Hvordan fungerer kemisk energi?

Kemisk energi stammer fra interaktioner mellem atomer og molekyler. Generelt er der en omlægning af elektroner og protoner, kaldet en kemisk reaktion, der producerer elektriske ladninger. Loven om bevarelse af energi bestemmer, at energi kan transformeres eller konverteres, men aldrig ødelægges. Derfor vil en kemisk reaktion, der reducerer energien i et system, bidrage med den energi, der går tabt til miljøet, normalt som varme eller lys. Alternativt vil en kemisk reaktion, der øger energien i et system, have taget denne ekstra energi fra miljøet.

Biologisk liv afhænger af kemisk energi. De to mest almindelige kilder til biologisk kemisk energi er fotosyntese i planter og respiration hos dyr. I fotosyntese bruger planter et specielt pigment kaldet klorofyl til at adskille vand i brint og ilt. Brintet kombineres derefter med kulstof fra omgivelserne for at producere kulhydratmolekyler, som planten derefter kan bruge som energi. Cellular respiration er den omvendte proces ved hjælp af ilt til at oxidere eller brænde et kulhydratmolekyle såsom glukose i et energibærende molekyle kaldet ATP, som kan bruges af individuelle celler.

Selvom det måske ikke synes åbenlyst i starten, er forbrænding som forekommer i gasdrevne motorer en biologisk kemisk reaktion, der bruger ilt i luften for at brænde brændstof og drive en krumtapaksel. Benzin er et fossilt brændsel afledt af organiske forbindelser. Men ikke al kemisk energi er naturligvis biologisk. Enhver ændring i et molekyls kemiske bindinger involverer overførsel af kemisk energi. Forbrænding af fosfor i enden af ​​en tændstik er en kemisk reaktion, der producerer kemisk energi i form af lys og varme ved hjælp af varme fra strejken for at starte processen og ilt fra luften for at fortsætte brændende. Den kemiske energi produceret af en aktiveret glødepind er for det meste lys med meget lidt varme.

Uorganiske kemiske reaktioner anvendes også ofte til at syntetisere ønskede produkter eller reducere uønskede. Rækken af ​​kemiske reaktioner, der producerer kemisk energi, er ret stor og spænder fra simpel omorganisering af a enkelt molekyle eller simpel kombination af to molekyler til komplekse interaktioner med flere forbindelser med forskellig pH niveau. Hastigheden for en kemisk reaktion afhænger generelt af koncentrationen af ​​reaktantmaterialerne, det tilgængelige overfladeareal mellem disse reaktanter, temperaturen og trykket i systemet. En given reaktion vil have en regelmæssig hastighed givet disse variabler og kan styres af ingeniører, der manipulerer disse faktorer.

I nogle tilfælde kræves tilstedeværelsen af ​​en katalysator for at starte en reaktion eller for at skabe en signifikant reaktionshastighed. Da katalysatoren ikke selv ændres i reaktionen, kan den bruges igen og igen. Et almindeligt eksempel er katalysatoren i et biludstødningssystem. Tilstedeværelsen af ​​platinagruppemetaller og andre katalysatorer reducerer skadelige stoffer til mere godartede. Typiske reaktioner i en katalysator er reduktion af nitrogenoxider til nitrogen og ilt, oxidation af kulilte til kuldioxid og oxidation af uforbrændte kulbrinter til kuldioxid og vand.