Kemiallisten reaktioiden aikana sidokset, jotka pitävät molekyylejä yhdessä, hajoavat ja muodostavat uusia sidoksia järjestäen atomit uudelleen eri aineiksi. Jokainen sidos vaatii erillisen määrän energiaa joko hajoamiseen tai muodostumiseen; ilman tätä energiaa reaktio ei voi tapahtua, ja reagoivat aineet pysyvät ennallaan. Kun reaktio on valmis, se on voinut ottaa energiaa ympäröivästä ympäristöstä tai laittaa siihen enemmän energiaa.
TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)
Kemialliset reaktiot hajottavat ja uudistavat molekyylejä yhdessä pitävät sidokset.
Kemiallisten sidosten tyypit
Kemialliset sidokset ovat nippuja sähkövoimista, jotka pitävät atomeja ja molekyylejä yhdessä. Kemia sisältää useita erilaisia sidoksia. Esimerkiksi vetysidos on suhteellisen heikko vetovoima, johon liittyy vetyä sisältävä molekyyli, kuten vesi. Vetysidos muodostaa lumihiutaleiden muodon ja muut vesimolekyylien ominaisuudet. Kovalenttiset sidokset muodostuvat, kun atomit jakavat elektroneja, ja tuloksena oleva yhdistelmä on kemiallisesti vakaampi kuin atomit itsessään. Metallisidoksia esiintyy metalliatomien, kuten sentin kuparin, välillä. Metallin elektronit liikkuvat helposti atomien välillä; tämä tekee metalleista hyvät sähkön ja lämmön johtimet.
Energian säästäminen
Kaikissa kemiallisissa reaktioissa energiaa säästyy; sitä ei luoda eikä tuhota vaan se tulee jo olemassa olevista sidoksista tai ympäristöstä. Energian säästäminen on vakiintunut fysiikan ja kemian laki. Jokaisessa kemiallisessa reaktiossa sinun on otettava huomioon ympäristössä oleva energia, reagenssien sidokset, tuotteiden sidokset sekä tuotteiden ja ympäristön lämpötila. Ennen reaktiota ja sen jälkeen läsnä olevan kokonaisenergian on oltava sama. Esimerkiksi kun auton moottori polttaa bensiiniä, reaktio yhdistää bensiinin hapen kanssa muodostaen hiilidioksidia ja muita tuotteita. Se ei luo energiaa ohuesta ilmasta; se vapauttaa bensiinin molekyylisidoksiin varastoidun energian.
Endoterminen vs. Eksotermiset reaktiot
Kun seuraat kemiallisen reaktion energiaa, saat selville, vapauttako reaktio lämpöä vai kuluttaako se sitä. Edellisessä esimerkissä bensiinin polttamisesta reaktio vapauttaa lämpöä ja nostaa sen ympäristön lämpötilaa. Muut reaktiot, kuten pöytäsuolan liuottaminen veteen, kuluttavat lämpöä, joten veden lämpötila on hieman alhaisempi suolan liukenemisen jälkeen. Kemistit kutsuvat lämpöä tuottavia reaktioita eksotermisiksi ja lämpöä kuluttavia reaktioita endotermisiksi. Koska endotermiset reaktiot vaativat lämpöä, ne eivät voi tapahtua, ellei tarpeeksi lämpöä ole läsnä reaktion alkaessa.
Aktivointienergia: Reaktion käynnistäminen
Jotkut reaktiot, jopa eksotermiset, vaativat energiaa vain aloittamiseksi. Kemistit kutsuvat tätä aktivointienergiaksi. Se on kuin energiamäki, jonka molekyylien on kiivettävä ennen reaktion käynnistämistä; sen alkaessa alamäkeen kulkeminen on helppoa. Palataksemme takaisin esimerkkiin polttoaineen polttamisesta, auton moottorin on ensin tehtävä kipinä; ilman sitä bensiinille ei tapahdu paljon. Kipinä antaa aktivointienergian bensiinille yhdessä hapen kanssa.
Katalyytit ja entsyymit
Katalyytit ovat kemiallisia aineita, jotka vähentävät reaktion aktivointienergiaa. Esimerkiksi platina ja vastaavat metallit ovat erinomaisia katalyyttejä. Auton pakojärjestelmän katalysaattorissa on katalysaattori kuten platina. Kun pakokaasut kulkevat sen läpi, katalyytti lisää kemiallisia reaktioita haitallisissa hiilimonoksidi- ja typpiyhdisteissä, mikä tekee niistä turvallisempia päästöjä. Koska reaktiot eivät kuluta katalyyttiä, katalysaattori voi tehdä työnsä monien vuosien ajan. Biologiassa entsyymit ovat molekyylejä, jotka katalysoivat kemiallisia reaktioita elävissä organismeissa. Ne sopivat muihin molekyyleihin, joten reaktiot voivat tapahtua helpommin.