Меню

Глава 7. Технологии получения, преобразования и использования энергии. Химическая энергия
§ 7.1 Выделение энергии при химических реакциях

Технологии получения, преобразования и использования энергии. Химическая энергия

Очень много процессов и явлений, происходящих на Земле, связаны с проявлениями химической энергии. Она задаёт рост и развитие всех живых организмов. С нею связано растворение в водах рек, озёр, морей и океанов различных веществ. Химическая энергия проявляется в процессах горения, гниения и др. Познание видов и проявлений химической энергии, их свойств позволило людям не только эффективно использовать природные вещества, но и создавать совершенно новые материалы с уникальными свойствами.

Выделение энергии при химических реакциях

Почему, плотно позавтракав, человек может долго работать, а без утренней порции еды быстро устаёт?

Потенциал и способность веществ изменяться в процессе каких-либо взаимодействий друг с другом или преобразовываться в этом процессе в другие вещества называется их химической энергией.

Горение спички или газа из баллончика, сгорание бензина в двигателе автомобиля — это видимые проявления химической энергии, которой обладают древесина, газ, жидкое горючее.

Химическая энергия съеденной человеком пищи с помощью желудочного сока, ферментов, других веществ преобразуется организмом в различные виды энергии для его жизнедеятельности. Фактически жизнь всех организмов на Земле — это результат проявлений химической энергии. При создании или разрушении химических связей химическая энергия преобразуется в другие виды энергии и может выделяться и поглощаться.

Наиболее известным проявлением химической энергии является её преобразование в тепловую энергию в результате реакции между двумя и более веществами. Например, соединения ряда веществ с кислородом или хлором являются быстро или медленно протекающими реакциями, которые сопровождаются выделением большого количества тепловой энергии.

Самый распространённый вид горения — это горение веществ в среде кислорода. Этот процесс называется окислением, а кислород — окислителем (оксидом). В атмосферном воздухе содержится примерно 21 % кислорода, поэтому очень многие вещества горят на воздухе. Для горения железа нужен чистый кислород, а для горения натрия и магния нужен чистый хлор.

Для начала горения какого-то вещества в среде другого вещества надо чем-то извне создать высокую температуру, необходимую для начала реакции горения. Далее в ходе самой реакции выделяется очень много тепла, и горение поддерживается само собой.

Реакция горения широко используется в современных технологиях. Прежде всего с помощью энергии химической реакций горения получают тепловую энергию. С её производством и использованием вы знакомились в 6 классе.

Тепловая энергия химических реакций выделяется не только при горении.

Так, металлы натрий и калий могут вступать в химическую реакцию с обычной водой. Образуется щёлочь, создаётся высокая температура, и даже загорается выделяющийся при реакции водород, а сами металлы плавятся.

Выделение тепловой энергии наблюдается не только при горении, но и при других реакциях, например при растворении серной кислоты в воде.

Температура может подняться до такой величины, что вода и кислота закипят и будут выплёскиваться из сосуда. Поэтому, если необходимо приготовить раствор кислоты для аккумулятора автомобиля, мотоцикла или скутера, следует лить кислоту в воду небольшими порциями.

Обычное горение протекает плавно. Этот процесс можно наблюдать, не прибегая ни к каким техническим средствам. Но химическая реакция соединения или разложения веществ может протекать очень быстро. Такое явление называют взрывом.

Взрыв — это процесс почти мгновенного освобождения большого количества энергии в ограниченном объёме. Продукты взрыва представляют собой газ и очень мелкие частички с очень высокой температурой и очень высоким давлением. Достаточно небольшого внешнего импульса, и вещество мгновенно превращается в газ с огромным давлением и температурой, разрушающий и сжигающий всё вокруг.

Для того чтобы произошёл взрыв, для горючего вещества нужно много окислителя. Например, природный газ медленно и равномерно сгорает в горелках бытовых кухонных плит. Газ небольшими порциями попадает в область горения и постепенно сгорает в кислороде. Однако если газ из незажжённой конфорки попал в помещение и в относительно большом объёме смешался с кислородом воздуха, то даже от небольшой искры эта смесь взорвётся.

Существуют вещества, которые специально предназначены для осуществления взрывов. Их называют взрывчатыми веществами.

Проверьте себя:

1. Что такое химическая энергия?

2. В каких ещё веществах, кроме кислорода, может происходить горение?

3. В чём особенность взрыва как процесса горения?

4*. При каких ещё химических реакциях химическая энер гия преобразуется в тепловую энергию?

* Подумайте, все ли вещества при горении дают одинаковую температуру.