Как действа химическата енергия?

Химическата енергия произхожда от взаимодействията на атомите и молекулите. Като цяло има пренареждане на електрони и протони, наречени химическа реакция, които произвеждат електрически заряди. Законът за запазване на енергията предвижда, че енергията може да се трансформира или преобразува, но никога да не се унищожава. Следователно, химическа реакция, която намалява енергията в системата, ще допринесе за загубената енергия за околната среда, обикновено като топлина или светлина. Алтернативно, химическа реакция, която увеличава енергията в системата, ще е взела тази допълнителна енергия от околната среда.

Биологичният живот зависи от химическата енергия. Двата най-често срещани източника на биологична химическа енергия са фотосинтезата в растенията и дишането при животните. При фотосинтезата растенията използват специален пигмент, наречен хлорофил, за да разделят водата на водород и кислород. След това водородът се комбинира с въглерода от околната среда, за да произведе въглехидратни молекули, които растението след това може да използва като енергия. Клетъчното дишане е обратният процес, като се използва кислород за окисляване или изгаряне на въглехидратна молекула като глюкоза в енергоносителна молекула, наречена АТФ, която може да се използва от отделни клетки.

Макар че в началото може да не изглежда очевидно, горенето, което се случва в двигателите с газово гориво, е биологична химическа реакция, която използва кислород във въздуха за изгаряне на гориво и захранване на колянов вал. Бензинът е изкопаемо гориво, получено от органични съединения. Но не всяка химическа енергия е биологична, разбира се. Всяка промяна в химичните връзки на молекулата включва трансфер на химическа енергия. Изгарянето на фосфор в края на кибрит е химическа реакция, която произвежда химическа енергия в форма на светлина и топлина, използвайки топлина от удара, за да инициира процеса и кислород от въздуха, за да продължи изгаряне. Химическата енергия, произведена от активирана светлинна пръчка, е предимно лека с много малко топлина.

Неорганичните химични реакции също често се използват за синтезиране на желани продукти или за намаляване на нежеланите. Обхватът на химичните реакции, които произвеждат химическа енергия, е доста огромен, вариращ от просто преустройство на единична молекула или проста комбинация от две молекули, до сложни взаимодействия с множество съединения с различно рН ниво. Скоростта на химична реакция обикновено зависи от концентрацията на реагентните материали, площта на разположение между тези реагенти, температурата и налягането на системата. Дадена реакция ще има редовна скорост предвид тези променливи и може да бъде контролирана от инженери, манипулиращи тези фактори.

В някои случаи е необходимо присъствието на катализатор, за да се започне реакция или да се създаде значителна скорост на реакцията. Тъй като самият катализатор не се променя в реакцията, той може да се използва отново и отново. Чест пример е каталитичният преобразувател в автомобилна изпускателна система. Наличието на метали от платинена група и други катализатори намалява вредните вещества в по-доброкачествени. Типичните реакции в каталитичния конвертор са редукция на азотни оксиди до азот и кислород, окисление на въглероден окис до въглероден диоксид и окисляване на неизгорели въглеводороди до въглероден диоксид и вода.