Chapter 6: Thermochemistry

Back to chapter

6.1:

Basisprincipes van Energie

JoVE Core
Chemistry

This content is Free Access.

JoVE Core Chemistry

Energy Basics

Next Video
6.2: First Law of Thermodynamics

Languages

Share

English العربية 中文 Nederlands français Deutsch עברית italiano 日本語 한국어 português русский español Türkçe

Waarom reageert natriummetaal met water om waterstofgas te maken, maar lost natriumchloride gewoon op? Dit kan worden verklaard door de relatie tussen chemie en energie te bestuderen, genaamd thermochemie’Alle vormen van materie worden geassocieerd met energie, die kan worden gemeten als warmte of arbeid. De twee belangrijkste soorten energie zijn potentiële en kinetische energie.Potentiële energie beschrijft de positionele krachten die op het object inwerken. Een rots op de top van een heuvel heeft meer potentiële energie dan een rots onderaan, omdat de rots bovenaan zich verder van het massamiddelpunt van de aarde bevindt. Kinetische energie is de energie van een bewegend object.Als een rots van de heuvel wordt geduwd, verliest hij potentiële energie, maar krijgt hij kinetische energie terwijl hij beweegt. Dit geldt ook voor de atomen of moleculen waaruit een object bestaat. Een object in rust heeft nog kinetische energie omdat de samenstellende atomen kunnen trillen.Deze vorm van kinetische energie wordt thermische energie genoemd. Een object heeft een hogere kinetische energie en daardoor hogere thermische energie wanneer de atomen krachtiger bewegen. Dit object wordt als heet ervaren.Moleculen hebben ook potentiële energie, chemische energie genaamd, die wordt geassocieerd met de relatieve positie van elektronen en kernen. Tijdens een reactie wordt chemische energie omgezet in andere vormen van energie, zoals licht, of komt er energie vrij, zoals in de vorm van warmte. De hoeveelheid getransformeerde energie hangt af van de moleculaire structuur van reactanten.In een gaslamp brandt acetyleen in kooldioxide en water, waardoor een grote hoeveelheid energie als licht vrijkomt. Aan de andere kant geeft het toevoegen van natriumhydroxide aan zoutzuur een kleinere hoeveelheid energie vrij, als warmte. Om energieveranderingen te bestuderen, helpt het om het universum te verdelen in een systeem’dat het waargenomen proces bevat, en de omgeving’dat al het andere is.Het systeem kan open zijn, wat betekent dat zowel energie als massa kan worden uitgewisseld tussen het systeem en de omgeving. Het systeem kan gesloten zijn, waarbij alleen energie wordt uitgewisseld, of het systeem kan geïsoleerd zijn, waar geen massa of energie worden uitgewisseld.

6.1:

Basisprincipes van Energie

Chemical reactions, such as those that occur when you light a match, involve changes in energy as well as matter.

Chemical changes and their accompanying changes in energy are important parts of everyday life. The macronutrients in food undergo metabolic reactions that provide the energy to keep bodies functioning. A variety of fuels (gasoline, natural gas, coal) is burned to produce energy for transportation, heating, and the generation of electricity. Industrial chemical reactions use enormous amounts of energy to produce raw materials (such as iron and aluminum). Energy is then used to manufacture those raw materials into useful products, such as cars, skyscrapers, and bridges.

Over 90% of the energy used by humans comes originally from the sun. Every day, the sun provides the earth with almost 10,000 times the amount of energy necessary to meet all of the world’s energy needs for that day. The challenge remains to find ways to convert and store incoming solar energy so that it can be used in reactions or chemical processes that are both convenient and nonpolluting. Plants and many bacteria capture solar energy through photosynthesis. Humans release the energy stored in plants when burning wood, coal, petroleum, or other plant products such as ethanol. They also use this energy to fuel their bodies by eating food that comes directly from plants.

Thermochemistry

The basic ideas of an important area of science concerned with the amount of heat absorbed or released during chemical and physical changes — is called thermochemistry. The concepts are widely used in almost all scientific and technical fields. Food scientists use thermochemistry to determine the energy content of foods. Biologists study the energetics of living organisms, such as the metabolic combustion of sugar into carbon dioxide and water. The oil, gas, and transportation industries, renewable energy providers, and many others endeavor to find better methods to produce energy for commercial and personal needs. Engineers strive to improve energy efficiency, find better ways to heat and cool homes, refrigerate food and drinks, and meet the energy and cooling needs of computers and electronics, among other applications. Understanding thermochemical principles is essential for chemists, physicists, biologists, geologists, every type of engineer, and just about anyone who studies or does any kind of science.

Energy

Energy can be defined as the capacity to supply heat or do work. One type of work (w) is the process of causing matter to move against an opposing force. For example, when inflating a bicycle tire — matter is moved (the air in the pump) against the opposing force of the air already in the tire.

Like matter, energy comes in different types. One scheme classifies energy into two types: potential energy, the energy an object has because of its relative position, composition, or condition, and kinetic energy, the energy that an object possesses because of its motion.

Water at the top of a waterfall or dam has potential energy because of its position; when it flows downward through generators, it has kinetic energy that can be used to do work and produce electricity in a hydroelectric plant. A battery has potential energy because the chemicals within it can produce electricity that can do work.

This text is adapted from OpenStax Chemistry 2e, Section 5.1: Energy Basics.