انرژی پتانسیل شیمیایی: تعریف و مثال‏ها

به عبارت ساده، انرژی پتانسیل شیمیایی، انرژی ذخیره شده در اتم‏ها و پیوندهای شیمیایی بین آن‏ها می‏باشد. در این‏جا با کمک مثال‏ها، مفهوم بهتری از این نوع انرژی را ارائه می‏دهیم.
سوخت‏هایی مانند زغال سنگ هیدروکربن‏هایی هستند که (شامل تنها کربن و هیدروژن) در هوا سوخته و به ترکیبات ساده‏تری تجزیه می‏شوند. بنابراین، انرژی پتانسیل شیمیایی موجود، همراه با انرژی نوری، حرارت را آزاد می‏کند که به طور همزمان تولید می‏گردد. این امر دلیل آن چیزی است که باعث می‏شود درخشش آتش همراه با سوختن آن می‏باشد.
انرژی پتانسیل می‏تواند به عنوان انرژی که یک جسم درون خودش ذخیره می‏کند، تعریف گردد. هنگام بلند کردن یک جسم از محل آن، انرژی ذخیره شده وجود دارد. این انرژی به منظور انجام کار به صورت انرژی پتانسیل آزاد می‏گردد. چندین شکل از انرژی پتانسیل مانند پتانسیل گرانشی، الاستیک، هسته‏ای و شیمیایی وجود دارد. انرژی شیمیایی اشاره به انرژی دارد که مسئول نگه داشتن اتم‏ها همراه با هم در مولکول‏ها می‏باشد. با توجه به این، پیوندهای شیمیایی به عنوان مکان‏های ذخیره‏سازی برای انرژی پتانسیل در نظر گرفته می‏شوند.

انرژی پتانسیل شیمیایی چیست؟

انرژی پتانسیل انرژی است که در پیوندهای اتم‏ها و مولکول‏های یک ماده ذخیره می‏گردند. این انرژی ذخیره شده هنگامی که ماده تحت یک واکنش شیمیایی قرار می‏گیرد و پیوندها شکسته می‏شود، آزاد می‏گردد. مشاهده شده که انرژی پتانسیل شیمیایی موجود در بسیاری از ترکیبات طبیعی و ساخته‏ی دست بشر وجود دارد.
اتم‏هایی که به شدت با هم پیوند خورده‏اند (پیوندهای یونی یا کوالانسی) دارای انرژی پتانسیل شیمیایی پایینی در مقایسه با آن دسته از اتم‏هایی که دارای پیوندهای ضعیف‏تر هستند، می‏باشند. به همین دلیل، برای شکستن پیوندهای قوی‏تر، میزان بیشتری از انرژی خارجی مورد نیاز می‏باشد. در حالی که در مورد پیوندهای ضعیف‏تر (مانند پیوند وان در وال) انرژی کمتری برای شکستن مورد نیاز می‏باشد.
علاوه بر این، یک انتشار انرژی برای تشکیل این پیوندها بین اتم‏ها وجود دارد. در این‏جا، حفاظت از انرژی وجود دارد (به عنوان مثال انرژی نه ایجاد می‏شود و نه از بین می‏رود). همانطور که مقدار زیادی از انرژی برای شکستن پیوندهای قوی وجود دارد، انرژی زیادی برای تشکیل آن‏ها آزاد می‏گردد. به طور مشابه، هنگامی که پیوندهای ضعیف تشکیل می‏گردد، انرژی کمی آزاد می‏گردد.

مثال‏ها

در واکنش شیمیایی انجام گرفته در مورد سوخت خودرو، انرژی پتانسیل شیمیایی به انرژی پتانسیل مورد استفاده به منظور روشن کردن موتور تبدیل می‏گردد.
سوخت‏های فسیلی مانند زغال سنگ، هنگامی که می‏سوزند، انرژی آزاد می‏کنند. در این‏جا، انرژی پتانسیل شیمیایی عمدتا به صورت گرما آزاد می‏گردد.
مواد غذایی که مصرف می‏کنیم، انرژی پتانسیل شیمیایی ذخیره دارند که توسط هضم غذا آزاد شده و به عنوان سوخت بدن انشان مورد استفاده قرار می‏گیرد.
قبل از پرتاب کردن، آتش بازان دارای انرژی پتانسیل شیمیایی می باشند، که به شکل نور و حرارت می‏باشد. باتری هایی که شارژ می‏شوند، نیز دارای انرژی پتانسیل شیمیایی می‏باشد.

عواملی که انرژی پتانسیل شیمیایی را تحت تاثیر قرار می‏دهد.

جرم یک جسم تعیین می‏کند که چه مقدار انرژی تبدیل می‏گردد. این یک تخمین خوب از پتانسیل شیمیایی می‏باشد.
دما تعیین‏کننده‏ی تغییر در انرژی شیمیایی جسم می‏باشد، به عنوان مثال در دماهای بالاتر، پیوندهای بیشتری تمایل به شکستن دارند و ماده تحت واکنش شیمیایی قرار می‏گیرد.
پتانسیل شیمیایی به ماهیت مواد شیمیایی و حرارت دارد. این واکنش‏ها می‏توانند گرماگیر (گرمای بیشتری به منظور شکستن پیوندها جذب می‏گردد) یا گرماده (گرمای بیشتری آزاد می‏گردد) باشد.
همچنین وابسته به قدرت پیوندهای ذکر شده در بالا دارد. این است که، پیوندهای قوی‏تر دارای انرژی پتانسیل شیمیایی پایین‏تری می‏باشند. در مورد پیوندهای ضعیف‏تر، انرژی پتانسیل شیمیایی بالاست. به همین دلیل این است که چرا هنگامی که پیوندهای قوی‏تر تشکیل می‏گردند، انرژی به شکل گرما و نور آزاد می‏گردد.
بنابراین، شما باید متوجه باشید که انرژی پتانسیل شیمیایی اشاره به انرژی ذخیره شده در ماده با توجه به پیوندهای شیمیایی موجود در آن دارد.