متى يتم إطلاق الطاقة من كسر الروابط الكيميائية؟.. التفاعل الكيميائي يمكن أن يستمر من تلقاء نفسه دون أي طاقة خارجية بمجرد أن يبدأ

إن كسر الروابط الكيميائية لا يطلق الطاقة أبدًا إلى البيئة الخارجية.

يتم إطلاق الطاقة فقط عند تكوين روابط كيميائية.

بشكل عام، يتضمن التفاعل الكيميائي خطوتين:

1- الروابط الكيميائية الأصلية بين الذرات مكسورة، و

2- يتم تشكيل روابط جديدة.

يتم أحيانًا تجميع هاتين الخطوتين في حدث واحد من أجل التبسيط، لكنهما في الحقيقة حدثان منفصلان.

على سبيل المثال، عندما تحرق الميثان (الغاز الطبيعي) في موقدك، يتفاعل الميثان مع الأكسجين لتكوين ثاني أكسيد الكربون والماء.

غالبًا ما يكتب الكيميائيون هذا على النحو التالي:

CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O + طاقة

تلخص هذه المعادلة الكيميائية المتوازنة التفاعل الكيميائي المتضمن في احتراق الميثان.

المواد المتفاعلة على اليسار، والنواتج على اليمين، والسهم يمثل لحظة حدوث التفاعل.

ولكن هناك الكثير من الأشياء الممتعة التي تحدث مخفية خلف هذا السهم.

ستبدو المعادلة الأكثر تفصيلاً كما يلي:

CH4 + 2 O2 + القليل من الطاقة →

C + 4 H + 4 O →

CO2 + 2 H2O + الكثير من الطاقة

يحتوي السطر الأول من المعادلة على المواد المتفاعلة الأصلية: جزيئات الميثان وجزيئات الأكسجين.

يمثل السهم الأول كسر الروابط التي تتطلب طاقة.

في الخط الأوسط توجد الذرات، التي تكسرت الآن من الجزيئات وحرة في التفاعل.

يمثل السهم الثاني تشكيل روابط جديدة.

في السطر الأخير المنتجات النهائية.

يتطلب الأمر القليل من الطاقة، مثل الشرارة من المشعل في موقدك، لبدء التفاعل.

وذلك لأن الروابط يجب أن تنكسر قبل أن تتشكل الذرات إلى روابط جديدة، ودائمًا ما يتطلب الأمر طاقة لكسر الروابط.

بمجرد بدء التفاعل، تصبح الطاقة الناتجة من جزيء الميثان المحترق هي الطاقة المدخلة للجزيء التالي.

يتم استخدام بعض الطاقة المنبعثة من كل رابطة تتشكل في صنع ثاني أكسيد الكربون والماء لكسر المزيد من الروابط في جزيئات الميثان والأكسجين.

بهذه الطريقة، يصبح التفاعل مستدامًا ذاتيًا (طالما استمر توفير الميثان والأكسجين).

يمكن إطفاء الشاعل. إذا كان كسر الروابط لا يتطلب طاقة ، فلن يحتاج الوقود إلى جهاز إشعال لبدء الاحتراق.

ستبدأ فقط في حرق نفسها.

يشهد وجود شمعات الإشعال في سيارتك على حقيقة أن كسر الروابط الكيميائية يتطلب طاقة.

لاحظ أن احتراق الميثان يتضمن في الواقع العديد من الخطوات الأصغر، لذلك يمكن توسيع المعادلة أعلاه إلى مزيد من التفاصيل.

غالبًا ما يتحدث علماء الأحياء عن الطاقة التي يتم توفيرها عن طريق تكسير السكر، مما يعني أن تكسير الروابط الكيميائية في جزيئات السكر يطلق الطاقة.

ومع ذلك، نتعلم في الكيمياء أن الطاقة تنطلق، ليس عندما تنكسر الروابط الكيميائية، ولكن عندما تتشكل. في الواقع، يوفر التنفس الطاقة، ليس عن طريق كسر الروابط في الركيزة ، ولكن عن طريق تكوين روابط قوية في المنتجات.

ومع ذلك، فإن النتيجة الإجمالية للعملية هي إنتاج الطاقة ، وبهذا المعنى يتحدث علماء الأحياء عن انهيار السكر الذي يعطي الطاقة.

إجمالي مدخلات أو مخرجات الطاقة للتفاعل يساوي الطاقة المنبعثة في تكوين روابط جديدة مطروحًا منها الطاقة المستخدمة في كسر الروابط الأصلية.

إذا كان كسر الروابط الأصلية يتطلب طاقة أكبر من الطاقة التي يتم تحريرها عند تكوين الروابط الجديدة، فإن صافي طاقة التفاعل يكون سالبًا.

هذا يعني أنه يجب ضخ الطاقة في النظام للحفاظ على استمرار التفاعل.

تُعرف ردود الفعل هذه باسم ماص للحرارة.

إذا استهلكت طاقة أقل لكسر الروابط الأصلية من تلك التي تم إطلاقها عند تكوين روابط جديدة ، فإن صافي طاقة التفاعل يكون موجبًا.

هذه الحقيقة تعني أن الطاقة سوف تتدفق خارج النظام مع استمرار التفاعل.

تعني هذه الحقيقة أيضًا أن التفاعل يمكن أن يستمر من تلقاء نفسه دون أي طاقة خارجية بمجرد أن يبدأ.

تُعرف ردود الفعل هذه بأنها طاردة للحرارة.

يمكن أيضًا أن تستمر التفاعلات الماصة للحرارة من تلقاء نفسها إذا كانت هناك طاقة خارجية كافية في شكل حرارة محيطة ليتم امتصاصها.

تميل التفاعلات الطاردة للحرارة إلى تسخين البيئة المحيطة بينما تميل التفاعلات الماصة للحرارة إلى تبريدها.

يعتبر حرق الوقود طاردًا للحرارة نظرًا لوجود إطلاق صافٍ للطاقة.

يعد طهي البيضة ماصًا للحرارة نظرًا لوجود كمية صافية من الطاقة لجعل البيض مطبوخًا.

خلاصة القول هي أن كلاً من التفاعلات الماصة للحرارة والطاردة للحرارة تنطوي على كسر الروابط، وبالتالي يتطلب كلاهما طاقة للبدء.

من المنطقي أن كسر الروابط يتطلب طاقة دائمًا.

الرابطة الكيميائية تربط ذرتين معًا.

لكسر الرابطة، عليك أن تقاتل ضد الرابطة، مثل شد الرباط المطاطي حتى ينفجر.

القيام بذلك يتطلب طاقة.

للتشابه، فكر في الذرات ككرات سلة.

فكر في مشهد الطاقة للروابط الكيميائية على أنه تضاريس جبلية تتدحرج فيها كرات السلة.

عندما توضع كرتان بالقرب من حفرة مستديرة، تسحبهما الجاذبية إلى أسفل حيث تلتقيان وتتوقفان.

تظل الكرتان الآن قريبتين من بعضهما بسبب شكل الثقب وجاذبية الجاذبية.

هذا يشبه الرابطة الكيميائية التي توحد الذرات.

لإبعاد الكرات عن بعضها البعض (لكسر الروابط)، عليك أن تدحرجها لأعلى على جانبي الحفرة.

يتطلب الأمر طاقة يدك التي تدفع الكرات لدفعها إلى جانبي الحفرة وبعيدًا عن بعضها البعض.

يتم الآن تخزين الطاقة التي تضعها في النظام من أجل تفكيك الكرات كطاقة كامنة في الكرات.

لا تتدحرج الذرات حرفيًا لأعلى ولأسفل التلال، لكنها تتصرف كما لو كانت تتحرك في مشهد طاقة مشابه جدًا للتلال الحقيقية.