A energia química é o potencial inerente de uma substância química para sofrer transformação através de uma reação química ou para ser convertida em outras substâncias químicas. A formação ou quebra de ligações químicas implica a presença e gestão de energia. Este processo energético pode se manifestar como absorção ou liberação dentro de um sistema químico.
As reações químicas, dependendo da sua natureza, têm a capacidade de liberar ou absorver energia, revelando assim a dinâmica intrínseca e diversa da energia química no mundo molecular.
Neste artigo explicamos os conceitos fundamentais deste tipo de energia.
O que é energia química?
A energia química é a forma de energia potencial armazenada nas conexões entre átomos e moléculas. Ela se manifesta durante reações químicas quando ligações entre átomos são formadas ou quebradas. Essa energia está presente em diversos sistemas, desde alimentos até combustíveis fósseis.
Quando as ligações químicas são formadas, a energia é absorvida; Quando eles quebram, a energia é liberada. A energia química é fundamental para a compreensão dos fenômenos biológicos, como a respiração celular e a fotossíntese, bem como os processos industriais e a geração de energia.
Exemplos de energia química
Aqui estão alguns exemplos de energia química:
Combustíveis Fósseis: Hidrocarbonetos como petróleo, gás natural e carvão contêm energia química armazenada em suas ligações moleculares. Essa energia é liberada durante a combustão.- Baterias: Armazenam energia por meio de reações eletroquímicas entre seus componentes, convertendo-a em energia elétrica durante a descarga.
- Alimentos: Esse tipo de energia é encontrada nas ligações moleculares das moléculas orgânicas presentes nos alimentos, sendo liberada durante a digestão.
- Baterias e acumuladores: Armazenam energia química, liberando-a como energia elétrica quando o circuito é concluído.
- Explosivos: Substâncias como a pólvora contêm energia química concentrada em suas ligações moleculares, liberando-a durante reações explosivas.
- Hidrogênio: Pode armazenar energia na forma gasosa ou líquida e é usado como combustível em células de combustível para gerar eletricidade por meio de reações químicas com o oxigênio.
- Biomassa: A madeira ou resíduos orgânicos armazenam este tipo de energia, liberando-a durante a combustão para gerar calor ou eletricidade.
- Fertilizantes: Alguns fertilizantes contêm compostos de nitrogênio que podem liberar energia durante processos de decomposição ou reações químicas.
- Fotossíntese: Plantas, algas e algumas bactérias capturam energia da luz solar e a convertem em energia química armazenada em moléculas orgânicas, como a glicose.
Tipos de energia química
Do ponto de vista científico, a energia química pode ser classificada em diversas categorias com base nos diferentes aspectos que a compõem e nas reações químicas associadas.
Abaixo mostramos uma lista completa dos tipos de energia química:
- Energia de ligação : A energia de ligação é a energia necessária para quebrar uma ligação química e formar átomos ou moléculas separadas. A formação e quebra de ligações contribuem para reações químicas e podem liberar ou absorver energia.
- Energia de ativação : A energia mínima necessária para iniciar uma reação química. Representa a barreira que deve ser superada para que a reação ocorra.
- Energia de reação : é a quantidade de energia absorvida ou liberada durante uma reação química. É medido pela diferença entre a energia dos produtos e dos reagentes. Pode ser exotérmico (libera energia) ou endotérmico (absorve energia). Sua compreensão é crucial para compreender o comportamento das substâncias nas transformações químicas.
- Energia potencial de interações eletrostáticas : A energia associada a interações atrativas ou repulsivas entre cargas elétricas presentes na matéria, como aquelas encontradas em ligações iônicas ou covalentes.
- Energia cinética do elétron : A energia associada ao movimento dos elétrons ao redor do núcleo de um átomo. A distribuição de elétrons entre os níveis de energia afeta as propriedades químicas de um elemento.
- Energia nuclear : Energia presente no núcleo de um átomo, relacionada à união de partículas subatômicas como prótons e nêutrons. Os processos nucleares, como a fissão e a fusão, podem libertar ou absorver energia.
- Energia de ionização : Energia necessária para remover um elétron de um átomo.
- Afinidade eletrônica : Energia liberada quando um elétron é adicionado a um átomo.
- Energia de solvatação : A energia associada à solvatação de íons em um solvente.
- Energia de mudança de fase : A energia associada às mudanças de fase, como evaporação ou condensação.
- Energia química em reações redox : A energia liberada ou absorvida durante reações de oxidação-redução.
energia química potencial
A energia potencial química é uma forma de energia potencial relacionada ao arranjo estrutural de átomos ou moléculas. Esse arranjo pode ser o resultado de ligações químicas entre as moléculas.
A energia potencial química depende da posição mútua das partículas que constituem uma substância. A força das ligações químicas está associada à distância entre os elementos químicos. As ligações mais fortes são aquelas que têm os elementos químicos envolvidos mais próximos uns dos outros.
O termo semelhante potencial químico é usado para indicar o potencial de uma substância sofrer uma mudança na configuração.
química nuclear
A química nuclear é um ramo da química que trata do estudo dos seguintes aspectos químicos:
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propriedades nucleares (como a estrutura do núcleo atômico, reações nucleares e decaimento radioativo)
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propriedades dos elementos no final do sistema periódico (para os quais a detecção de radiação nuclear é essencial)
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fenômenos macroscópicos nos quais intervêm processos nucleares.
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Aplicação de técnicas de análise baseadas em fenómenos nucleares no estudo de problemas científicos em diversas áreas científicas ou técnicas.
Energia interna de uma reação química
A energia interna de uma reação química é a energia liberada ou absorvida por uma reação química entre os átomos de duas substâncias químicas. Essa energia é igual à diferença entre a quantidade de energia dos produtos e dos reagentes.
As trocas de energia química ocorrem no decorrer de transformações que ocorrem no nível das moléculas.
Tipos de reações químicas
Existem 6 tipos de reação química:
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Decomposição: conversão de uma substância complexa em uma substância mais simples.
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Deslocamento simples: ocorre quando um átomo de uma substância é transferido para outra substância.
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Duplo deslocamento: os átomos de duas substâncias são trocados entre si.
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Combustão: ao aumentar a temperatura de um combustível (por exemplo, carvão), são geradas reações químicas que liberam calor.
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Síntese: é a energia liberada quando uma substância mais complexa é formada a partir de duas substâncias simples.
Um caso particular: combustíveis fósseis
Um termo adicional de relevância é “calor de combustão”, que representa a energia liberada durante uma reação de combustão. Este conceito é frequentemente utilizado na análise de combustíveis fósseis.
Os combustíveis contêm energia química, que é transformada em energia mecânica através da combustão, especialmente em motores térmicos. Esta conversão possibilita a transformação direta da energia resultante da reação química da combustão em energia elétrica ou mecânica.