Kuinka kemiallinen energia toimii?

Kemiallinen energia syntyy atomien ja molekyylien vuorovaikutuksesta. Yleensä elektronien ja protonien uudelleenjärjestely, jota kutsutaan kemialliseksi reaktioksi, tuottaa sähkövaroja. Energiansäästölain mukaan energiaa voidaan muuntaa tai muuttaa, mutta ei koskaan tuhota. Siksi kemiallinen reaktio, joka vähentää järjestelmän energiaa, lisää ympäristöön menetettyä energiaa, yleensä lämpönä tai valona. Vaihtoehtoisesti kemiallinen reaktio, joka lisää järjestelmän energiaa, on ottanut tämän ylimääräisen energian ympäristöstä.

Biologinen elämä riippuu kemiallisesta energiasta. Kaksi yleisintä biologisen kemiallisen energian lähdettä ovat kasvien fotosynteesi ja eläinten hengitys. Fotosynteesissä kasvit käyttävät erityistä pigmenttiä nimeltä klorofylli erottaakseen veden vedyksi ja hapeksi. Vety yhdistetään sitten ympäristössä olevan hiilen kanssa hiilihydraattimolekyylien tuottamiseksi, joita kasvi voi sitten käyttää energiana. Soluhengitys on käänteinen prosessi, jossa happea käytetään hapettamaan tai polttamaan hiilihydraattimolekyyli, kuten glukoosi, energiaa kuljettavaksi molekyyliksi, jota kutsutaan ATP: ksi, jota yksittäiset solut voivat käyttää.

Vaikka se ei ehkä vaikuta aluksi ilmeiseltä, kaasukäyttöisissä moottoreissa tapahtuva palaminen on biologinen kemiallinen reaktio käyttää happea ilmassa polttamaan polttoainetta ja käyttämään kampiakselia. Bensiini on fossiilinen polttoaine, joka on peräisin orgaanisista yhdisteistä. Mutta kaikki kemialliset energiat eivät tietenkään ole biologisia. Kaikki muutokset molekyylin kemiallisissa sidoksissa sisältävät kemiallisen energian siirron. Fosforin palaminen tulitikun päässä on kemiallinen reaktio, joka tuottaa kemiallista energiaa valon ja lämmön muodossa käyttäen iskun lämpöä prosessin aloittamiseksi ja ilman hapen jatkamiseksi palaa. Aktivoidun hehkutangon tuottama kemiallinen energia on enimmäkseen kevyttä ja hyvin vähän lämpöä.

Epäorgaanisia kemiallisia reaktioita käytetään myös usein haluttujen tuotteiden syntetisoimiseksi tai ei-toivottujen vähentämiseksi. Kemiallista energiaa tuottavien kemiallisten reaktioiden alue on melko laaja, aina a: n yksinkertaisesta uudelleenjärjestelystä yksittäinen molekyyli tai kahden molekyylin yksinkertainen yhdistelmä, monimutkaisiin vuorovaikutuksiin useiden eri pH-arvon yhdisteiden kanssa taso. Kemiallisen reaktion nopeus riippuu yleensä reagenssimateriaalien konsentraatiosta, näiden reagenssien välillä käytettävissä olevasta pinta-alasta, järjestelmän lämpötilasta ja paineesta. Tietyllä reaktiolla on säännöllinen nopeus näiden muuttujien perusteella, ja insinöörit voivat hallita näitä tekijöitä.

Joissakin tapauksissa tarvitaan katalyytin läsnäolo reaktion aloittamiseksi tai merkittävän reaktionopeuden luomiseksi. Koska katalyytti ei itse muutu reaktiossa, sitä voidaan käyttää yhä uudelleen. Yleinen esimerkki on katalysaattori auton pakojärjestelmässä. Platinaryhmän metallien ja muiden katalyyttien läsnäolo vähentää haitalliset aineet hyvänlaatuisemmiksi. Tyypillisiä reaktioita katalysaattorissa ovat typpioksidien pelkistyminen typeksi ja hapeksi, - hiilimonoksidin hapettuminen hiilidioksidiksi ja palamattomien hiilivetyjen hapettuminen hiilidioksidiksi ja vettä.