Kimyasal enerji

Kimyada kimyasal enerji, pil, ampul ve hücre gibi bir kimyasal maddenin tepkime esnasındaki değişiminin potansiyelidir. Kimyasal bağ kurma veya koparma sonucu enerji açığa çıkar. Bu enerji bir kimyasal sistem tarafından ya emilir ya da yayılır.

Kimyasal maddelerin tepkimesi sonucu yayılan (veya emilen) enerji, maddelerde bulunan enerji ile ayıraçları (reaktantları) arasındaki farka eşittir. Enerjideki bu değişim, kimyasal tepkimenin değişimdir.

Kimyasal enerji, moleküldeki atomları tepkimesi sonucu açığa çıkan enerjidir ve element birleşimine göre çeşitli türde olur. Elektriksel yükler, elektronlar ve protonların pozisyonlarının karşılıklı yer değişmesi esnasında ortaya çıkan elektriksel kuvvet tarafından yapılan iş olarak tanımlanabilir. Bu yüzden aslında elektriksel yüklerin elektrostatik potansiyel enerjisidir. Eğer bir sistemin kimyasal enerjisi, kimyasal tepkime esnasında azalırsa, bu azalma farkı, (daha çok ısı ve ışık gibi) bazı biçimlere dönüştürülür. Diğer tarafından eğer bir sistemin kimyasal enerjisi kimyasal tepkime sonucu azalırsa fark, (genellikle ısı veya ışık biçimindeki) enerjiye dönüşür. Örneğin;

iki hidrojen atomu tepkimeye girerse dihidrojen molekülü biçimine dönüşür. Kimyasal enerji (H-H bağının bağ enerjisi) 724 zJ kadar azalır;

bir hidrojen atomundan elektron koparılırsa, hidrojen iyonuna (gaz haline) dönüşür. Kimyasal enerjisi (hidrojenin iyonlaşma enerjisi) 2,18 aJ kadar artar.

Yukarıda tanımlanan kimyasal enerji kimyagerler tarafından integral enerji (U) olarak ifade edilir. Burada sistemin hacmi ve basıncı sabit kabul edilir. Tepkime esnasında eğer hacim değişirse (örneğin gaz uçarsa) entalpiyi (H) elde etmek için, atmosfer tarafından yapılan işin miktarına bir düzeltme uygulanır. Bu düzeltme, uçan gaz tarafından yapılan iştir ve eşitliği şöyledir:

${\displaystyle \Delta E=p\Delta V\,\!}$,

burada entalpi şöyle yazılabilir;

${\displaystyle \Delta H=\Delta U+p\Delta V\,\!}$.

İkinci bir düzeltme entropideki, (S) değişiklik için yapılır. S, kimyasal bir tepkimenin bir yer kaplayıp kaplamadığı dikkate alınarak uygulanır. Bu Gibbs serbest enerjisini (G) verir. Düzeltme, kaybolan enerjiyi elde etmek için gereken enerjidir.

${\displaystyle \Delta E=T\Delta S\,\!}$,

böylece aşağıdaki eşitlik elde edilir;

${\displaystyle \Delta G=\Delta H-T\Delta S\,\!}$.

Bu düzeltmeler bazen (özellikle gazlar arasındaki tepkimelerde) göz ardı edilir, çoğunlukla değil.

Bohr teorisine göre kimyasal enerji Rydberg sabiti tarafından karakterize edilir.

${\displaystyle R_{y}={\frac {m_{e}e^{4}}{8\varepsilon _{0}^{2}h^{2}}}={\frac {1}{2}}\alpha ^{2}m_{e}c^{2}=13,605\;692\;53(30)\ \mathrm {eV} }$