Jak funguje chemická energie?

Chemická energie pochází z interakcí atomů a molekul. Obecně dochází k přeskupení elektronů a protonů, které se nazývá chemická reakce a které produkují elektrické náboje. Zákon zachování energie stanoví, že energii lze transformovat nebo přeměnit, ale nikdy ji nezničit. Proto chemická reakce, která snižuje energii v systému, přispěje energií ztracenou do prostředí, obvykle jako teplo nebo světlo. Alternativně bude chemická reakce, která zvyšuje energii v systému, odebrat tuto dodatečnou energii z prostředí.

Biologický život závisí na chemické energii. Dva nejběžnější zdroje biologické chemické energie jsou fotosyntéza v rostlinách a dýchání u zvířat. Při fotosyntéze používají rostliny k oddělení vody na vodík a kyslík speciální pigment zvaný chlorofyl. Vodík je poté kombinován s uhlíkem z prostředí za vzniku molekul uhlohydrátů, které pak rostlina může použít jako energii. Buněčné dýchání je reverzní proces využívající kyslík k oxidaci nebo spalování molekuly sacharidů, jako je glukóza, na molekulu nesoucí energii zvanou ATP, kterou mohou jednotlivé buňky využít.

Ačkoli se to na první pohled nemusí zdát zřejmé, spalování, ke kterému dochází v plynových motorech, je biologická chemická reakce používá kyslík ve vzduchu pro spalování paliva a napájení klikového hřídele. Benzín je fosilní palivo pocházející z organických sloučenin. Ale ne všechna chemická energie je samozřejmě biologická. Jakákoli změna v chemických vazbách molekuly zahrnuje přenos chemické energie. Spalování fosforu na konci zápalky je chemická reakce, která produkuje chemickou energii v forma světla a tepla využívající teplo z úderu k zahájení procesu a kyslík ze vzduchu k pokračování hořící. Chemická energie produkovaná aktivovanou žhavicí tyčí je většinou světlo s velmi malým teplem.

Anorganické chemické reakce se také často používají k syntéze požadovaných produktů nebo ke snížení nežádoucích produktů. Rozsah chemických reakcí, které produkují chemickou energii, je poměrně široký, od jednoduché reorganizace a jednoduchá molekula nebo jednoduchá kombinace dvou molekul, ke komplexním interakcím s více sloučeninami různého pH úroveň. Rychlost chemické reakce obecně závisí na koncentraci reaktivních materiálů, dostupném povrchu mezi těmito reaktanty, teplotě a tlaku systému. Daná reakce bude mít pravidelnou rychlost vzhledem k těmto proměnným a může být řízena inženýry manipulujícími s těmito faktory.

V některých případech je přítomnost katalyzátoru nutná k zahájení reakce nebo k vytvoření významné rychlosti reakce. Protože samotný katalyzátor se v reakci nemění, lze jej použít znovu a znovu. Běžným příkladem je katalyzátor ve výfukovém systému automobilu. Přítomnost kovů skupiny platiny a dalších katalyzátorů snižuje škodlivé látky na benignější. Typickými reakcemi v katalyzátoru jsou redukce oxidů dusíku na dusík a kyslík, oxidace oxidu uhelnatého na oxid uhličitý a oxidace nespálených uhlovodíků na oxid uhličitý a voda.