المواد الكيماوية والطاقة Chemicals and Energy

المواد الكيماوية والطاقة Chemicals and Energy

تعتبر دراسة التغيرات الحرارية التي ترافق التفاعلات الكيميائية أمراً ضرورياً لأنها أساس الحياة على الأرض (التنفس والتمثيل الكلوروفيلي) وأساس الصناعة وكل وسائل الترفيه الحديثة .

الطاقة الكيميائية أو الطاقة الداخلية Chemical or Internal Energy ( نرمز لها بالرمز E )
تدل الظواهر البيئية على أن أي كتلة من أي مادة لها مخزن طاقة خاص بها , وعندما يطرأ تغير على المادة تأخذ هذه المادة طاقة من المحيط الخارجي أو تعطيه طاقة , أي تتم عملية تبادل في الطاقة بينهما .
ما مصدر مخزون الطاقة في المادة ؟ يعتقد العلماء أن مصدر هذه الطاقة هو عمليات داخلية تحدث في صميم المادة ذاتها وهي تتمثل في حركة جزيئات المادة في جميع الاتجاهات وبكل الأشكال خطياً واهتزازياً ودورانياً ، وطاقة حركة الأنوية والالكترونات . وعموماً لا يعرف العلماء كنه هذه الطاقة ولا يعرفون مصدرها بالتحديد ولكنهم يعرفون أنها موجودة وأن الكثير من الظواهر يدل على ذلك , فمثلاً عندما تخضع المادة لتغير ما فإن هذا المخزون قد يزيد بأخذ كمية من الطاقة من مصدر آخر ( الجوار مثلاً ) , وقد ينقص بمنح الطاقة إلى مصدر آخر.

كم قيمة الطاقة في هذا المستودع ؟ لا أحد يعرف قيمتها ؟ ولذلك فإن العلماء يهتمون بما يدخل في المستودع أو ما يخرج منه من كميات إذ أن الكميات الداخلة والخارجة يمكن قياسها . يمكن أن نقرب الأمر من أذهان الدارسين أكثر بالمثال التالي : شخص يمتلك ثروة طائلة لا يعرف كم هي بالضبط ( وربما لا يهمه أن يعرف بدقة ) ولكنه يعرف كم مقدار ما يدخل إليها وما يخرج منها في كل عملية يقوم بها , إن مستودع طاقة المادة هو بمثابة هذه الثروة ، فنحن لا نعرف قيمتها بالضبط ولكننا نستطيع قياس ما يدخل إليها وما يخرج منها.
الطاقة الكيميائية أو الطاقة الداخلية Chemical or Internal Energy ( نرمز لها بالرمز E )

مثال (1) : عندما ينصهر غرام واحد من الجليد عند درجة صفر مئوية فإنه يأخذ 335 جولاً من الطاقة من المحيط المجاور له , وهذه الكمية يمكن قياسها بسهولة .
إذن مستودع طاقة غرام واحد من الجليد يزداد بمقدار 335 جول عندما يتحول إلى سائل عند نفس الدرجة .
تدريب (1) : كم التغير في الطاقة الداخلية حينما ينصهر 30 غرام من الجليد عند الدرجة صفر مئوية ؟

مثال (2) : حينما يتكاثف غرام من بخار الماء عند الدرجة 100 ْ م ، ويتحول إلى ماء سائل عند نفس الدرجة فإنه يعطي المحيط المجاور 2260 جولاً من الطاقة , تقريباً : إن مستودع طاقة غرام واحد من بخار الماء ينقص بمقدار 2260 جولاً من الطاقة عندما يتحول إلى سائل عند الدرجة 100 ْ .
تدريب (2) : كم التغير في الطاقة الداخلية عندما يتكاثف 5 غم من بخار الماء إلى ماء سائل عند نفس الدرجة .
الخلاصة : قيمة الطاقة الداخلية (التي نسميها الكيميائية أيضاً) للمادة لا نعرف مقدارها ولكن قيمة التغير ( ( Eلكل عملية منها يمكن قيلسها وهذا الأمر هو أحد مجالات قوانين الديناميكا الحرارية .