20 ตัวอย่างพลังงานเคมีเพื่อทำความเข้าใจแนวคิด
ในบรรดา ตัวอย่างของพลังงานเคมี เราสามารถค้นหาแบตเตอรี่ชีวมวลน้ำมันก๊าซธรรมชาติหรือถ่านหิน สิ่งนี้อธิบายถึงแนวคิดที่ว่าพลังงานเคมีคือพลังงานที่เก็บไว้ในผลิตภัณฑ์เคมีซึ่งทำให้เกิดพลังงานภายในอะตอมและโมเลกุล
ส่วนใหญ่แล้วจะถือเป็นพลังงานของพันธะเคมี แต่คำนี้ยังรวมถึงพลังงานที่เก็บไว้ในการจัดเรียงอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมและไอออน
มันเป็นรูปแบบของพลังงานศักย์ที่จะไม่ถูกสังเกตจนกว่าจะเกิดปฏิกิริยา (Helmenstine, 2017)
โดยปกติเมื่อพลังงานเคมีถูกปลดปล่อยออกมาจากสารเคมีสารนั้นจะถูกเปลี่ยนเป็นสารชนิดใหม่อย่างสมบูรณ์
20 ตัวอย่างพลังงานเคมีที่โดดเด่น
1- ไม้
เป็นเวลาหลายพันปีที่ป่าไม้เป็นแหล่งพลังงาน รอบกองไฟฟืนเผาไหม้และเมื่อเผาไหม้พลังงานเคมีที่เก็บไว้ในพันธะของโมเลกุลเซลลูโลสในไม้จะปลดปล่อยความร้อนและแสง (Chemical Energy Example, SF)
ในช่วงการปฏิวัติอุตสาหกรรมเครื่องยนต์ไอน้ำเช่นรถไฟใช้ถ่านหินเป็นแหล่งพลังงาน
การเผาไหม้ถ่านหินจะปล่อยความร้อนที่ใช้ในการระเหยน้ำและผลิตพลังงานจลน์ด้วยการเคลื่อนที่ของลูกสูบ
แม้ว่าเครื่องยนต์ไอน้ำจะเลิกใช้งานแล้ว แต่ถ่านหินก็ยังคงใช้เป็นแหล่งพลังงานในการผลิตไฟฟ้าและความร้อน
3- น้ำมันเบนซิน
เชื้อเพลิงน้ำมันเชื้อเพลิงเหลวเช่นน้ำมันหรือก๊าซเป็นพลังงานทางเคมีที่สำคัญที่สุดในเชิงอารยธรรมของมนุษย์
เมื่อมีการจัดหาแหล่งกำเนิดเชื้อเพลิงฟอสซิลเหล่านี้จะเปลี่ยนรูปแบบทันทีปล่อยพลังงานจำนวนมหาศาลสู่กระบวนการ
พลังงานนั้นถูกใช้ในหลาย ๆ ด้านโดยเฉพาะอย่างยิ่งเพื่อการขนส่ง
เมื่อคุณเหยียบคันเร่งรถยนต์ก๊าซในถังจะกลายเป็นพลังงานกลที่ขับเคลื่อนรถไปข้างหน้าซึ่งจะสร้างพลังงานจลน์ตามรูปร่างของรถที่กำลังเคลื่อนที่
4- ก๊าซธรรมชาติ
เมื่อโพรเพนถูกเผาเพื่อทำอาหารบนตะแกรงพลังงานเคมีที่เก็บไว้ในพันธะของโมเลกุลโพรเพนจะสลายตัวและความร้อนจะถูกปล่อยออกมาสำหรับการปรุงอาหาร
ในทำนองเดียวกันก๊าซธรรมชาติเช่นมีเทนถูกใช้เป็นทางเลือกสำหรับน้ำมันเบนซินและดีเซลในการขับเคลื่อนยานพาหนะ
5- ศักยภาพรีดอกซ์
องค์ประกอบทางเคมีมีความสามารถในการให้หรือรับอิเล็กตรอน ในการทำเช่นนั้นพวกเขายังคงอยู่ในสถานะของพลังงานที่มากหรือน้อยขึ้นอยู่กับองค์ประกอบ
เมื่อองค์ประกอบหนึ่งถ่ายโอนอิเล็กตรอนไปยังอีกองค์ประกอบหนึ่งความแตกต่างระหว่างสถานะพลังงานเหล่านี้เรียกว่าศักย์รีดอกซ์
โดยการประชุมหากความแตกต่างเป็นบวกปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นเอง (Jiaxu Wang, 2015)
6- แบตเตอรี่และเซลล์ voltaic
7- พลังงานชีวภาพ
มีบางสปีชีส์เช่นปลาไหล ( electrophorus electricus ) หรือปลาทะเลน้ำลึก ( melanocetus johnsonii ) ที่สามารถสร้างพลังงานชีวภาพจากภายนอกได้
ในความเป็นจริงพลังงานชีวภาพมีอยู่ในสิ่งมีชีวิตทั้งหมด ตัวอย่างของพวกเขาคือศักยภาพเยื่อหุ้มเซลล์และเส้นประสาทประสาท
8- การสังเคราะห์ด้วยแสง
ในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงพลังงานของแสงอาทิตย์จะถูกแปลงเป็นพลังงานเคมีที่เก็บไว้ในพันธะคาร์โบไฮเดรต
ต่อจากนั้นพืชสามารถใช้พลังงานที่เก็บไว้ในพันธะของโมเลกุลคาร์โบไฮเดรตสำหรับการเจริญเติบโตและการซ่อมแซมของพวกเขา
9- อาหาร
อาหารที่คนกินไม่ว่าจากพืชหรือสัตว์เป็นรูปแบบของพลังงานเคมีที่เก็บไว้ที่ร่างกายใช้ในการเคลื่อนย้ายและทำงาน
เมื่ออาหารถูกทำให้สุกส่วนหนึ่งของพลังงานจะถูกปลดปล่อยออกมาจากพันธะเคมีซึ่งเป็นผลมาจากพลังงานความร้อนที่ถูกนำไปใช้
หลังจากคนกินกระบวนการย่อยอาหารจะเปลี่ยนพลังงานเคมีให้เป็นรูปแบบที่ร่างกายสามารถใช้ (Barth, SF)
10- การหายใจของเซลล์
ในระหว่างการหายใจของเซลล์ร่างกายของเราใช้โมเลกุลของกลูโคสและทำลายพันธะที่จับโมเลกุลไว้ด้วยกัน
เมื่อพันธะเหล่านี้แตกสลายพลังงานเคมีที่ถูกเก็บไว้ในพันธะเหล่านี้จะถูกปลดปล่อยออกมาและใช้ในการสร้างโมเลกุล ATP ซึ่งเป็นรูปแบบของพลังงานที่ใช้งานได้สำหรับเรา
การเคลื่อนไหวของกล้ามเนื้อเป็นตัวอย่างของวิธีที่ร่างกายใช้พลังงานเคมีเพื่อเปลี่ยนมันให้เป็นกลไกหรือการเคลื่อนไหว
เมื่อใช้พลังงานที่มีอยู่ใน ATP การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในโปรตีนกล้ามเนื้อโครงร่างทำให้กล้ามเนื้อเกร็งหรือผ่อนคลายทำให้เกิดการเคลื่อนไหวทางกายภาพ
12- การสลายตัวทางเคมี
เมื่อสิ่งมีชีวิตตายพลังงานที่มีอยู่ในพันธะเคมีของพวกเขาจะต้องไปที่ไหนสักแห่ง แบคทีเรียและเชื้อราใช้พลังงานนี้ในปฏิกิริยาการหมัก
13- ไฮโดรเจนและออกซิเจน
ไฮโดรเจนเป็นก๊าซที่ติดไฟและติดไฟได้ เมื่อรวมกับออกซิเจนจะทำให้เกิดความร้อนอย่างระเบิด
นี่เป็นต้นเหตุของโศกนาฏกรรมของเรือบิน Hindenburg เนื่องจากยานพาหนะเหล่านี้มีไฮโดรเจนสูงเกินจริง วันนี้ปฏิกิริยานี้ใช้เพื่อขับเคลื่อนจรวดสู่อวกาศ
14- ระเบิด
การระเบิดเป็นปฏิกิริยาทางเคมีที่เกิดขึ้นเร็วมากและปล่อยพลังงานออกมาจำนวนมาก เมื่อมีการระเบิดเกิดขึ้นพลังงานเคมีจะถูกเก็บไว้ในการเปลี่ยนแปลงระเบิดและถูกถ่ายโอนไปยังพลังงานเสียงพลังงานจลน์และพลังงานความร้อน
สิ่งเหล่านี้สามารถสังเกตได้ในเสียงการเคลื่อนไหวและความร้อนที่ถูกสร้างขึ้น
โดยการทำให้เป็นกลางกรดด้วยเบสจะปล่อยพลังงานออกมา นี่เป็นเพราะปฏิกิริยาคายความร้อน
16- กรดในน้ำ
เมื่อเจือจางกรดในน้ำจะเกิดปฏิกิริยาคายความร้อน ต้องใช้ความระมัดระวังอย่างยิ่งในการทำเช่นนั้นเพื่อหลีกเลี่ยงกรดกระเด็น วิธีที่ถูกต้องในการเจือจางกรดมักเติมลงในน้ำเสมอและไม่เคยตรงกันข้าม
17- เจลหล่อเย็น
ตู้เย็นที่ใช้ในกีฬาเป็นตัวอย่างของพลังงานเคมี เมื่อถุงด้านในที่เต็มไปด้วยน้ำแตกมันจะทำปฏิกิริยากับเม็ดแอมโมเนียมไนเตรตและสร้างพันธะเคมีใหม่ในระหว่างการทำปฏิกิริยาดูดซับพลังงานจากสิ่งแวดล้อม
เนื่องจากพลังงานเคมีถูกเก็บไว้ในพันธะใหม่อุณหภูมิของบรรจุภัณฑ์เย็นจะลดลง
ถุงความร้อน 18- เจล
กระเป๋าที่มีประโยชน์เหล่านี้ที่ใช้ในการอุ่นมือเย็นหรือกล้ามเนื้อเจ็บมีสารเคมีอยู่ภายใน
เมื่อคุณแบ่งบรรจุภัณฑ์เพื่อใช้งานสารเคมีจะถูกเปิดใช้งาน สารเคมีเหล่านี้จะถูกผสมและพลังงานเคมีที่ปล่อยออกมาจะสร้างความร้อนที่ร้อนในบรรจุภัณฑ์
19- อลูมิเนียมในกรดไฮโดรคลอริก
ในปฏิกิริยาทางเคมีในห้องปฏิบัติการ: เพิ่มอลูมิเนียมฟอยล์ในสารละลายกรดไฮโดรคลอริก
หลอดทดลองร้อนมากเพราะในระหว่างทำปฏิกิริยาพันธะเคมีจำนวนมากจะถูกปล่อยออกมาปล่อยพลังงานเคมีทำให้อุณหภูมิของสารละลายเพิ่มขึ้น
แม้จะไม่ใช่ตัวอย่างของพลังงานเคมีที่ควรค่าแก่การกล่าวขวัญ เมื่อนิวเคลียสฟิชชันแบ่งออกเป็นชิ้นเล็ก ๆ หลายชิ้น
ชิ้นส่วนหรือผลิตภัณฑ์ฟิชชันเหล่านี้มีค่าเท่ากับครึ่งหนึ่งของมวลดั้งเดิม นิวตรอนสองหรือสามตัวถูกปล่อยออกมาเช่นกัน
ผลรวมของมวลของชิ้นส่วนเหล่านี้น้อยกว่ามวลดั้งเดิม มวล "ที่หายไป" นี้ (ประมาณ 0.1% ของมวลดั้งเดิม) ถูกแปลงเป็นพลังงานตามสมการ Einstein (AJ Software & Multimedia, 2015)
แนวคิดเพิ่มเติมเพื่อทำความเข้าใจพลังงานเคมี
ปฏิกิริยาเคมีเกี่ยวข้องกับการสร้างและการทำลายพันธะเคมี (อิออนและโควาเลนต์) และพลังงานเคมีของระบบคือพลังงานที่ถูกปล่อยหรือถูกดูดซับเนื่องจากการผลิตและการแตกของพันธะเหล่านี้
การทำลายพันธะต้องใช้พลังงานการสร้างพันธะจะปลดปล่อยพลังงานและปฏิกิริยาของโลกอาจเป็น endergonic (ΔG 0) ขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงทั่วไปในความเสถียรของสารตั้งต้นต่อผลิตภัณฑ์ (Chemical Energy, SF)
พลังงานเคมีมีบทบาทสำคัญในชีวิตของเราทุกวัน ด้วยปฏิกิริยาอย่างง่ายและเคมีรีดอกซ์การสลายและการสร้างลิงก์พลังงานสามารถถูกสกัดและควบคุมได้ในวิธีที่ใช้งานได้ (โซโลมอนคู, 2014)