Химический способ получения энергии

ХИМИЗАЦИЯ ЭНЕРГЕТИКИ

«Никакой вид энергии не обходится так дорого, как ее недостаток» – это высказывание индийского ученого не звучало так актуально, как в наши дни, когда человечество, не считаясь с огромными финансовыми расходами, прилагает все усилия к поиску новых путей получения энергии. Проблемы, связанные с происхождением, экономичностью, техническим освоением и способами использования различных источников энергии, были и будут неотъемлемой частью жизни на нашей планете. Прямо или косвенно с ними сталкивается каждый житель Земли. Понимание принципов производства и потребления энергии составляет необходимую предпосылку для успешного решения приобретающих все большую остроту проблем современности и в еще большей степени – ближайшего будущего.

Не сходят со страниц газет и журналов статьи об энергетическом кризисе. Из-за нефти возникают войны, расцветают и беднеют государства, сменяются правительства. Разрабатываются гигантские энергетические программы, осуществление которых требует громадных усилий и огромных материальных затрат. Уровень материальной, а, в конечном счете, и духовной культуры людей находится в прямой зависимости от количества энергии, имеющейся в их распоряжении. Чтобы добывать руду, выплавить из нее металл, построить дом, сделать любую вещь, необходимо израсходовать энергию. А потребности человека все растут, и людей становится больше.

Понятие «энергетика» включает в себя методы получения и использования различных видов энергии для нужд человеческого общества. Энергетика или топливно-энергетический комплекс – одна из основ развития современного общества; эффективность решения социальных, экономических и технических задач в значительной мере определяется выработкой энергии и масштабностью энергоресурсов. Энерговооруженность – показатель цивилизации страны. В конце прошлого столетия потребление энергии в расчете на одного человека в год в разных странах было следующим: США – 3000 кВт/ч; Япония – 2700 кВт/ч; Германия – 1500 кВт/ч; СНГ – 400 кВт/ч.

Развитие энергетики может отразить прогресс всего человечества:

• 5000 лет до н.э. – 100 % мускульной энергии;

• 2000 лет до н.э. – 70 % мускульной энергии, 25 % животные, 5 % древесина;

• 1500 г. – 70 % древесины, 20 % тягловые животные, 10 % мускульная энергия;

• 1910 г. – по 16 % тягловые животные и древесина, 65 % уголь, 3 % нефть;

• 1935 г. – 13 % животные, 7 % древесина, 55 % уголь, 15 % нефть, по 5 % газ и вода;

• 1972 г. – 10 % древесина, 32 % уголь, 34 % нефть, 18 % газ, 6 % атомная энергия;

• 1990 г. – 1 % древесина, 20 % уголь, 33 % нефть, 30 % газ, 16 % атомная энергия.

Таким образом, развитие человечества не что иное, как постоянный труд по овладению энергией, которая во все времена определяла мощь и уровень развития общества. Для устойчивого развития необходимы устойчивые энергоресурсы. Но дело в том, что те ресурсы, от которых зависит человек, к таковым не относятся. Кроме этого, энергетика оказывает существенное влияние на окружающую среду, являясь источником различных видов загрязнения воздуха, воды, земной поверхности и недр, а также основным потребителем минерального топлива, определяющим уровень его добычи. Вопросы взаимодействия энергетики и природной среды настолько сложны, что возникла необходимость появления новой области науки – экоэнергетики.

Можно перечислить много видов энергии. Первоисточником большинства из них служит солнечная радиация. Солнце ежесекундно направляет на Землю энергию, равную 16,76?10 3 кДж, половина которой, проходя через атмосферу, достигает поверхности Земли. Часть поглощаемой атмосферой и гидросферой энергии затрачивается на круговорот воды в природе или превращается в энергию ветра, волн, океанических течений. Часть энергии, воспринимаемая верхним слоем литосферы, расходуется на накопление теплоты и поверхностной энергии пород, приводящей к их разрушению, иногда до мелкодисперсного состояния (песок, глина). Большая часть солнечной энергии расходуется на фотосинтез и создание живого вещества.

К энергии, непосредственно не связанной с солнечной радиацией, относят тепловую энергию земных недр; энергию океанических и морских приливов; тепловую энергию, получаемую при сжигании биологических (древесина) и геохимических (торф, уголь, газ, нефть) «аккумуляторов солнечной энергии», электроэнергию, атомную энергию и энергию некоторых химических процессов (например, энергия взрыва, используемую в горном производстве).

Все способы получения энергии по характеру используемых ресурсов делятся на две группы. К первой группе относятся способы, использующие невозобновляемые источники энергии (горючие ископаемые, ядерное топливо). Во вторую группу входят способы, основанные на применении возобновляемых энергоресурсов (солнечной радиации, энергии ветра, воды).

Большинство промышленно развитых стран до 90 % своего энергопроизводства обеспечивают за счет гидроресурсов, полезных ископаемых и ядерного топлива. Следовательно, энергетика опирается на невозобновляемые ресурсы, то есть рано или поздно появится угроза истощения запасов. Поэтому возникает вопрос о поисках новых, более эффективных путей обеспечения человечества энергией, не связанных с исчерпаемыми ресурсами. Экоэнергетика – это наука о последствиях воздействия современных способов получения, хранения, передачи и использования энергии на окружающую среду, а также о возможных путях развития энергетики в направлении экологически чистых, эффективных способов получения, хранения, передачи и использования энергии.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Источник

20 примеров химической энергии, чтобы понять концепцию

Среди примеры химической энергии мы можем найти батареи, биомассу, нефть, природный газ или уголь. Это объясняет концепцию, согласно которой химическая энергия — это энергия, запасенная в химических продуктах, что делает ее энергией внутри атомов и молекул..

Большую часть времени считается энергией химических связей, но термин также включает энергию, запасенную в электронном расположении атомов и ионов..

Это форма потенциальной энергии, которая не будет наблюдаться, пока не произойдет реакция (Helmenstine, 2017).

Обычно, когда химическая энергия высвобождается из вещества, это вещество превращается в совершенно новое вещество.

20 выдающихся примеров химической энергии

1- Дерево

На протяжении тысячелетий древесина была источником энергии. Вокруг костра дрова горят, а когда дрова горят, химическая энергия, хранящаяся в связях молекул целлюлозы в древесине, выделяет тепло и свет (Chemical Energy Example, S.F.).

Во время промышленной революции паровые двигатели, как и поезда, использовали уголь в качестве источника энергии..

При сжигании угля выделяется тепло, которое использовалось для испарения воды и производства кинетической энергии при движении поршня..

Хотя паровые двигатели в настоящее время не используются, уголь по-прежнему используется в качестве источника энергии для выработки электроэнергии и тепла.

3- Бензин

Топливо, жидкое топливо, такое как нефть или газ, являются одними из наиболее экономически важных форм химической энергии для человеческой цивилизации..

Когда предоставляется источник возгорания, эти ископаемые виды топлива мгновенно преобразуются, высвобождая огромное количество энергии в процесс..

Эта энергия используется многими способами, особенно для транспортных целей.

Когда вы нажимаете на акселератор вашего автомобиля, газ в баке превращается в механическую энергию, которая ведет автомобиль вперед, а затем создает кинетическую энергию в форме движущегося автомобиля..

4- Природный газ

Когда пропан сжигается для приготовления пищи на гриле, химическая энергия, накопленная в связях молекул пропана, разрушается, и тепло выделяется для приготовления пищи..

Аналогичным образом природный газ, такой как метан, используется в качестве альтернативы бензину и дизельному топливу для повышения эффективности транспортных средств..

5- окислительно-восстановительный потенциал

Химические элементы обладают способностью давать или принимать электроны. При этом они остаются в состоянии большей или меньшей энергии в зависимости от элемента.

Когда один элемент передает электрон другому, различие между этими энергетическими состояниями называется окислительно-восстановительным потенциалом.

По соглашению, если разница положительная, то реакция происходит спонтанно (Jiaxu Wang, 2015).

6- Аккумуляторы и гальванические элементы

7- Биоэлектрическая энергия

Есть некоторые виды, такие как электрические угри (электрофорус электрический) или глубоководная рыба (melanocetus johnsonii) которые способны генерировать биоэлектричество извне.

Фактически, биоэлектричество присутствует во всех живых существах. Примером их являются мембранные потенциалы и нейрональные синапсы.

8- Фотосинтез

Во время фотосинтеза энергия солнечного света преобразуется в химическую энергию, которая накапливается в углеводных связях.

Впоследствии растения могут использовать энергию, накопленную в связях углеводных молекул, для их роста и восстановления..

9- Еда

Пища, которую едят люди, будь то растения или животные, является формой запасенной химической энергии, которую тела используют для движения и функционирования..

Когда пища готовится, часть энергии высвобождается из ее химических связей в результате применения тепловой энергии..

После того, как люди едят, процесс пищеварения преобразует химическую энергию в форму, которую их тела могут использовать (Барт, С.Ф.).

10- Клеточное дыхание

Во время клеточного дыхания наши тела берут молекулы глюкозы и разрушают связи, которые удерживают молекулы вместе.

Когда эти связи разрушаются, химическая энергия, запасенная в этих связях, высвобождается и используется для превращения молекул АТФ в форму, пригодную для нас..

Движение мышц является примером того, как организм использует химическую энергию для превращения ее в механическую или кинетическую..

При использовании энергии, содержащейся в АТФ, конформационные изменения происходят в белках скелетных мышц, заставляя их напрягаться или расслабляться, вызывая физические движения.

12- Химическое разложение

Когда живые существа умирают, энергия, содержащаяся в их химических связях, должна куда-то уходить. Бактерии и грибы используют эту энергию в реакциях брожения.

13- Водород и кислород

Водород является легким и легковоспламеняющимся газом. В сочетании с кислородом взрывно выделяет тепло.

Это стало причиной трагедии дирижабля Гинденбурга, так как эти машины были накачаны водородом. Сегодня эта реакция используется для продвижения ракет в космос.

14- Взрывы

Взрывы — это химические реакции, которые происходят очень быстро и выделяют много энергии. При взрыве взрывчатого вещества химическая энергия, запасенная во взрывчатом веществе, изменяется и переводится в звуковую энергию, кинетическую энергию и тепловую энергию..

Они наблюдаются в звуке, движении и тепле, которые создаются.

При нейтрализации кислоты основанием выделяется энергия. Это потому, что реакция экзотермическая.

16- Кислота в воде

Также при разбавлении кислоты в воде происходит экзотермическая реакция. При этом следует соблюдать особую осторожность, чтобы избежать разбрызгивания кислоты. Правильный способ разбавления кислоты — это всегда добавлять ее в воду, а не наоборот..

17- охлаждающий гель

Холодные контейнеры, используемые в спорте, являются примерами химической энергии. Когда внутренний мешок, заполненный водой, разбивается, он вступает в реакцию с гранулами нитрата аммония и создает новые химические связи во время реакции, поглощая энергию из окружающей среды..

В результате накопления химической энергии в новых связях температура холодного контейнера снижается.

18- гель термосумки

Эти полезные пакеты, которые используются для разогрева холодных рук или воспаленных мышц, содержат химические вещества.

Когда вы разбиваете пакет, чтобы использовать его, химические вещества активируются. Эти химические вещества смешиваются, и химическая энергия, которую они выделяют, создает тепло, которое нагревает упаковку..

19- Алюминий в соляной кислоте

В химической реакции в лаборатории: алюминиевую фольгу добавляют к раствору соляной кислоты.

Пробирка становится очень горячей, потому что во время реакции многие химические связи разрушаются, выделяя химическую энергию, вызывая повышение температуры раствора..

Несмотря на то, что это не пример химической энергии, стоит упомянуть. Когда ядро ​​деления делится на несколько более мелких фрагментов.

Эти фрагменты или продукты деления примерно равны половине исходной массы. Два или три нейтрона также испускаются.

Сумма масс этих фрагментов меньше исходной массы. Эта «исчезнувшая» масса (около 0,1% от первоначальной массы) была преобразована в энергию в соответствии с уравнением Эйнштейна (AJ Software & Multimedia, 2015).

Дополнительные понятия для понимания химической энергии

Химические реакции включают в себя производство и разрыв химических связей (ионных и ковалентных), а химическая энергия системы — это энергия, выделяемая или поглощаемая в результате производства и разрыва этих связей..

Разрыв связей требует энергии, образование связей высвобождает энергию, и глобальная реакция может быть эндергонической (ΔG 0) на основе общих изменений в стабильности реагентов к продуктам (Chemical Energy, S.F.).

Химическая энергия играет решающую роль в каждом дне нашей жизни. Благодаря простым реакциям и окислительно-восстановительной химии, расщеплению и связыванию энергия может быть извлечена и использована удобным для использования способом (Solomon Koo, 2014).

Источник