L'énergie chimique est le potentiel inhérent d'une substance chimique à subir une transformation par une réaction chimique ou à être convertie en d'autres substances chimiques. La formation ou la rupture de liaisons chimiques implique la présence et la gestion de l'énergie. Ce processus énergétique peut se manifester par une absorption ou une libération au sein d'un système chimique.
Les réactions chimiques, selon leur nature, ont la capacité de libérer ou d'absorber de l'énergie, révélant ainsi la dynamique intrinsèque et diversifiée de l'énergie chimique dans le monde moléculaire.
Dans cet article, nous expliquons les concepts fondamentaux de ce type d'énergie.
Qu’est-ce que l’énergie chimique ?
L'énergie chimique est la forme d'énergie potentielle stockée dans les connexions entre atomes et molécules. Il se manifeste lors de réactions chimiques lorsque des liaisons entre atomes se forment ou se rompent. Cette énergie est présente dans divers systèmes, depuis l’alimentation jusqu’aux combustibles fossiles.
Lorsque des liaisons chimiques se forment, l’énergie est absorbée ; Lorsqu'ils se brisent, de l'énergie est libérée. L'énergie chimique est fondamentale pour comprendre les phénomènes biologiques, tels que la respiration cellulaire et la photosynthèse, ainsi que les processus industriels et la production d'énergie.
Exemples d'énergie chimique
Voici quelques exemples d’énergie chimique :
Combustibles fossiles : les hydrocarbures tels que le pétrole, le gaz naturel et le charbon contiennent de l'énergie chimique stockée dans leurs liaisons moléculaires. Cette énergie est libérée lors de la combustion.- Batteries : elles stockent l’énergie grâce à des réactions électrochimiques entre leurs composants, la convertissant en énergie électrique lors de la décharge.
- Alimentation : Ce type d’énergie se trouve dans les liaisons moléculaires des molécules organiques présentes dans les aliments, libérées lors de la digestion.
- Piles et accumulateurs : Ils stockent l’énergie chimique et la libèrent sous forme d’énergie électrique lorsque le circuit est terminé.
- Explosifs : Les substances telles que la poudre à canon contiennent de l'énergie chimique concentrée dans leurs liaisons moléculaires, la libérant lors de réactions explosives.
- Hydrogène : Il peut stocker de l'énergie sous forme gazeuse ou liquide et est utilisé comme combustible dans les piles à combustible pour produire de l'électricité par des réactions chimiques avec l'oxygène.
- Biomasse : Le bois ou les déchets organiques stockent ce type d'énergie et la libèrent lors de la combustion pour produire de la chaleur ou de l'électricité.
- Engrais : Certains engrais contiennent des composés azotés qui peuvent libérer de l'énergie lors des processus de décomposition ou des réactions chimiques.
- Photosynthèse : Les plantes, les algues et certaines bactéries captent l’énergie du soleil et la convertissent en énergie chimique stockée dans des molécules organiques, comme le glucose.
Types d'énergie chimique
D'un point de vue scientifique, l'énergie chimique peut être classée en plusieurs catégories en fonction des différents aspects qui la composent et des réactions chimiques associées.
Ci-dessous, nous montrons une liste complète des types d’énergie chimique :
- Énergie de liaison : L'énergie de liaison est l'énergie nécessaire pour rompre une liaison chimique et former des atomes ou des molécules séparés. La formation et la rupture des liaisons contribuent aux réactions chimiques et peuvent libérer ou absorber de l'énergie.
- Énergie d'activation : L'énergie minimale nécessaire pour démarrer une réaction chimique. Il représente la barrière qu’il faut surmonter pour que la réaction se produise.
- Énergie de réaction : est la quantité d'énergie absorbée ou libérée lors d'une réaction chimique. Elle se mesure par la différence entre l'énergie des produits et celle des réactifs. Il peut être exothermique (libère de l'énergie) ou endothermique (absorbe de l'énergie). Sa compréhension est cruciale pour comprendre le comportement des substances lors des transformations chimiques.
- Énergie potentielle des interactions électrostatiques : L'énergie associée aux interactions attractives ou répulsives entre les charges électriques présentes dans la matière, telles que celles trouvées dans les liaisons ioniques ou covalentes.
- Énergie cinétique des électrons : énergie associée au mouvement des électrons autour du noyau d'un atome. La répartition des électrons selon les niveaux d’énergie affecte les propriétés chimiques d’un élément.
- Énergie nucléaire : L'énergie présente dans le noyau d'un atome, liée à l'union de particules subatomiques telles que les protons et les neutrons. Les processus nucléaires, tels que la fission et la fusion, peuvent libérer ou absorber de l'énergie.
- Énergie d'ionisation : L'énergie nécessaire pour retirer un électron d'un atome.
- Affinité électronique : L'énergie libérée lorsqu'un électron est ajouté à un atome.
- Énergie de solvatation : L'énergie associée à la solvatation des ions dans un solvant.
- Énergie de changement de phase : L'énergie associée aux changements de phase, tels que l'évaporation ou la condensation.
- Énergie chimique dans les réactions redox : L'énergie libérée ou absorbée lors des réactions d'oxydo-réduction.
énergie chimique potentielle
L'énergie potentielle chimique est une forme d'énergie potentielle liée à la disposition structurelle des atomes ou des molécules. Cet arrangement peut être le résultat de liaisons chimiques entre les molécules.
L'énergie potentielle chimique dépend de la position mutuelle des particules qui constituent une substance. La force des liaisons chimiques est associée à la distance entre les éléments chimiques. Les liaisons les plus fortes sont celles dans lesquelles les éléments chimiques impliqués sont les plus proches les uns des autres.
Le terme similaire potentiel chimique est utilisé pour indiquer le potentiel d’une substance à subir un changement de configuration.
Chimie nucléaire
La chimie nucléaire est une branche de la chimie qui traite de l'étude des aspects chimiques suivants :
-
propriétés nucléaires (telles que la structure du noyau atomique, les réactions nucléaires et la désintégration radioactive)
-
propriétés des éléments à la fin du système périodique (pour lesquels la détection des rayonnements nucléaires est indispensable)
-
phénomènes macroscopiques dans lesquels interviennent des processus nucléaires.
-
Application de techniques d'analyse basées sur des phénomènes nucléaires à l'étude de problèmes scientifiques dans divers domaines scientifiques ou techniques.
Énergie interne d'une réaction chimique
L'énergie interne d'une réaction chimique est l'énergie libérée ou absorbée par une réaction chimique entre les atomes de deux substances chimiques. Cette énergie est égale à la différence entre la quantité d’énergie des produits et celle des réactifs.
Les échanges d'énergie chimique se produisent au cours de transformations qui s'opèrent au niveau des molécules.
Types de réactions chimiques
Il existe 6 types de réactions chimiques :
-
Décomposition : conversion d'une substance complexe en une substance plus simple.
-
Déplacement simple : se produit lorsqu’un atome d’une substance est transféré vers une autre substance.
-
Double déplacement : les atomes de deux substances sont échangés entre eux.
-
Combustion : en élevant la température d'un combustible (par exemple le charbon), on génère des réactions chimiques qui dégagent de la chaleur.
-
Synthèse : est l'énergie libérée lorsqu'une substance plus complexe est formée à partir de deux substances simples.
Un cas particulier : les énergies fossiles
Un autre terme pertinent est « chaleur de combustion », qui représente l'énergie libérée lors d'une réaction de combustion. Ce concept est fréquemment utilisé dans l'analyse des combustibles fossiles.
Les carburants contiennent de l’énergie chimique, qui est transformée en énergie mécanique par combustion, notamment dans les moteurs thermiques. Cette conversion permet la transformation directe de l'énergie issue de la réaction chimique de combustion en énergie électrique ou mécanique.