Energia – od słońca do żarówki Układ, otoczenie, energia wewnętrzna, Procesy endoenergetyczne i egzoenergetyczne, Procesy samorzutne i wymuszone, Pierwiastki i związki chemiczne wykorzystywane jako źródło światła

Słońce – źródło energii Energia słoneczna warunkuje następujące procesy na Ziemi (do Ziemi dociera ok 1% energii emitowanej): Obieg (krążenie) wody w przyrodzie w procesie parowania i skraplania, Fotosynteza – warunkuje wzrost i rozwój roślin a tym samym byt organizmów cudzożywnych, Regeneracja powietrza atmosferycznego przez pochłanianie CO2 i wydzielanie O2 w procesie fotosyntezy Kształtowanie warunków pogodowych i występowanie pór roku Z obumarłych organizmów (szczątek roślinnych i zwierzęcych w procesach geologicznych powstały paliwa kopalne

Układ i otoczenie Układ – wszystkie substancje, które biorą udział w przemianie chemicznej wewnątrz naczynia, czyli (substraty + produkty = reagenty): Zn + I2  ZnI2, CH4 + 2O2  CO2 + 2H2O Otoczenie – wszystko to co nie należy do układu ( ścianki probówki, pracownia chemiczna i jej wyposażenie i pracownicy) Układ: Zn + I2  ZI2 Otoczenie

Parametry układu i energia układu Parametry – wielkości charakteryzujące układ: Wymiary (objętość): V = [dm3], [cm3], [m3] Cieśnienie w układzie: p = [hPa], [Pa] Temperatura układu: T = [K] Skład układu - procentowy lub molowy udział reagentów układu np. masa: m = [g], [kg], n = [mol] Energia układu – suma energii wewnętrznej reagentów [suma wszystkich energii poruszających się cząstek elementarnych atomu (np. elektronów) w atomie: E = [J] (1J = 0,24cal), [cal] 1cal = 4,19J, [kcal]

Rodzaje układów Układ otwarty – między układem a otoczeniem zachodzi wymiana materii i energii (np. spalanie wodoru w otwartej kolbie) Układ zamknięty – między układem a otoczeniem zachodzi wymiana energii natomiast nie zachodzi wymiana materii (np. spalanie wodoru w zamkniętej kolbie) Układ izolowany – między układem a otoczeniem nie dochodzi do wymiany materii i energii (np. spalanie wodoru w cylindrze – termosie.

Reakcje i procesy endoenergetyczne oraz egzoenergetyczne Procesy endoenergetyczne (endotermiczne) – energia (np. na sposób ciepła, pracy, światła, fali uderzeniowej) jest pobierana z otoczenia przez układ Procesy egzoenergetyczne (egzotermiczne) energia (np. na sposób ciepła, pracy, światła, fali uderzeniowej) jest przekazywana z układu do otoczenia E E

Reakcje i procesy endoenergetyczne oraz egzoenergetyczne cd Procesy endoenergetyczne – energia wewnętrzna produktów reakcji jest większa od energii wewnętrznej substratów reakcji Ep > Es, ∆H > 0 Procesy egzoenergetyczne – energia wewnętrzna produktów reakcji jest mniejsza od energii wewnętrznej substratów reakcji Ep < Es, ∆H < 0 E ∆ H – entalpia reakcji Ep Es ∆H < 0 ∆H > 0 Ep Es

Reakcje i procesy endoenergetyczne oraz egzoenergetyczne cd Przykłady procesów endoenergetycznych ∆H > 0 Przykłady procesów egzoenergetycznych ∆H < 0 Parowania wody H2O(c)  H2O(g) - 44kJ Otrzymywanie tlenku azotu(IV) N2(g) + 2O2(g)  2NO2(g) – 68kJ Rozkładu KClO3 2KClO3(s)  2KCl(s) + 3O2(g) – 90kJ Syntezy HI H2(g) +I2(s)  2HI(g) – 26kJ Inne przykłady: Rozkładu węglanów, Rozkładu wodorotlenków, Rozkład elektrolityczny (elektroliza) wody, kwasów, wodorotlenków), Dehydratacja (odwodnienie) związków, Spalanie wodoru 2H2(g) + O2(g)  2H2O(g) + 484kJ Spalanie węgla C(s) + O2(g)  CO2(g) + 394kJ Synteza amoniaku 3H2(g) + N2(g)  2NH3(g) + 92,4kJ Spalanie glinu 4Al(s) + 3O2(g)  2Al2O3(s) + 3340kJ Skraplanie wody Otrzymywania KOH 2K (s)+2H2O(c) 2KOH(c)+H2(g) + 426kJ

Procesy samorzutne i wymuszone Procesy samorzutne – proces w którym dopływ energii z otoczenia (energia aktywacji) zapoczątkowuje rozpoczęcie reakcji, dalej reakcja przebiega bez dopływu energii (ilość energii przekazywanej do otoczenia jest większa niż energia aktywacji) Procesy wymuszone – proces w którym energia z otoczenia musi być ciągle dostarczana do układu aby reakcja mogła przebiegać dalej (np. fotosynteza, wytapianie metali z rud, elektroliza wody, produkcja gipsu palonego, cementu, fermentacja alkoholowa) Temperatura zapłonu a samozapłon Temp. zapłonu – temp. w której stężenie palnych gazów jest wystarczająco duże aby doszło do ich zapłonu (papier 230oC) Samozapłon – jest to minimalna energia wewnętrzna układu przekraczająca energię aktywacji reakcji chemicznej (papier ulega samozapłonowi – bez kontaktu z otwartym ogniem – w temp. 450oC)

Pierwiastki i związki chemiczne wykorzystywane jako źródło światła Rodzaje Pierwiastek lub związek chemiczny Zalety Wady Łuczywo Celuloza (C6H10O5)n Łatwo dostępne bez przetworzenia Światło niestabilne, kopcące Świeca Tłuszcze stałe, woski, parafiny, kwas stearynowy Wygodna w użyciu Słabe światło, kopcące Lampa naftowa Nafta – mieszanina węglowodorów zaw. 9 – 16 at. C w cząsteczce Jasne światło, łatwa w użyciu Nafta jest łatwopalna, zagrożenie pożarowe Lampa gazowa Gaz świetlny CO + H2 Jasne w światło, tania w eksploatacji Gaz zawiera toksyczny CO Żarówka Wolfram – żarnik w obojętnym gazie (Xe, N2) Mała wydajność światła, duża ilość energii cieplnej

Pierwiastki i związki chemiczne wykorzystywane jako źródło światła cd Rodzaje Pierwiastek lub związek chemiczny Zalety Wady Jarzeniówka Neon lub argon Energooszczędna Światło białe, dość słabe zimne, pulsujące Lampa sodowa Pary sodu Energooszczędna, mniej szkodliwa niż l. halogenowa Światło o barwie żółto-pomarańczowej Lampa halogenowa Żarnik wolframowy w gazie szlachetnym z dodatkiem np. jodu Światło łagodne, niewielkie rozmiary Mała trwałość i wydajność energetyczna Świetlówka Pary rtęci w argonie + luminofor emitujący światło pod wpływem ultra nadfioletowym Nienaturalne białe światło, zawiera toksyczną rtęć.

Pierwiastki i związki chemiczne wykorzystywane jako źródło światła cd Rodzaje Pierwiastek lub związek chemiczny Zalety Wady Dioda świecąca – LED - Dioda elektroluminescencyjna Fosforek galu (GaP), azotek galu (GaN) i inne związki galu Bardzo energooszczędna, może emitować światło różnej barwy Produkcja uciążliwa dla środowiska naturalnego Organiczna dioda świecąca Półprzewodniki organiczne poli(para-fenylowinyl) Bardzo energooszczędna, mniej szkodliwa dla środowiska niż LED Wysokie koszty produkcji