بحث عن الطاقة والتغيرات الكيميائية

بحث عن الطاقة والتغيرات الكيميائية، تحدث التغيرات الكيميائية بصورة تلقائية في الطبيعة بين العديد من المركبات أو العناصر وبالتالي يصبح لدينا العديد من أشكال الطاقة مثل الطاقة الكهربية ويمكن الاستفادة من مختلف أشكال الطاقة في المجالات المختلفة من الحياة.

مقدمة عن الطاقة والتغيرات الكيميائية

يوجد العديد من العناصر الموجودة في الطبيعة، وقد قام العلماء بوضع اسم خاص بكل عنصر حتى يسهل دراستها فمن المستحيل أن تشابه عنصران في اسم، فعلى سبيل المثال الرمز الكيمائي للأكسجين O2، أما غاز النيتروجين فالرمز الكيمائي له هو N وذلك حسب الجدول الدوري الذي يحتوي على جميع رموز العناصر التي اكتشفها العلماء إلى الآن.

وفي المعادلة الكيميائية يتحد أكثر من عنصر فينتج عنهم مركب أو أكثر وطاقة أي حرارة، وقد اتضح من المعادلات الكيمائية القدرة على حساب الإلكترونات وكذلك الذرات حيث أن كل ذرة تشغل حيز خاص بها فلا يمكن وجود أكثر من ذرة في نفس الحيز.

التغيرات الكيميائية التي تنتج عن التفاعل الكيميائي

• كما نعرف أن المعادلات في الكيمياء تتكون من اتحاد المواد أو العناصر معًا، فيحدث تكسير في روابط المواد التي تدخل في هذا التفاعل، نتيجة تكون عنصر أو مركب جديد فينتج لدينا كمية من الحرارة ويصبح التفاعل طارد للحرارة أو ماص للحرارة.
• فمثلًا إذا نظرنا في الشمس فستجدها تمدنا بالطاقة الضوئية والحرارية والحقيقة أن هذا الضوء ناتج عن عدة تفاعلات كيميائية عديدة تحدث داخل الشمس بين ذرات العناصر الموجودة بها.
•   هناك ملاحظة هامة يجب أن نضعها في اعتبارنا وهى أن العناصر التي تدخل في المعادلات ليست بالضرورة أن تكون هى نفس العناصر التي تخرج.
• غالبًا ما ينتج عنصر جديد من المواد التي دخلت في التفاعل وغالبًا العنصر الجديد المتكون من اتحاد العناصر الكيمائية يكون أكثر أهمية من العناصر التي تدخل في التفاعل.
• كما يحتوي كل عنصر على الذرات الخاصة به، وكذلك البروتونات والإلكترونات، ويمكن لإلكترونات العناصر المتداخلة معًا في النواتج أن يتحد إلكتروناتها.
• ليس من الضروري أن تتحد كل الإلكترونات في عنصر ما مع إلكترونات العنصر المتداخل معه.
• بل يمكن اتحاد بعض إلكترونات ذرة مع بعض الإلكترونات من ذرة أخرى وبالتالي يصبح عندنا عنصر مختلف تمامًا عن سابقيه.
• وقد ترجع أهمية العنصر الجديد الذي تكون هو أنه في بعض الأحيان لا تتوافر عناصر معينة أو مركبات إلا من خلال التفاعلات الكيميائية.

 أمثلة على التغيرات الكيميائية التي تحدث للعناصر

• عند اتحاد غاز الميثان مع الأكسجين فإنه ينتج عن ذلك التفاعل غاز آخر نتيجة اتحاد الغازين معًا وهذا الغاز الناتج هو غاز ثاني أكسيد الكربون.
• وهو بمثابة عنصر أو غاز جديد مختلف في الخصائص عن كلا الغازين ونلاحظ أن الذرات الناتجة عن هذا التفاعل في نواتج التفاعل متماثلة مع عناصر المواد الداخلة في التفاعل.
• ويمكن معرفة عدد الذرات من خلال استخدام كميات محددة من المواد التي تدخل في التفاعل.
• ولاحظ لكتابة التفاعل السابق بشكل كيميائي صحيح لا بد من التعبير عنه في صورة معادلة بحيث يتم كتابة المواد الداخلة في التفاعل قبل السهم والمواد الناتجة في التفاعل بعد السهم، فيكون غاز الميثان + غاز الأكسجين ويتم وضع سهم ثم كتابة المركب الناتج وهنا في هذه المعادلة يكون غاز ثاني أكسيد الكربون + الماء الناتج من التفاعل.
• ونلاحظ أن المعادلة الكيميائية تسهل على القارئ كما تسهل دراسة المعادلات للطلبة وفي بعض الأحيان يتم وضع العوامل الحفازة الداخلة في التفاعل على السهم.
• كما أن المعادلات أيضًا توضح نوعية التفاعل هل هو يمتص الحرارة أم يطرد الحرارة، كما توضح المعادلة مقدار أو كمية الحرارة الناتجة من التفاعل.

أنواع التفاعلات الكيميائية

• هناك العديد من التفاعلات الكيميائية التي تحدث في الطبيعة حيث سخر الله للإنسان العديد من الموارد التي تمده بالطاقة سواء الطاقة الكهربية أو الطاقة الشمسية وطاقة الرياح.
• وكذلك من أنواع الطاقة التي أعطاها الله للإنسان الفحم والوقود والغاز الطبيعي والنفط وبالتالي في موارد الطبيعة إما متجددة أو غير متجددة وقد نتجت جميعها عن تفاعلات كيميائية.
• وقد استفاد الإنسان من هذه التفاعلات الكيمائية التي تحدث في الطبيعة بين عناصرها المختلفة في العديد من الصناعات لتسهيل الحياة اليومية.
• كما قام الإنسان بمحاكاة التفاعلات التي تحدث في الطبيعة وقام بعملها داخل المعمل، ومن أنواع التفاعلات الكيميائية ما يلي:

التزامر

ففي تلك المرحلة تحدث التغيرات على مستوى الشكل الخارجي للعناصر فقط، أما الجزيئات والذرات الخاصة بالعناصر الداخلة في التفاعل فلا يحدث بها أي تغيرات

التحليل الكيميائي

• يقصد بالتحليل تحول المركبات أو المواد إلى العناصر الأولية التي كونته من البداية، أي عودة المركب إلى أصله، لأنه عند تعرض المركبات للتحليل تتفكك الذرات من بعضها.
• فلو افترضنا أن جزئ الماء حدث له تفكك فإن هذا التفكك يحدث للعناصر التي تكون جزئ الماء فينتج لدينا الأكسجين والهيدروجين وهما العناصر الأولية الداخلة في تركيب الماء.
• والتحليل الكيمائي لكي  يحدث لا بد من وجود ظروف معينة من ضغط وحرارة يعمل على تفكيك العناصر وانفصالها عن بعضها، فالتحليل لا يحدث أبدًا بشكل تلقائي دون أي ظروف خارجية.

الاتحاد المباشر

• يحدث اتحاد بين عنصرين أو أكثر فينتج لدينا مركب يختلف عن العناصر السابقة في خصائصه.

فاعل الاحتراق

• يتم هذا التفاعل الكيميائي بين عنصرين ولكن لا بد أن يكون أحد العناصر التي تدخل في هذا التفاعل قابل للاحتراق أو الاشتعال أما العنصر الآخر فيكون مؤكسد، حتى يصبح لدينا نتيجة ثنائية تتكون من مادة  قابلة للاشتعال مادة مؤكسدة حتى يتم التفاعل.

قانون حفظ الطاقة

هناك العديد من القوانين الكيميائية التي اهتمت بتوضيح وحساب الطاقة التي تنتج من التفاعلات ومن أشهرها قانون حفظ الطاقة الذي يوضح أن الطاقة لا يمكن لها أن تفنى أبدًا ولكنها تتحول من شكل لآخر كأن تتحول من طاقة حرارية إلى طاقة كهربية.

• الطاقة هى القدرة على إنتاج كميات حرارية أو بذل شغل، والطاقة قد تكون ناتجة من ارتباط الذرات ببعضها في العنصر أو المركب، او ناتجة من الطريقة التي تترتب بها الذرات في العنصر وتعرف هذه الطاقة بطاقة الوضع.
• ومن صور الطاقة الموجودة في المركبات أيضًا طاقة الحركة التي تنتج عن حركة الجزيئات بسبب الحرارة التي تتعرض لها المركبات والمواد أو بسبب حركة الجزيئات العشوائية.

الحرارة الناتجة من التفاعلات الكيميائية

يمكن معرفة نوعية الحرارة الناتجة من التفاعل بمعرفة نوعية التفاعل في التفاعلات بشكل أساسي نوعان كما يلي:

تفاعلات طاردة للحرارة

هي تفاعلات تحدث بين العناصر فينتج عنها انطلاق مقدار من الحرارة بحيث يكون المحتوى الحراري للمواد الداخلة في التفاعل أكبر من المحتوى الحراري للمواد الناتجة من التفاعل، والمركبات الناتجة عن التفاعلات ماصة لدرجات الحرارة.

تفاعلات ماصة للحرارة

• تكون المركبات التي تدخل في التفاعل ثابتة في درجات الحرارة في الظروف العادية.
• وذلك لأن المحتوى الحرارى للنواتج أكبر من المحتوى الحراري للمواد التي الداخلة في التفاعل، وتحدث هذه التفاعلات بشكل تلقائي.
• والمحتوى الحراري يشير إلى كمية الطاقة أو الحرارة التي تكتسبها أو تفقدها التفاعلات.