Kuidas keemiline energia töötab?

Keemiline energia pärineb aatomite ja molekulide vastastikmõjust. Üldiselt toimub elektronide ja prootonite ümberkorraldamine, mida nimetatakse keemiliseks reaktsiooniks ja mis tekitavad elektrilaenguid. Energiasäästu seadus näeb ette, et energiat saab muundada või muundada, kuid mitte kunagi hävitada. Seetõttu aitab keemiline reaktsioon, mis vähendab süsteemi energiat, keskkonnale kaduma läinud energia, tavaliselt soojuse või valgusena. Alternatiivina on keemiline reaktsioon, mis suurendab süsteemi energiat, selle täiendava energia keskkonnast.

Bioloogiline elu sõltub keemilisest energiast. Kaks kõige levinumat bioloogilise keemilise energia allikat on taimede fotosüntees ja loomadel hingamine. Fotosünteesis kasutavad taimed vee eraldamiseks vesinikuks ja hapnikuks spetsiaalset klorofülli pigmenti. Seejärel ühendatakse vesinik keskkonnast pärineva süsinikuga, et saada süsivesikute molekule, mida taim saab seejärel kasutada energiana. Rakuline hingamine on vastupidine protsess, milles kasutatakse hapnikku süsivesikute molekuli, näiteks glükoosi oksüdeerimiseks või põletamiseks energiat kandvaks molekuliks, mida nimetatakse ATP-ks, mida üksikud rakud saavad kasutada.

Ehkki see ei tundu esialgu ilmne, on gaasikütusel töötavate mootorite põlemine bioloogiline keemiline reaktsioon kasutab hapnikku õhus kütuse põletamiseks ja väntvõlli käitamiseks. Bensiin on orgaanilistest ühenditest saadud fossiilkütus. Kuid loomulikult pole kogu keemiline energia bioloogiline. Iga muutus molekuli keemilistes sidemetes hõlmab keemilise energia ülekandmist. Fosfori põletamine tikutopsis on keemiline reaktsioon, mis toodab keemilist energiat valguse ja soojuse vorm, kasutades protsessi käivitamiseks löögi soojusenergiat ja jätkamiseks õhust hapnikku põletamine. Aktiveeritud hõõgpulga poolt toodetud keemiline energia on enamasti väga vähese kuumusega valgus.

Anorgaanilisi keemilisi reaktsioone kasutatakse sageli ka soovitud saaduste sünteesimiseks või soovimatute vähendamiseks. Keemilist energiat tootvate keemiliste reaktsioonide vahemik on üsna lai, ulatudes a lihtsast ümberkorraldamisest üks molekul või kahe molekuli lihtne kombinatsioon, keerukateks koostoimeteks mitme erineva pH-väärtusega ühendiga tasemel. Keemilise reaktsiooni kiirus sõltub tavaliselt reagendi materjalide kontsentratsioonist, nende reagentide vahel saadaolevast pinnast, süsteemi temperatuurist ja rõhust. Antud muutujatel on antud reaktsioonil regulaarne kiirus ja seda saavad insenerid nende teguritega manipuleerida.

Mõnel juhul on reaktsiooni käivitamiseks või olulise reaktsioonikiiruse tekitamiseks vajalik katalüsaatori olemasolu. Kuna katalüsaator ise reaktsioonis ei muutu, saab seda kasutada ikka ja jälle. Levinud näide on katalüsaator auto väljalaskesüsteemis. Plaatina rühma metallide ja muude katalüsaatorite olemasolu korral vähenevad kahjulikud ained healoomulisemateks. Katalüüsmuunduri tüüpilised reaktsioonid on lämmastikoksiidide redutseerimine lämmastikuks ja hapnikuks, süsinikmonooksiidi oksüdeerimine süsinikdioksiidiks ja põletamata süsivesinike oksüdeerimine süsinikdioksiidiks ja vesi.