6.1: Princípios Básicos de Energia

As reações químicas, tais como as que ocorrem quando se acende um fósforo, envolvem alterações na energia, bem como na matéria.

As alterações químicas e as alterações energéticas que as acompanham são partes importantes da vida quotidiana. Os macronutrientes nos alimentos sofrem reações metabólicas que fornecem a energia para manter os corpos a funcionar. Uma variedade de combustíveis (gasolina, gás natural, carvão) é queimada para produzir energia para transporte, aquecimento, e produção de eletricidade. As reações químicas industriais usam quantidades enormes de energia para produzir matérias-primas (como ferro e alumínio). A energia é então utilizada para transformar essas matérias-primas em produtos úteis, tais como carros, arranha-céus, e pontes.

Mais de 90% da energia usada pelos humanos vem originalmente do sol. Todos os dias, o sol fornece à terra quase 10.000 vezes a quantidade de energia necessária para satisfazer todas as necessidades energéticas do mundo nesse dia. O desafio continua a ser encontrar formas de converter e armazenar a energia solar recebida, para que possa ser utilizada em reações ou processos químicos que sejam simultaneamente convenientes e não poluentes. Plantas e muitas bactérias capturam energia solar através da fotossíntese. Os humanos libertam a energia armazenada em plantas ao queimar madeira, carvão, petróleo, ou outros produtos vegetais tais como o etanol. Eles também usam esta energia para alimentar os seus corpos comendo alimentos que vêm diretamente de plantas.

Termoquímica

As idéias básicas de uma área importante da ciência relativa à quantidade de calor absorvido ou libertado durante alterações químicas e físicas — são chamadas de termoquímica. Os conceitos são amplamente utilizados em quase todos os domínios científicos e técnicos. Os cientistas alimentares usam a termoquímica para determinar o índice de energia dos alimentos. Os biólogos estudam a energia dos organismos vivos, como a combustão metabólica do açúcar em dióxido de carbono e água. As indústrias de petróleo, gás, e transportes, os fornecedores de energia renovável, e muitos outros, procuram encontrar melhores métodos para produzir energia para necessidades comerciais e pessoais. Os engenheiros esforçam-se por melhorar a eficiência energética, encontrar melhores formas de aquecer e arrefecer casas, refrigerar alimentos e bebidas, e satisfazer as necessidades de energia e refrigeração de computadores e eletrónica, entre outras aplicações. Compreender os princípios termoquímicos é essencial para químicos, físicos, biólogos, geólogos, todos os tipos de engenheiros, e praticamente qualquer pessoa que estuda ou faz qualquer tipo de ciência.

Energia

A energia pode ser definida como a capacidade de fornecer calor ou fazer trabalho. Um tipo de trabalho (w) é o processo de fazer com que a matéria se mova contra uma força oposta. Por exemplo, ao encher um pneu de bicicleta — a matéria é movida (o ar na bomba) contra a força oposta do ar que já se encontra no pneu.

Como a matéria, a energia vem em tipos diferentes. Um esquema classifica a energia em dois tipos: energia potencial, a energia que um objeto tem por causa da sua posição, composição, ou condição relativa, e energia cinética, a energia que um objeto possui por causa do seu movimento.

A água no topo de uma cascata ou barragem tem energia potencial por causa da sua posição; quando flui para baixo através de geradores, tem energia cinética que pode ser usada como trabalho e para produzir eletricidade em uma central hidrelétrica. Uma bateria tem energia potencial porque os produtos químicos no seu interior podem produzir eletricidade que pode realizar trabalho.

Este texto é adaptado de OpenStax Chemistry 2e, Section 5.1: Energy Basics.