Kako djeluje kemijska energija?

Kemijska energija nastaje u interakcijama atoma i molekula. Općenito dolazi do preslagivanja elektrona i protona, koji se nazivaju kemijska reakcija, a koji proizvode električne naboje. Zakon o očuvanju energije propisuje da se energija može transformirati ili pretvoriti, ali nikada ne uništiti. Stoga će kemijska reakcija koja smanjuje energiju u sustavu pridonijeti gubljenju energije u okolišu, obično kao toplina ili svjetlost. Alternativno, kemijska reakcija koja povećava energiju u sustavu odnijet će ovu dodatnu energiju iz okoliša.

Biološki život ovisi o kemijskoj energiji. Dva najčešća izvora biološke kemijske energije su fotosinteza u biljkama i disanje kod životinja. U fotosintezi biljke koriste poseban pigment zvan klorofil da razdvoje vodu na vodik i kisik. Vodik se zatim kombinira s ugljikom iz okoliša da bi se stvorile molekule ugljikohidrata koje biljka tada može koristiti kao energiju. Stanično disanje je obrnuti proces, koristeći kisik za oksidaciju ili sagorijevanje molekule ugljikohidrata kao što je glukoza u molekulu koja nosi energiju nazvanu ATP, a koju pojedine stanice mogu koristiti.

Iako se u početku možda ne čini očitim, izgaranje kakvo se događa u motorima na plin je biološka kemijska reakcija koja koristi kisik u zraku za sagorijevanje goriva i napajanje radilice. Benzin je fosilno gorivo dobiveno iz organskih spojeva. Ali, nije sva kemijska energija naravno, biološka. Svaka promjena u kemijskim vezama molekule uključuje prijenos kemijske energije. Izgaranje fosfora na kraju šibice kemijska je reakcija koja proizvodi kemijsku energiju u oblik svjetlosti i topline pomoću udarne topline za pokretanje procesa i kisika iz zraka za nastavak gori. Kemijska energija koju stvara aktivirani sjajni štapić uglavnom je lagana s vrlo malo topline.

Anorganske kemijske reakcije također se često koriste za sintezu željenih proizvoda ili smanjenje nepoželjnih. Raspon kemijskih reakcija koje proizvode kemijsku energiju prilično je širok, krećući se od jednostavne reorganizacije a jedna molekula ili jednostavna kombinacija dviju molekula, do složenih interakcija s više spojeva različitog pH nivo. Brzina kemijske reakcije općenito ovisi o koncentraciji reaktantnih materijala, površini dostupnoj između tih reaktanata, temperaturi i tlaku sustava. Dana reakcija imat će redovnu brzinu s obzirom na ove varijable, a inženjeri mogu kontrolirati manipuliranje tim čimbenicima.

U nekim je slučajevima prisutnost katalizatora potrebna za pokretanje reakcije ili za stvaranje značajne brzine reakcije. Budući da se katalizator sam ne mijenja u reakciji, može se koristiti uvijek iznova. Uobičajeni primjer je katalizator u ispušnom sustavu automobila. Prisutnost metala platinske skupine i drugih katalizatora smanjuje štetne tvari u one benigne. Tipične reakcije u katalitičkom pretvaraču su redukcija dušikovih oksida u dušik i kisik, oksidacija ugljičnog monoksida u ugljični dioksid i oksidacija neizgorjelih ugljikovodika u ugljični dioksid i voda.