دائمًا ما نُعرِّف الطاقة بأنها القدرة على عمل شغل أو إحداث التغيير، وتتمثل الطاقة في حياتنا اليومية في الضوء الذي ينير كوكبنا في النهار أو في ما ينير ظلام الليل، أو الحركة التي نتحركها أو الأصوات التي نطلقها أو نسمعها، أو الحرارة التي نطهو بها طعامنا وندفىء بها أنفسنا في ليالي الشتاء قارسة البرودة، أو في الكهرباء التي تساعدنا في إنتاج كل تلك الأنواع لتساعدنا في حياتنا اليومية، لكن هناك أنواع أخرى من الطاقة ومنها ما سنتحدث عنه اليوم وهي الطاقة الكيميائية.
ماهي الطاقة الكيميائية؟
في العلم يتم تعريف الطاقة الكيميائية بأنها الطاقة الناتجة عن تفاعل كيميائي بين عدة مواد؛ فتتحول تلك المواد إلى أخرى وتخرج تلك الطاقة في صورة طاقة حرارية. وتُعتبر تلك الطاقة مُخزنة بالأساس في الروابط بين الجزيئات والذرات في المادة، وأحيانًا في التركيب الإلكتروني للذرات والأيونات، ويتم إطلاق تلك الطاقة بعد كسر الروابط أثناء التفاعلات الكيميائية وحدوث تغيرات في المواد المتفاعلة، أو يتم امتصاص تلك الطاقة من الوسط المحيط لتكوين روابط جديدة عند تكوين مواد جديدة ويتم حساب الطاقة الكيميائية على أنها الفرق بين طاقتي المتفاعلات والنواتج بواسطة حساب طاقة الروابط التي تكسرت في المتفاعلات أو التي تكونت في النواتج أو عن طريق حساب تغير درجة الحرارة في المسعر الحراري (Calorimeter).
ولكي يكون عندكم فهم أوضح لهذا النوع من الطاقة؛ سنستعرض أشهر الأمثلة التي تُنتج الطاقة الكيميائية ونعرف أشهر مصادر الطاقة الكيميائية والتي نستخدمها في حياتنا اليومية منذ القدم.
أمثلة على مصادر الطاقة الكيميائية
أي مادة يمكن استخدامها كوقود أو أي عملية كيميائية ينتج عنها طاقة تعتبر من أوضح الأمثلة على مصادر إنتاج الطاقة الكيميائية، ويشمل ذلك الكثير من المواد والعمليات الحيوية مثل:
الغذاء
هل تعلم أن الطعام الذي تتناوله هو شكل من أشكال الطاقة الكيميائية المخزنة؟ إنها في الواقع الطاقة التي يستخدمها جسمك للتنقل وأداء وظائف مختلفة، توفر الشمس الطاقة الشمسية للنباتات للنمو. ثم يتم تحويل الطاقة إلى مادة كيميائية الطاقة في الأنسجة النباتية. عند طهي الطعام ، يتم تحرير بعض الطاقة من الروابط الكيميائية في جزيئات الطعام بسبب الطاقة الحرارية التي تُستعمل في الطهي، بمجرد تناول الطعام ، فإن العملية الهضمية تحول الطاقة الكيميائية إلى شكل يمكن لجسمك أن يستخدمه متمثل في جزيئات ATP والتي تُعتبر عملة الطاقة في أجسام الكائنات الحية.
التنفس
عندما نتناول المواد النباتية، يتم تقسيم جزيئات الجلوكوز لإنتاج الماء وثاني أكسيد الكربون، يمتلك ثاني أكسيد الكربون والماء معاً طاقة أقل بكثير مقارنة بالسكر. وبالتالي، يتم تحرير الطاقة الزائدة. يتم تخزين الطاقة الصادرة في جزيء يعرف باسم ثلاثي فوسفات الأدينوسين (ATP). ويتم ذلك بإضافة مجموعة فوسفاتية إلى جزيء آخر يعرف باسم ثنائي فوسفات الأدينوزين (ADP). يمكن إطلاق الطاقة مرة أخرى عند الحاجة. كيف يتم ذلك؟
تتم إزالة مجموعة الفوسفات، في حين أن هناك حاجة إلى بعض الطاقة لإنجاز هذا، ويتم إنتاج الطاقة بواسطة الروابط الجديدة التي تنشؤها مجموعات الفوسفات المنفصلة.
البناء الضوئي
تحصد النباتات الطاقة الشمسية من الشمس وتحولها إلى طاقة كيميائية من خلال عملية تعرف باسم البناء الضوئي. تتضمن هذه العملية تفاعلات كيميائية حيث يتم استغلال الطاقة الشمسية بواسطة جزيء النبات قبل تحويلها إلى طاقة كيميائية. في نهاية المطاف، يتم استهلاك الطاقة الكيميائية في شكل الجلوكوز.
الوقود السائل القابل للاحتراق
الوقود الأحفوري مثل البنزين والميثان هو من أهم أشكال الطاقة الكيميائية في اقتصاد العالم. كل ما عليك القيام به هو توفير مصدر للاشتعال للوقود، عندها سوف يتحول الوقود السائل فورًا من حالته الكيميائية وتتولد كمية هائلة من الطاقة في هذه العملية.
هناك طرق عديدة لتسخير هذه الطاقة، خاصة لأغراض النقل، على سبيل المثال، عندما تضغط بقدمك على دواسة الوقود في سيارتك؛ يتم تحويل البنزين إلى طاقة ميكانيكية والتي بدورها تتحول إلى طاقة حركية تجعل سيارتك تتحرك.
المتفجرات
تحتوي أيضًا المواد المتفجرة على طاقة كيميائية؛ حيث تحتوي تلك المواد على جزيئات تستطيع تحويل نفسها إلى جزيئات أقل في الطاقة؛ وعندها تنطلق الطاقة الكيميائية على هيئة ضوء وحرارة، كيف ذلك؟
المتفجرات الموجودة هذه الأيام تحتوي على مركبات عضوية مع مجموعة من النترات (أي مجموعة من ذرات الكسجين والنيتروجبن) وهذا يعني أن تركيبها غير مستقر، ومع أقل إثارة تُعيد الذرات ترتيب روابطها لتتحول إلى جزيئات أكثر استقرارا مع انبعاث الطاقة الكيميائية في الروابط على هيئة حرارة وضوء، والتي جنبًا إلى جنبًا مع الغازات الناتجة من العملية تولد انفجار شديد جدًا.
البطاريات
في حين أن ذرات بعض العناصر يمكن أن تتبرع بإلكتروناتها بسهولة، إلا أن عناصر أخرى تفضل استقبال الإلكترونات. هذا هو المفهوم الذي تعمل بموجبه البطاريات. وبالتحديد، يمكن توصيل مادتين مختلفتين بطريقة تتدفق فيها الإلكترونات من مادة إلى أخرى بحيث يكونان دائرة مغلقة، مما ينتج تيارًا كهربائيًا.
يمكن استخدام مجموعة كبيرة من المواد المختلفة لتحويل الطاقة الكيميائية إلى كهرباء بهذه الطريقة. لهذا السبب لدينا أنواع مختلفة من البطاريات التي يمكن استخدامها لتشغيل أنواع مختلفة من الأجهزة والإلكترونيات، بما في ذلك الهواتف وأجهزة الكمبيوتر والطائرات بدون طيار والكاميرات وما إلى ذلك.
الخشب
يعد الخشب من أقدم وأكثر المصادر وفرة للطاقة الكيميائية، وقد استخدم منذ العصور القديمة لتوليد الحرارة والطاقة. عندما تحرق الخشب؛ يتم تكسير الروابط الكيميائية في هيكلها، ونتيجة لذلك؛ يتم إنتاج كل من الطاقة الضوئية والطاقة الحرارية. في هذه العملية، يتم تغيير الخشب إلى رماد، وهو مادة كيميائية ذات خصائص مختلفة تمامًا.
الحزم الباردة (cold packs)
الحزم الباردة المستخدمة في الرياضة هي مثال آخر رائع للطاقة الكيميائية. تمتلئ الحقيبة الداخلية بالماء، عندما ينكسر؛ فإنه يتفاعل مع حبيبات نترات الأمونيوم، مما يشكل روابط جديدة في العملية. كما أنه يمتص الطاقة من المناطق المحيطة أثناء العملية. يتم تخزين الطاقة الكيميائية في الروابط الجديدة، مما يؤدي إلى انخفاض درجة حرارة حزمة الباردة.
وهناك العديد من المصادر التي تنتج طاقة كيميائية.
المصادر:
Helmenstine AM, sciences PDDH holds a PD in biomedical, Writer I a S, educator, school consultant S has taught science courses at the high, college, et al. 12 Examples of Chemical Energy [Internet]. ThoughtCo. [cited 2018 Nov 28]. Available from: https://www.thoughtco.com/example-of-chemical-energy-609260
Madaan S. Chemical Energy: Examples, Sources and Facts [Internet]. Earth Eclipse. 2018 [cited 2018 Nov 23]. Available from: https://www.eartheclipse.com/energy/chemical-energy-examples-sources-facts.html
Common Sources of Chemical Energy [Internet]. Sciencing. [cited 2018 Nov 23]. Available from: https://sciencing.com/common-sources-chemical-energy-6362209.html
What is Chemical Energy? [Internet]. Sciencing. [cited 2018 Nov 23]. Available from: https://sciencing.com/what-is-chemical-energy-13712146.html
إعداد: خالد عاطف رحومة
مراجعة: أميرة إسماعيل
