Химическая энергия

редактировать

Способность химического вещества претерпевать трансформацию в результате химической реакции с преобразованием других химических веществ

Химическая энергия - это способность химического вещества подвергнуться химической реакции превращаться в другие вещества. Примеры включают батареи, продукты питания, бензин и т. Д. Разрыв или образование химических связей требует энергии, которая может либо поглощаться, либо выделяться из химической системы.

Энергия, которая может выделяться или поглощаться в результате реакции между набором химических веществ, равна разнице между содержанием энергии продуктов и реагентов, если начальная и конечная температуры одинаковы. Это изменение энергии можно оценить по энергиям связи различных химических связей в реагентах и продуктах. Его также можно вычислить из $Δ U f ∘ реагентов {\ displaystyle \ Delta {U_ {f} ^ {\ circ}} _ {\ mathrm {реагентов}}}$ $\ Delta {U_ {f} ^ {\ circ}} _ {{{\ mathrm {реагенты}}}}$ , внутренняя энергия образования реагентов молекул, и $Δ U f ∘ products {\ displaystyle \ Delta {U_ {f} ^ {\ circ}} _ {\ mathrm {products} }}$ $\ Delta {U_ {f} ^ {\ circ}} _ {{{\ mathrm {products}}}}$ внутренняя энергия образования молекул продукта. Изменение внутренней энергии химического процесса равно теплообмену, если оно измеряется в условиях постоянного объема и одинаковой начальной и конечной температуры, как в закрытом контейнере, таком как калориметр с бомбой. Однако в условиях постоянного давления, как в реакциях в сосудах, открытых в атмосферу, измеренное изменение тепла не всегда равно изменению внутренней энергии, потому что работа давление-объем также высвобождает или поглощает энергию. (Изменение тепла при постоянном давлении называется изменением энтальпии ; в данном случае энтальпией реакции, если начальная и конечная температуры равны).

Еще один полезный термин - теплота сгорания, которая представляет собой энергию, в основном состоящую из слабых двойных связей молекулярного кислорода, высвобождаемого в результате реакции горения, и часто применяется изучение топлива. Пища похожа на углеводородное и углеводное топливо, и когда оно окисляется до диоксида углерода и воды, выделяемая энергия аналогична теплоте сгорания (хотя и не оценивается так же, как углеводородное топливо - см. энергия пищи ).

Химическая потенциальная энергия - это форма потенциальной энергии, относящаяся к структурному расположению атомов или молекул. Такое расположение может быть результатом химических связей внутри молекулы или иным образом. Химическая энергия химического вещества может быть преобразована в другие формы энергии с помощью химической реакции. Например, при сжигании топлива химическая энергия молекулярного кислорода преобразуется в тепло, и то же самое происходит в случае переваривания пищи, метаболизируемой в биологическом организме. Зеленые растения преобразуют солнечную энергию в химическую энергию (в основном из кислорода) посредством процесса, известного как фотосинтез, а электрическая энергия может быть преобразована в химическую энергию и наоборот посредством электрохимической реакции.

Аналогичный термин химический потенциал используется для обозначения способности вещества претерпевать изменение конфигурации, будь то в форме химической реакции, пространственного переноса, обмена частицами с резервуар и т. д. Это не форма самой потенциальной энергии, а более тесно связана с свободной энергией. Путаница в терминологии возникает из-за того, что в других областях физики, в которых энтропия не доминирует, вся потенциальная энергия доступна для выполнения полезной работы и заставляет систему спонтанно претерпевать изменения конфигурации, и, таким образом, нет различия между «свободным» и «несвободная» потенциальная энергия (отсюда и слово «потенциальная»). Однако в системах с большой энтропией, таких как общее количество присутствующей энергии (и сохраненной первым законом термодинамики ), частью которой является эта химическая потенциальная энергия, отделено от количества этой энергии. - Термодинамическая свободная энергия (из которой происходит Химический потенциал ), которая (по-видимому) спонтанно продвигает систему вперед по мере увеличения ее энтропии (в соответствии с вторым законом ).

Ссылки