الطاقة والتغيرات الكيميائية توجد بينهم علاقة وطيدة، حيث تنتج عن جميع هذه التغيرات طاقة محددة، كما تحتاج كافة التفاعلات الكيميائية لمقدار معين من الطاقة لنجاحه، وعليه نقدم في هذا المقال تعريف شامل لمفهوم الطاقة مع ذكر العديد من الأمثلة التطبيقية على هذه التغيرات والتفاعلات الكيميائية في صورة بحثية شاملة ومفصلة.
الطاقة والتغيرات الكيميائية
تعتبر الطاقة والتغيرات الكيميائية أحد أهم النواتج من أي تفاعل كيميائي يحدث بسبب اتحاد مجموعة من العناصر أو المواد المختلفة، وتتميز هذه التفاعلات بشكل عام بما يلي:
- تتكسر جميع الروابط الداخلية بين المواد الداخلة في التفاعل ويتم الاندماج فيما بينها بروابط جديدة.
- قد ينتج من هذا التفاعل عنصر واحد جديد أو العديد من العناصر حسب طبيعة التفاعل.
- تحتاج هذه التفاعلات إلى امتصاص قدر معين من الحرارة للتفاعل أو تكون الحرارة أحد نواتج التفاعل.
- لا يتم خروج نفس المواد الكيميائية الداخلة في التفاعل بنفس صورتها، ولكن يتم خلق مواد جديدة بصفات مغايرة.
- تكون العناصر الناتجة في أغلب الأحيان ذات فائدة وأهمية أعلى من المواد المكونة لها، حيث أن هذه العناصر لا تتواجد إلا من خلال هذه التفاعلات.
عقب الاطلاع علي الطاقة والتغيرات الكيميائية اقرأ أيضاً: أضرار التلوث
تعريف الطاقة
بعد التعرف على الطاقة والتغيرات الكيميائية الممكنة من مختلف التفاعلات، يجب تحديد تعريف دقيق للطاقة حتى يتسنى فهم طبيعة هذه النواتج ومدى أهميتها، وتعرف الطاقة على أنها:
- هي القدرة على بذل شغل أو إنتاج قدر معين من الحرارة، وتنشأ من خلال اندماج عدد من ذرات العناصر الكيميائية أو المركبات بعضها ببعض.
- كما أنها قد تكون عبارة عن طريقة ترتيب الذرات داخل العناصر وتحدد بمصطلح طاقة الوضع في هذه الحالة.
- هذا بالإضافة إلى وجودها في صورة طاقة حركية يتم إنتاجها من حركة الجزيئات التي تنشأ عند تعرضها لمقدار معين من الحرارة، وتكون هذه الحركة في صورة منتظمة أو عشوائية.
- توجد عدة قوانين منظمة لمختلف أنواع الطاقة، ومن أهمها قانون بقاء الطاقة والذي ينص على أن الطاقة لا تفني ولا تستحدث من العدم، ولكنها تبقى من خلال العديد من التحولات من صورة إلى أخرى مثل تحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة حركية وهكذا.
اقرأ أيضاً: الحركة الدورانية
أمثلة على التغيرات الكيميائية
سوف نتعرف فيما يلي على بعض الأمثلة التي تتيح فهم أعمق لكل من الطاقة والتغيرات الكيميائية الحادثة داخل المعادلات المختلفة:
اتحاد غاز الميثان مع الأكسجين
- عند اتحاد هذه الغازات ينتج غاز ثالث جديد ذو خواص تختلف عنهم تمامًا وهو غاز ثاني أكسيد الكربون.
- يجب ملاحظة إن عدد الذرات الداخلة في هذه المعادلة يساوي بالضبط عدد الذرات الخارجة منها ولكن في شكل عنصر آخر.
- عند كتابة المعادلة الدالة على التفاعل السابق لابد من تواجد العناصر الداخلة فيه قبل السهم، وكتابة العناصر الخارجة منه بعد السهم.
- الشكل الصحيح لهذه المعادلة هو الآتي: غاز الميثان + غاز الأكسجين يلي ذلك إضافة رمز السهم ثم يتبع بكتابة العناصر الناتجة من التفاعل وهي غاز ثاني أكسيد الكربون + الماء.
- تفيد كتابة التفاعلات الكيميائية بهذه الطريقة في فهم وتوضيح معناها للقارئ والدارس بشكل عام، هذا بالإضافة إلى إمكانية إضافة أي عوامل مساعدة تدخل في التفاعل في شكل رموز على السهم.
اقرأ أيضاً: قانون السرعة المتوسطة قدرات
أنواع التفاعلات الكيميائية
يوجد عدد لا نهائي من أنواع التفاعلات الكيميائية التي قد ينتج عنها العديد من الطاقة والتغيرات الكيميائية، وقد تم تحديد هذه الأنواع والالتفات لها من خلال مراقبة بعض الظواهر الكونية مثل التفاعلات الحادثة في الشمس وغيرها، وعليه تم تقسيم التفاعلات الكيميائية للأنواع التالية:
التزامر
- هو نوع من أنواع التفاعلات الكيميائية التي يحدث فيها تغير في الشكل الخارجي فقط للعناصر الداخلة في التفاعل.
- حيث تبقى الذرات والتركيب الداخلي لها كما هو بعد خروجها من التفاعل دون حدوث أي تغيير.
الاتحاد المباشر
- هو نوع التفاعل الكيميائي الذي يحدث فيه دمج لعدد اثنين من العناصر أو أكثر ليتم إنتاج مركب أو مادة جديدة منها مختلفة تمامًا في خصائصها عن خصائص تلك المواد المكونة لها.
التحليل الكيميائي
- يعتبر عملية عكسية للتفاعلات الكيميائية التي يندمج فيها عدد من المواد وظهور مواد جديدة.
- حيث يتم فيه تحليل هذه المواد للعناصر الأولية المكونة لها، بمعنى أخر عودة المركب إلى تركيبه الأصلي من خلال تفكك ارتباط الذرات بعضها ببعض.
- مثال على ذلك عمل تحليل كيميائي لجزئ الماء، سوف ينتج من هذا التحليل الحصول على عنصر الهيدروجين وعنصر الأكسجين المكونان له.
- حتى يتم إجراء هذا التحليل الكيميائي بنجاح لابد من تواجد هذه العناصر في ظروف معينة من حرارة وضغط، حيث أنه في الظروف الطبيعية لا يحدث هذا التفاعل بشكل تلقائي.
الاحتراق
- هو التفاعل الذي يحدث ما بين اثنين من العناصر يمتاز أحدهما بالقابلية للاشتعال أو الاحتراق، في حين يصبح العنصر الآخر مؤكسد فقط.
اقرأ أيضاً: قانون القوة الدافعة الكهربائية
أنواع الحرارة الناتجة من التفاعلات الكيميائية
سبقت الإشارة إلى وجود عدد من النواتج الصادرة عن التفاعلات الكيميائية المختلفة والتي يمكن أن تكون الطاقة والتغيرات الكيميائية الحادثة في العناصر الداخلة فيه.
كما سبق التحدث عن ضرورة اكتساب بعض التفاعلات للطاقة في حين يصدر البعض منها هذه الطاقة، وعليه يتم تحديد أنواع الحرارة الناتجة من هذه التفاعلات كما في التالي:
حرارة ناتجة
- يحدث ظهور كم معين من الحرارة مع المواد الناتجة من التفاعل في حالة دخول عناصر كيميائية ذات محتوى حراري أعلى من المواد الخارجة من التفاعل.
- لذلك يتم انطلاق هذا القدر من الحرارة الزائدة في صورة أحد مخرجات التفاعل.
حرارة مكتسبة
- يحدث في هذه التفاعلات العكس، حيث يكون المقدار الحراري للمواد الناتجة أكبر منه في المواد الداخلة في التفاعل.
- كما أن المرتد الداخلة في التفاعل تكون ذات محتوى حراري ثابت في الظروف العادية.
- لذلك يجب أن تكتسب هذه المواد مقدار من الحرارة يساوي المقدار الموجود في المواد الناتجة لإتمام التفاعل.
يحتاج تعريف كل من الطاقة والتغيرات الكيميائية إلى فهم طبيعة المواد المكونة والمتداخلة في التفاعلات الكيميائية المختلفة، مع التعرف على جميع أنواعها وصورها لتوضيح أهميتها وأثرها في تكوين مواد جديدة.