Keemiliste reaktsioonide käigus molekulid koos hoidvad sidemed lagunevad ja moodustavad uued sidemed, paigutades aatomid ümber erinevateks aineteks. Iga side nõuab purunemiseks või moodustamiseks eraldi energiakogust; ilma selle energiata ei saa reaktsioon toimuda ja reagendid jäävad selliseks nagu nad olid. Kui reaktsioon on lõppenud, võis see võtta energiat ümbritsevast keskkonnast või panna sinna rohkem energiat.
TL; DR (liiga pikk; Ei lugenud)
Keemilised reaktsioonid lõhuvad ja reformivad molekule koos hoidvaid sidemeid.
Keemiliste sidemete tüübid
Keemilised sidemed on elektriliste jõudude kimbud, mis hoiavad aatomeid ja molekule koos. Keemia hõlmab mitut erinevat tüüpi sidemeid. Näiteks vesinikside on suhteliselt nõrk atraktsioon, mis hõlmab vesinikku sisaldavat molekuli, näiteks vett. Vesinikside moodustab lumehelveste kuju ja muud veemolekulide omadused. Kovalentsed sidemed tekivad siis, kui aatomid jagavad elektrone, ja saadud kombinatsioon on keemiliselt stabiilsem kui aatomid iseenesest. Metallilised sidemed tekivad metalli aatomite vahel, näiteks peni vask. Metallis olevad elektronid liiguvad aatomite vahel kergesti; see teeb metallidest head elektri- ja soojusjuhid.
Energia säästmine
Kõigi keemiliste reaktsioonide korral säästetakse energiat; seda ei looda ega hävitata, vaid see tuleb juba olemasolevatest sidemetest või keskkonnast. Energia säästmine on väljakujunenud füüsika ja keemia seadus. Iga keemilise reaktsiooni puhul peate arvestama keskkonnas leiduva energiaga, reaktantide sidemetega, toodete sidemetega ning toodete ja keskkonna temperatuuriga. Kogu reaktsioon enne ja pärast reaktsiooni peab olema sama. Näiteks kui automootor põleb bensiini, ühendatakse reaktsioonis bensiin hapnikuga, moodustades süsinikdioksiidi ja muid tooteid. See ei loo energiat õhust; see vabastab bensiini molekulide sidemetesse salvestatud energia.
Endotermiline vs. Eksotermilised reaktsioonid
Kui jälgite keemilises reaktsioonis olevat energiat, saate teada, kas reaktsioon eraldab soojust või kulutab seda. Eelmises bensiini põletamise näites eraldab reaktsioon soojust ja suurendab selle ümbruse temperatuuri. Muud reaktsioonid, näiteks lauasoola lahustamine vees, tarbivad soojust, nii et pärast soola lahustumist on vee temperatuur veidi madalam. Keemikud nimetavad soojust tootvaid reaktsioone eksotermilisteks ja soojust tarbivaid reaktsioone endotermilisteks. Kuna endotermilised reaktsioonid vajavad soojust, ei saa need toimuda enne, kui reaktsiooni alustamisel on piisavalt soojust.
Aktiveerimisenergia: reaktsiooni käivitamine
Mõni reaktsioon, isegi eksotermiline, nõuab alustamiseks energiat. Keemikud nimetavad seda aktivatsioonienergiaks. See on nagu energiamägi, millele molekulid peavad enne reaktsiooni liikuma panemist üles ronima; pärast selle algust on allamäge minek lihtne. Naastes bensiini põletamise näitele, tuleb kõigepealt automootoril säde tekitada; ilma selleta ei juhtu bensiiniga palju. Säde annab bensiini aktiveerimisenergia hapniku ühendamiseks.
Katalüsaatorid ja ensüümid
Katalüsaatorid on keemilised ained, mis vähendavad reaktsiooni aktivatsioonienergiat. Näiteks plaatina ja sarnased metallid on suurepärased katalüsaatorid. Auto väljalaskesüsteemi katalüsaatoril on sees selline plaatina nagu katalüsaator. Heitgaaside läbimisel suurendab katalüsaator keemilisi reaktsioone kahjulikes süsinikmonooksiidi ja lämmastikuühendites, muutes need ohutumaks. Kuna reaktsioonid ei kasuta katalüsaatorit, saab katalüüsmuundur oma ülesandeid täita mitu aastat. Bioloogias on ensüümid molekulid, mis katalüüsivad elusorganismides keemilisi reaktsioone. Need sobivad teistesse molekulidesse, nii et reaktsioonid saavad toimuda kergemini.