Dove viene immagazzinata e rilasciata l' energia chimica?
doc-5273
Alcuni tipi di energia sono un mix variabile di energia potenziale e cinetica. Un esempio è l' energia meccanica che è la somma dell' energia cinetica e potenziale (di solito macroscopica) di un sistema. L' energia elastica nei materiali dipende anche da energia elettrica potenziale (tra atomi e molecole), così come l' energia chimica, che viene immagazzinata e rilasciata da un serbatoio di energia elettrica potenziale tra elettroni, e le molecole o nuclei atomici che li attraggono. L' elenco non è necessariamente completo.
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doc-5290
Le trasformazioni di energia nell' universo nel corso del tempo sono caratterizzate da vari tipi di energia potenziale che è stata disponibile dal Big Bang successivamente essere "rilasciato" (trasformato in più tipi attivi di energia come l' energia cinetica o radiante) quando un meccanismo di attivazione è disponibile. Esempi familiari di tali processi includono il decadimento nucleare, in cui l' energia viene rilasciata che originariamente era "immagazzinata" in isotopi pesanti (come uranio e torio), per nucleosintesi, un processo che in ultima analisi utilizza l' energia potenziale gravitazionale liberata dal collasso gravitazionale delle supernovae, per immagazzinare energia nella creazione di questi elementi pesanti prima che venissero incorporati nel sistema solare e nella Terra. Questa energia viene attivata e rilasciata nelle bombe a fissione nucleare o nella produzione di energia nucleare civile. Allo stesso modo, nel caso di un' esplosione chimica, l' energia chimica potenziale viene trasformata in energia cinetica ed energia termica in un tempo molto breve. Ancora un altro esempio è quello di un pendolo. Nei punti più alti l' energia cinetica è pari a zero e l' energia potenziale gravitazionale è al massimo. Al suo punto più basso l' energia cinetica è al massimo ed è pari alla diminuzione di energia potenziale. Se uno (unrealisticamente) ipotizza che non ci sia attrito o altre perdite, la conversione di energia tra questi processi sarebbe perfetta, e il pendolo continuerebbe a oscillare per sempre.
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doc-5270
Le forme energetiche comuni includono l' energia cinetica di un oggetto in movimento, l' energia potenziale immagazzinata dalla posizione di un oggetto in un campo di forza (gravitazionale, elettrico o magnetico), l' energia elastica immagazzinata dagli oggetti solidi, l' energia chimica rilasciata quando un combustibile brucia, l' energia radiante trasportata dalla luce, e l' energia termica dovuta alla temperatura di un oggetto. Tutte le molte forme di energia sono convertibili in altri tipi di energia. Nella fisica newtoniana esiste una legge universale di conservazione dell' energia che dice che l' energia non può essere né creata né distrutta, ma può cambiare da una forma all' altra.
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doc-5285
In un processo più lento, il decadimento radioattivo degli atomi nel cuore della Terra rilascia calore. Questa energia termica stimola la tettonica della piastra e può sollevare montagne, via orogenesi. Questo lento sollevamento rappresenta una sorta di accumulo di energia potenziale gravitazionale dell' energia termica, che può essere poi rilasciata all' energia cinetica attiva nelle frane, dopo un evento scatenante. I terremoti rilasciano anche energia potenziale elastica immagazzinata nelle rocce, un deposito che è stato prodotto in ultima analisi dalle stesse fonti di calore radioattivo. Così, secondo la comprensione attuale, eventi familiari come frane e terremoti rilasciano energia che è stata immagazzinata come energia potenziale nel campo gravitazionale terrestre o sforzo elastico (energia meccanica potenziale) nelle rocce. Prima di questo, rappresentano il rilascio di energia che è stata immagazzinata in atomi pesanti dopo il crollo di stelle supernova a lungo distrutto creato questi atomi.
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doc-5279
Nel contesto chimico, l' energia è un attributo di una sostanza in conseguenza della sua struttura atomica, molecolare o aggregata. Dal momento che una trasformazione chimica è accompagnata da un cambiamento in uno o più di questo tipo di struttura, è invariabilmente accompagnata da un aumento o diminuzione di energia delle sostanze coinvolte. Una certa energia viene trasferita tra l' ambiente circostante e i reagenti della reazione sotto forma di calore o luce; quindi i prodotti di una reazione possono avere più o meno energia dei reagenti. Si dice che una reazione sia esergonica se lo stato finale è inferiore sulla scala energetica rispetto allo stato iniziale; nel caso di reazioni endergoniche la situazione è l' inverso. Le reazioni chimiche sono invariabilmente impossibili a meno che i reagenti non superino una barriera energetica nota come energia di attivazione. La velocità di una reazione chimica (a una data temperatura T) è correlata all' energia di attivazione E, dal fattore di popolazione e-E/kT del Boltzmann - cioè la probabilità che la molecola abbia energia maggiore o uguale a E alla data temperatura T. Questa dipendenza esponenziale di una velocità di reazione dalla temperatura è nota come equazione Arrhenius.
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doc-5284
La luce solare può essere immagazzinata come energia potenziale gravitazionale dopo che colpisce la Terra, in quanto (ad esempio) l' acqua evapora dagli oceani e si deposita sulle montagne (dove, dopo essere stata rilasciata in una diga idroelettrica, può essere utilizzata per azionare turbine o generatori per produrre elettricità). La luce solare guida anche molti fenomeni meteorologici, ad eccezione di quelli generati da eventi vulcanici. Un esempio di evento meteorologico solare-mediato è un uragano, che si verifica quando grandi aree instabili di oceano caldo, riscaldate nel corso dei mesi, rinunciano improvvisamente ad una parte della loro energia termica per alimentare alcuni giorni di violenti movimenti d' aria.
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doc-2870
Ultimo ma non meno importante, sono stati inventati i condensatori elettrici a doppio strato (oggi Supercondensatori). Nel 1957 H. Becker sviluppò un "condensatore elettrolitico a bassa tensione con elettrodi di carbonio poroso". Credeva che l' energia fosse immagazzinata come carica nei pori di carbonio usati nel suo condensatore come nei pori delle lamelle di condensatori elettrolitici. Poiché il meccanismo a doppio strato non era conosciuto all' epoca, egli scrisse nel brevetto:"Non si sa esattamente cosa stia accadendo nel componente se viene utilizzato per immagazzinare energia, ma porta ad una capacità estremamente elevata".
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doc-2416
La fisiologia vegetale comprende tutte le attività chimiche e fisiche interne delle piante associate alla vita. I prodotti chimici ottenuti dall' aria, dal suolo e dall' acqua costituiscono la base di ogni metabolismo vegetale. L' energia della luce solare, catturata dalla fotosintesi ossigenata e rilasciata dalla respirazione cellulare, è alla base di quasi tutta la vita. I fotoautotrofi, comprese tutte le piante verdi, le alghe e i cianobatteri, raccolgono l' energia direttamente dalla luce solare mediante fotosintesi. Eterotrofi compresi tutti gli animali, tutti i funghi, tutte le piante completamente parassite e i batteri non fotosintetici prendono in esame le molecole organiche prodotte dai fotoautotrofi e le respingono o le usano nella costruzione di cellule e tessuti. La respirazione è l' ossidazione dei composti di carbonio, che si scompongono in strutture più semplici per liberare l' energia che contengono, essenzialmente il contrario della fotosintesi.
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doc-5283
Sembrerebbe che gli organismi viventi siano notevolmente inefficienti (in senso fisico) nell' uso dell' energia che ricevono (energia chimica o radiazione), ed è vero che la maggior parte delle macchine vere e proprie gestiscono efficienze più elevate. Negli organismi in crescita l' energia che viene convertita in calore serve ad uno scopo vitale, in quanto permette al tessuto dell' organismo di essere altamente ordinato rispetto alle molecole da cui è costruita. La seconda legge della termodinamica afferma che l' energia (e la materia) tende a diffondersi più uniformemente nell' universo: per concentrare l' energia (o la materia) in un luogo specifico, è necessario diffondere una maggiore quantità di energia (come calore) nel resto dell' universo ("l' ambiente circostante"). Gli organismi più semplici possono raggiungere efficienze energetiche superiori a quelle più complesse, ma gli organismi complessi possono occupare nicchie ecologiche che non sono disponibili ai loro fratelli più semplici. La conversione di una parte dell' energia chimica in calore ad ogni fase di un percorso metabolico è la ragione fisica che sta dietro la piramide di biomassa osservata in ecologia: per compiere solo il primo passo nella catena alimentare, della stima di 124,7 Pg/a di carbonio fissato dalla fotosintesi, 64,3 Pg/a (52%) sono utilizzati per il metabolismo delle piante verdi, cioè.
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doc-5281
La luce solare è catturata anche dalle piante come energia chimica potenziale nella fotosintesi, quando l' anidride carbonica e l' acqua (due composti a bassa energia) sono convertiti in carboidrati composti ad alta energia, lipidi e proteine. Le piante rilasciano anche ossigeno durante la fotosintesi, che viene utilizzato dagli organismi viventi come accettatore di elettroni, per rilasciare l' energia di carboidrati, lipidi e proteine. Il rilascio dell' energia accumulata durante la fotosintesi come calore o luce può essere scatenata improvvisamente da una scintilla, in un incendio boschivo, oppure può essere resa disponibile più lentamente per il metabolismo animale o umano, quando queste molecole sono ingerite e il catabolismo è innescato dall' azione enzimatica.
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doc-16811
Il vuoto è utile in una varietà di processi e dispositivi. Il suo primo uso diffuso fu nella lampadina ad incandescenza per proteggere il filamento dalla degradazione chimica. L' inerzia chimica prodotta dal vuoto è utile anche per la saldatura a fascio elettronico, la saldatura a freddo, il confezionamento sotto vuoto e la frittura a vuoto. L' ultra-elevato vuoto viene utilizzato nello studio di substrati atomicamente puliti, in quanto solo un ottimo aspirapolvere conserva superfici pulite su scala atomica per un tempo ragionevolmente lungo (sull' ordine di minuti a giorni). Il vuoto da alto a ultra-alto elimina l' ostruzione dell' aria, permettendo ai fasci di particelle di depositare o rimuovere materiali senza contaminazione. Questo è il principio alla base della deposizione chimica del vapore, della deposizione fisica del vapore e dell' incisione a secco, che sono essenziali per la fabbricazione di semiconduttori e rivestimenti ottici e per la scienza delle superfici. La riduzione della convezione fornisce l' isolamento termico delle bottiglie di thermos. Il vuoto profondo abbassa il punto di ebollizione dei liquidi e favorisce il degassamento a bassa temperatura che viene utilizzato per l' essiccazione al congelamento, la preparazione di adesivi, la distillazione, la metallurgia e lo spurgo dei processi. Le proprietà elettriche del vuoto rendono possibili microscopi elettronici e tubi sottovuoto, compresi i tubi a raggi catodici. L' eliminazione dell' attrito dell' aria è utile per lo stoccaggio dell' energia del volano e per le ultracentrifughe.
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