی گرمازا گفته می شود.

واکنش هایی که برای ادامه کار به گرما نیاز دارند ممکن است مقداری از آن انرژی را در پیوندهای تازه تشکیل شده خود ذخیره کنند که به این واکنش گرماگیر گفته می شود.

این انرژی معمولا به انواع دیگر انرژی ها تبدیل می شود. مثلا انرژی موجود در مواد غذایی توسط بدن به انرژی مکانیکی و گرما تبدیل می شود و  انرژی موجود در زغال سنگ در نیروگاه به انرژی الکتریکی تبدیل می شود. این انرژی نهفته در باتری ها می تواند از طریق الکترولیز برای تأمین برق استفاده شود. در ادامه مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک توضیحات بیشتری در این رابطه ارائه خواهد شد لطفا همراه ما بمانید.

انرژی شیمیایی چیست؟

انرژی شیمیایی، انرژی ذخیره شده در آرایش اتمی موجود در داخل مولکول ها است. ما قبلا در درس کلاس علوم پایه چهارم و ششم و هشتم با این انرژی آشنا شده ایم. این انرژی با وقوع یک واکنش شیمیایی آزاد می شود. وقتی این انرژی آزاد شود ماده ای که در واکنش شرکت کرده است به ماده ای کاملاً جدید تبدیل خواهد شد.

این انرژی فقط در صورت رخ دادن واکنش قابل مشاهده و اندازه گیری است. لازم به ذکر است که همه سوخت ها حاوی انرژی شیمیایی هستند. این انرژی می تواند آزاد یا جذب شود. به عنوان مثال ، احتراق بیش از آنچه برای شروع واکنش نیاز دارد،  انرژی آزاد می کند ولی فتوسنتز انرژی بیشتری نسبت به آنچه آزاد می کند، جذب خواهد کرد.

انرژی شیمیایی چگونه کار می کند؟

این انرژی پرکاربردترین نوع انرژی در دنیا است زیرا برای انسان و جهان طبیعی بسیار حائز اهمیت است.  در ادامه چند نمونه از این انرژی عنوان شده است:

غذایی که می خوریم حاوی انرژی شیمیایی به صورت ذخیره شده است. با شل شدن یا شکستن پیوند بین اتم های موجود در غذا ، یک واکنش اتفاق می افتد و ترکیبات جدیدی تولید می شوند. انرژی حاصل از این واکنش ما را گرم نگه می دارد ، به ما کمک می کند تا حرکت کنیم و به ما امکان رشد می دهد. غذاهای مختلف مقادیر متفاوتی انرژی در خود ذخیره می کنند.

یکی دیگر از مثال ها در این زمینه چوب خشک است که حاوی مقدار زیادی انرژی ذخیره شده است. وقتی که ما چوب را در یک شومینه می سوزانیم این انرژی آزاد شده و به گرما و نور تبدیل می شود. به دنبال این واکنش چوب به یک ماده جدید یعنی خاکستر تبدیل می شود.

راه های آزاد شدن انرژی شیمیایی چیست؟

سوخت های فسیلی مانند نفت ، زغال سنگ و گاز طبیعی برخی از مولکول های غنی از انرژی هستند که به طور طبیعی در زمین وجود دارند. اینها مولکول های هیدروکربنی بزرگی هستند که از گیاهان و جانوران زنده و مرده صدها میلیون سال قبل تشکیل شده اند و حاوی مقادیر زیادی انرژی نهفته هستند. این سوخت های فسیلی استخراج شده و به سطح زمین آیند و برای حمل و نقل ، تولید برق و سایر مصارف استفاده می شوند. سوخت های فسیلی به دلیل انرژی شیمیایی ذخیره شده بسیار ارزشمند هستند زیرا می توان انرژی موجود در آنها را به روش های مختلف مورد استفاده قرار داد.

استفاده از سوخت فسیلی از جمله بنزین و گازوییل در وسایط نقلیه یک مثال تبدیل انرژی شیمیایی به حرکتی است که نقش بسیار مهمی در حمل و نقل دارد که برای زندگی امروزه انسان ها بسیار حائز اهمیت است. علاوه بر این هنگام پارو زدن انرژی شیمیایی موجود در عضلات به انرژی حرکتی تبدیل می شود که یکی از هزاران مثال در رابطه با تبدیل انرژی ها می باشد.

راه های استفاده از انرژی شیمیایی

در دنیای علم، انرژی شیمیایی ناشی از یک واکنش شیمیایی به عنوان شکلی از انرژی پتانسیل است. انرژی شیمیایی در پیوندهای ترکیبات شیمیایی – مولکول ها و اتم هایی که دنیای اطراف ما را می سازند – ذخیره می شود. هنگامی که انرژی شیمیایی از یک ماده آزاد می شود، ماده به یک ماده کاملاً جدید تبدیل می شود. تغییرات شیمیایی در مقدار انرژی ممکن است گرمازا باشد زمانی که انرژی آزاد می شود یا گرماگیر که در آن واکنش برای انجام واکنش نیاز به انرژی دارد.

مانند تمام اشکال انتقال انرژی، واکنش های شیمیایی کل انرژی را در جهان ما حفظ می کند (به پیروی از قانون اول ترمودینامیک، که قانون بقای انرژی نیز نامیده می شود). با توجه به این خاصیت، انرژی فقط می تواند شکل خود را تغییر دهد (با تشکیل پیوندهای جدید یا شکستن پیوندهای قدیمی)، اما انرژی کل یک سیستم همیشه ثابت است. نمونه های کلاسیک دیگر استفاده از انرژی شیمیایی عبارتند از:

احتراق سوخت: مانند بنزینی که در ماشین خود می ریزید. فرآیند احتراق انرژی شیمیایی ذخیره شده در بنزین را آزاد می کند و انرژی لازم برای حرکت خودرو را فراهم می کند.

هضم غذا: بدن ما غذا را از طریق یک واکنش شیمیایی تجزیه می کند و انرژی ذخیره شده در مولکول های غذا را آزاد می کند. سپس از این انرژی برای حرکت، رشد، ترمیم و سایر فرآیندهای فیزیولوژیکی استفاده می شود.

استفاده از باتری: هنگامی که باتری یک دستگاه را تغذیه می کند، یک واکنش شیمیایی در باتری رخ می دهد و انرژی شیمیایی ذخیره شده ای را که دستگاه به عنوان برق استفاده می کند آزاد میشود.

استفاده در فتوسنتز: زمانی که از نور خورشید برای تهیه غذا برای خود استفاده می کنند، فتوسنتز را انجام می دهند. در طی فتوسنتز، انرژی خورشیدی در این فرآیند به انرژی شیمیایی تبدیل می شود. انرژی شیمیایی به صورت هیدروکربن هایی مانند گلوکز (یا شکر) ذخیره می شود. فتوسنتز در برگ های گیاه اتفاق می افتد و این فرآیند به نور خورشید، آب و دی اکسید کربن نیاز دارد.

انرژی شیمیایی بیشتر به چه انرژیهایی تبدیل میشود

انرژی شیمیایی به انرژی ذخیره ‌شده در پیوندهای شیمیایی ترکیبات مختلف اشاره دارد که هنگام انجام واکنش‌ های شیمیایی آزاد می ‌شود. این انرژی طی فرایندهای طبیعی بیشتر به چند نوع انرژی دیگر تبدیل می ‌شود که آنها نیز کاربردهای ویژه ای دارند. انرژی شیمیایی بیشتر از هر انرژی دیگری به انرژی گرمایی تبدیل می شود. مثلا هنگام سوختن گاز، بنزین یا چوب، انرژی شیمیایی ذخیره‌ شده در آنها به گرما تبدیل می‌ شود از ما انسان ها برای پخت‌ و پز، گرم کردن خانه یا تولید بخار در نیروگاه‌ ها از آن استفاده می کنیم.

انرژی شیمیایی همچنین می تواند به انرژی الکتریکی تبدیل شود. در باتری ‌ها و پیل‌ های الکتروشیمیایی واکنش‌های شیمیایی رخ می دهد که باعث حرکت الکترون ‌ها و تولید جریان الکتریکی می‌ شوند.

انرژی شیمیایی همچنین می‌تواند به انرژی مکانیکی (حرکتی) تبدیل شود. مثلا ما وقتی غذا می خوریم انرژی شیمیایی مواد غذایی برای حرکت عضلات، راه رفتن و انجام فعالیت‌ های بدنی استفاده می شود.

یکی دیگر از این تبدیل‌ها، تبدیل انرژی شیمیایی به انرژی نوری است مثلا وقتی شمع روشن می کنیم انرژی موجود در ترکیبات بکار رفته در ساخت شمع به نور تبدیل می شود.