ما علاقة الطاقة بالكيمياء؟
الطاقة الكيميائية هي الطاقة المخزنة في روابط المركبات الكيميائية . قد تنطلق الطاقة الكيميائية أثناء التفاعل الكيميائي، غالبًا في شكل حرارة؛ وتسمى مثل هذه التفاعلات بالتفاعلات الطاردة للحرارة. قد تخزن التفاعلات التي تتطلب إدخال الحرارة للمتابعة بعضًا من هذه الطاقة كطاقة كيميائية في الروابط المتكونة حديثًا.
تنطلق الطاقة الكيميائية المخزونة في الجزيئات والذرات عند تكوّن روابط كيميائية جديدة. من الممكن القول، أيضاً، إن الروابط الجديدة المُتَكوّنة في التفاعل الكيميائي الذي يُطلِق طاقة إلى البيئة المحيطة، تكون أكثر ثباتاً من الروابط الكيميائية التي كانت موجودة في الجسيمات المتفاعلة.
في التفاعلات الكيميائية، تتحرر الطاقة إذا كانت العملية مصدرية، وتمتص إذا كانت استيعابية. يعطي المواد الابتدائية لتفاعل استيعابي، بالإضافة إلى كمية معينة من الحرارة (الطاقة) المنتجات. يمكن إثبات أن طاقة المنتجات تساوي مجموع الطاقة التي كانت تحتويها المواد الابتدائية بالإضافة إلى الحرارة المضافة.
الطاقة التي يتم تخزينها في روابط المركبات الكيميائية (الجزيئات والذرات). يتم إطلاقها في التفاعل الكيميائي وتنتج في الغالب الحرارة كمنتج ثانوي، والمعروف باسم التفاعل الطارد للحرارة. ومن أمثلة الطاقة الكيميائية المخزنة الكتلة الحيوية والبطاريات والغاز الطبيعي والبترول والفحم ، البطاريات والكتلة الحيوية والبترول والغاز الطبيعي والفحم هي أمثلة على الطاقة الكيميائية. على سبيل المثال، يتم تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة حرارية عندما يحرق الناس الخشب في الموقد أو يحرقون البنزين في محرك السيارة.
لا يمكن ملاحظة الطاقة الكيميائية وقياسها إلا عند حدوث تفاعل كيميائي . تحتوي أي مادة تعتبر وقودًا على طاقة كيميائية. يمكن إطلاق الطاقة أو امتصاصها.
تتحول الطاقة الكيميائية إلى كهرباء
ومثال على ذلك البطارية: هي جهاز يخزن الطاقة الكيميائية ويحولها إلى طاقة كهربائية. تتضمن التفاعلات الكيميائية في البطارية تدفق الإلكترونات من مادة (قطب كهربائي) إلى أخرى، عبر دائرة خارجية . يوفر تدفق الإلكترونات تيارًا كهربائيًا يمكن استخدامه للقيام بالعمل.
ما هي عيوب الطاقة الكيميائية؟
بادئ ذي بدء، الطاقة الكيميائية ليست شكلاً نظيفاً من أشكال الطاقة . فمعظم أشكال الطاقة الكيميائية لا يمكن الحصول عليها إلا من خلال الاحتراق، أو أشكال أخرى من الاستهلاك، أو إنتاج المنتجات الثانوية. وكثيراً ما تكون الانبعاثات منتجاً ثانوياً لهذه العمليات، وهو ما قد يؤثر سلباً على الكوكب.
الطاقة الكيميائية متوفره في الطبيعة ومن أهمها أنواع الوقود الموجود مثل النفط والفحم والغاز الطبيعي وكذلك الخشب، والطاقة الكيميائية تربط بين ذرات الجزيء الواحد بعضها ببعض في المركبات الكيميائية أو مكونات النواة في العناصر التي تدخل ضمن تفاعلات الانشطار والاندماج النووي.
استخدام الطاقة الكيميائية في الصناعات
من الوجهة التقنية يعتبر الوقود طاقة كيميائية مختزنة، وعندما نحرقها مثلما في محرك الاحتراق الداخلي أو الطائرة النفاثة فهي تتحول إلى طاقة ميكانيكية . كما يمكن لخلية الوقود تحويل طاقة تفاعل كيميائي إلى طاقة كهربائية مباشرة .
وعند استخدام بطارية تتحول الطاقة الكيميائية عن طريق تفاعل أكسدة-اختزال إلى طاقة كهربائية مباشرة . كما يعمل المركم بطريقة مشابهة لعمل البطارية، ولكنه يتميز عن البطارية أنه يمكن إعادة شحنه وخلال تلك العملية تتحول الطاقة الكهربائية فيه إلى طاقة كيميائية مختزنة إلى حين وقت استخدامها .
ما هي الطاقة الكيميائية الموجودة في الغذاء؟
يحتوي الطعام على طاقة كيميائية. الطاقة الكيميائية هي الطاقة المخزنة في الروابط . يحتوي الطعام على البروتينات والدهون والكربوهيدرات؛ وكل هذه تحتوي على الكثير من الروابط الأيونية والتساهمية. تُعرف كل الطاقة الموجودة في هذه الروابط بالطاقة الكيميائية، ويمكن إطلاقها على شكل ATP في الخلايا البشرية.
إن عملية التمثيل الغذائي في الكائنات الحية وتنتج حرارة وشغل، مثلا 37 درجة مئوية . وعندما نقوم بعمل أو نحمل حملا أو نجري يزداد احتراق الغذاء في الجسم، لذلك نعرق إذ لولا العرق لارتفعت درجة حرارة جسمنا إلى درجات حرارة خطيرة . فالعرق يهدي من حرارة الجسم الزائدة . والنباتات الخضراء فهي تحول طاقة الشمس إلى طاقة كيميائية عن طريق التمثيل الضوئي ، ويمكنها تكوين السكر الذي هو وقود لأجسامنا، ويمكننا صناعة الكحول من السكر ونشعل به موقدا أو نُسيّر به سيارة .
جزيء الادينوسين الثلاثي الفوسفات (ATP) هو الجزيء الذي يخزن الطاقة الكيميائية في الكائنات الحية.