Energia química é o tipo de energia encontrada nas ligações de compostos químicos. Podemos encontrar essa energia em átomos ou moléculas quando ela é liberada durante uma reação química, mantida dentro de suas ligações covalentes. O calor é liberado quando a energia é acessada, criando uma reação exotérmica.
Para quebrar as ligações, liberando primeiro a energia, a energia necessária é chamada de endotérmica.
A energia química foi proposta pela primeira vez por Josiah Gibbs durante uma época nos Estados Unidos em que a ciência teórica não era praticada com rigor. Suas idéias eram difíceis de entender na época, e seu cunhado costumava publicar seus artigos. Isso não contribuiu muito para sua credibilidade na época.
Embora Gibbs possa não ser muito conhecido do ponto de vista editorial, ele se comunicava regularmente com mais de 200 cientistas notáveis. Com o tempo, a influência de Gibbs na físico-química e na matemática estatística ajudou a aproximar nossa sociedade global de como entendemos a ciência moderna.
A maioria dos tipos de energia que usamos hoje depende de energia química para fornecer energia utilizável. Cada vez que um produto é queimado, ele libera energia química que iremos consumir posteriormente. Combustíveis fósseis, itens feitos pelo homem e até mesmo reações nucleares nos oferecem acesso à energia química.
Existem várias vantagens e desvantagens da energia química que devem ser consideradas ao examinar este recurso. Esses são alguns dos principais pontos a serem considerados.
Lista das principais vantagens da energia química
1. A energia química é incrivelmente abundante.
Este recurso de energia é uma das opções de energia mais abundantes que podemos acessar hoje. Quase qualquer tipo de material orgânico oferece o potencial de fornecer energia química que podemos usar. Muitos de nós usamos esse tipo de energia todos os dias, mesmo sem perceber. Se você acender sua lareira a gás ou uma fogueira, estará aproveitando os processos que produzem energia química.
2. Podemos acessar a energia com bastante facilidade.
Existem poucos processos especiais necessários para acessar todo o potencial da energia química. Em muitos casos, podemos acessar a energia imediatamente. Se você ligar um forno a gás, por exemplo, está usando o processo de energia química para criar calor que cozinhará sua comida. A combustão pode ser facilmente controlada. Ele pode ser mantido diretamente. É por isso que é uma das formas de energia mais baratas que podemos usar hoje.
3. A energia química pode ser armazenada fisicamente para uso futuro.
Embora todos usemos energia ao longo do dia, a usamos em diferentes níveis. Nossos recursos que fornecem energia química podem ser facilmente armazenados ou armazenados para uso futuro, permitindo-nos conservar energia quando não precisamos dela. Nos Estados Unidos, há carvão suficiente armazenado para atender às nossas necessidades atuais de energia por mais de uma geração. Em um quintal, pode haver lenha suficiente para um fogão fornecer calor durante todo o inverno.
4. Fornece aos consumidores uma carga de alta densidade quando consumido.
Os processos de energia química liberam uma quantidade surpreendentemente grande de energia que podemos consumir para uma variedade de propósitos. A natureza de alta densidade dessa energia nos permite pilotar aviões, secar carros ou nos manter aquecidos em um dia frio. Nossa consciência do potencial da energia química nos permite desenvolver novas tecnologias baseadas neste recurso substancial, que um dia pode se tornar a base para como criarmos uma nova era colonial em nosso sistema solar.
5. Podemos controlar os efeitos da energia química em nosso ambiente.
Os danos causados pelo uso descontrolado e não regulamentado de energia química são bastante profundos. Nos últimos 40 anos, vimos muitas mudanças ocorrerem em nossa atmosfera planetária, algumas das quais são atribuídas ao nosso consumo de energia química. Desde o buraco na camada de ozônio até as tendências de aquecimento global que estão ocorrendo, descobrimos que, quando a energia química é consumida de maneira responsável, podemos reparar danos passados sem colocar as gerações futuras em risco de herdar um planeta insalubre.
6. A energia química é uma fonte de energia eficiente.
Para que as reações de energia química sejam eficazes, deve haver uma fonte de oxigênio presente para completar a reação. Temos a capacidade de controlar com precisão os microambientes para permitir que o processo de combustão seja o mais eficiente possível. A energia liberada por processos de energia química pode ser direcionada para onde será consumida imediatamente, reduzindo a quantidade de perda total de energia que é experimentada.
7. Pode gerar altos níveis de atividade econômica.
Do início ao fim, o ciclo de energia química cria atividades econômicas que nos ajudam a manter estilos de vida modernos. Os agricultores que cultivam milho ou cana-de-açúcar para combustível obtêm renda fornecendo esse recurso básico. Os mineiros ganham a vida acessando matérias-primas. Os refinadores, então, ganham receita convertendo os materiais básicos em um combustível que pode ser consumido. À medida que consumimos esse combustível, buscamos carreiras, cuidamos de nossas famílias e criamos oportunidades educacionais. Então, pegamos o que aprendemos para ser mais eficientes no início do ciclo de produção e recomeçamos.
8. Podemos usá-lo para criar recursos de energia renovável.
Embora as reações de energia química exijam um consumo único, podemos usar a energia para criar elementos que fornecerão energia renovável. A energia química pode ser usada para criar turbinas que nos trazem energia do vento. Ele pode ser usado para criar painéis fotovoltaicos que nos permitem coletar energia da luz solar. Também podemos obter energia química de elementos orgânicos que podem ser cultivados rapidamente. Um hectare de cana-de-açúcar pode produzir 180 toneladas de pés de cana por safra e alguns locais geram de 2 a 3 safras por ano.
9. A energia liberada por meio da energia química também pode ser armazenada para uso futuro.
Digamos que você esteja lendo este conteúdo em um smartphone. Seu telefone está ligado devido à bateria. Carregue a bateria de uma tomada, que recebe energia elétrica da rede de distribuição local. Um bom telefone hoje em dia, em modo de espera, pode sustentar mais de 7 dias de serviço sem precisar de outra carga devido à sua capacidade de armazenar energia. Embora a energia química seja liberada imediatamente, temos a capacidade de armazená-la para consumi-la quando precisamos. A maior bateria do mundo construída pela Tesla é capaz de armazenar 100 megawatts de energia.
Lista das principais desvantagens da energia química
1. Para acessar a energia química, geralmente devemos contar com a combustão.
Para obter energia por meio da energia química, geralmente devemos criar uma reação de combustão. A combustão oferece uma vantagem, pois torna a energia instantaneamente disponível para nós. Para cada reação, entretanto, deve haver uma reação igual e oposta. Quando queimamos itens, nós os destruímos. Uma vez que consumimos um item por meio de energia química, ele desaparece. Não podemos usá-lo repetidamente.
2. Não é uma forma de energia limpa.
O processo de combustão libera subprodutos na atmosfera que podem ter efeitos nocivos de longo prazo. A quantidade de subprodutos liberados depende do tipo de material que é consumido por meio de processos de energia química. O carvão libera grandes quantidades de partículas, dióxido de carbono e monóxido de carbono quando queimado. O gás natural, por outro lado, libera muito poucas emissões com tecnologias de captura limpa. Quando a energia limpa é necessária, os processos de energia química geralmente não podem ser usados.
3. Não podemos substituir os recursos de energia química.
Existem bilhões de barris de petróleo bruto em reserva em nosso planeta agora. Temos trilhões de metros cúbicos de gás natural. No entanto, quando esses recursos energéticos são consumidos, eles desaparecem. Precisamos de mais produtos para obter mais energia. Para combustível de madeira, combustíveis vegetais e outros recursos biológicos, é mais fácil reabastecer nosso suprimento, mas o princípio ainda existe. Depois de usar a energia química, você deve consumir mais para continuar a receber os resultados desejados.
4. Os recursos de energia química podem ser muito caros.
A maioria das formas de energia química é produzida por meio de recursos naturais. Muitos deles são de base orgânica. Isso significa que pode ser caro acessar esses recursos. Para dirigir nossos carros, devemos primeiro refinar o petróleo e transformá-lo em gasolina. Para o carvão gerar eletricidade, devemos extraí-lo e depois transportá-lo para onde será consumido. Mesmo as casas com fogão a lenha devem cortar uma árvore e dividir os troncos para consumir energia.
5. A disponibilidade de alguns recursos de energia química é bastante limitada.
Uma das formas mais eficientes de energia química que usamos hoje vem do urânio. Embora a energia recebida da energia química através do urânio possa ser 20.000 vezes maior do que outras formas de energia, a disponibilidade real do urânio é bastante limitada. Apenas um punhado de países localizou recursos de urânio acessíveis. Uma vez consumido, o urânio deve ser substituído para continuar usando essa tecnologia. Isso significa que as infra-estruturas que construímos para soluções de energia química podem se tornar inúteis se perdermos o acesso aos materiais básicos que são usados.
6. A energia química pode produzir resíduos tóxicos.
Uma das maiores desvantagens da energia química é que o calor é apenas um subproduto de sua liberação. Muitas formas de energia química também liberam radiação durante o processo de geração de energia. Temos tecnologias que controlam os níveis de exposição a essa emissão de radiação, embora isso não reduza os perigos que podemos encontrar. Houve mais de uma dúzia de incidentes nucleares envolvendo instalações elétricas e reatores em navios ou submarinos desde que a tecnologia foi inventada. A doença do pulmão negro é um problema constante para os mineiros de carvão.
7. Podemos prejudicar outras pessoas com o uso de tecnologias de energia química.
O uso de gás venenoso no conflito na Síria é apenas um exemplo de como podemos prejudicar outras pessoas usando tecnologias de energia química. Mísseis disparados pelos EUA, Reino Unido e França em instalações da Síria para interromper a produção de armas químicas são outra forma de transformar energia química em armas. O exemplo mais devastador do que podemos fazer com energia química foi mostrado nos últimos dias da Segunda Guerra Mundial no Japão. Com as tecnologias de energia química, temos literalmente o poder de destruir nosso planeta nas condições certas.
8. A energia química pode ter desvantagens indesejadas que nem conhecemos.
Desde o início da Revolução Industrial, nosso planeta experimentou muitos benefícios de estilo de vida. Trabalhamos para erradicar doenças. Melhoramos as tecnologias que prolongam a vida. Também tornamos os oceanos mais ácidos, potencialmente aquecendo nossa atmosfera em mais de 2 graus e criando outros problemas desconhecidos de longo prazo que podem afetar a saúde de nosso planeta para as gerações futuras. Freqüentemente, olhamos para os benefícios imediatos desse recurso sem considerar o que pode acontecer daqui a 10, 50 ou 100 anos.
As principais vantagens e desvantagens da energia química permitem-nos ver o quão benéfico este recurso é para nós. Eles também nos mostram quanta devastação a energia química pode causar sob certas condições. Temos a responsabilidade de usar a energia química de uma forma que nos beneficie hoje, amanhã e no futuro.