Hogyan működik a vegyi energia?

A kémiai energia az atomok és molekulák kölcsönhatásaiból származik. Általában elektronok és protonok átrendeződnek, úgynevezett kémiai reakció, amelyek elektromos töltéseket eredményeznek. Az energiatakarékosság törvénye előírja, hogy az energia átalakítható vagy átalakítható, de soha nem semmisíthető meg. Ezért egy kémiai reakció, amely csökkenti a rendszer energiáját, hozzájárul a környezetbe elveszett energiához, általában hő vagy fény formájában. Alternatív megoldásként egy kémiai reakció, amely növeli a rendszer energiáját, elveszi ezt a további energiát a környezetből.

A biológiai élet a kémiai energiától függ. A biológiai kémiai energia két leggyakoribb forrása a fotoszintézis a növényekben és az állatok légzése. A fotoszintézis során a növények egy speciális klorofill nevű pigmentet használnak a víz hidrogénné és oxigénné történő szétválasztására. A hidrogént ezután a környezetből származó szénnel kombinálva szénhidrátmolekulákat állítanak elő, amelyeket a növény energiaként felhasználhat. A sejtlégzés fordított folyamat, oxigén felhasználásával egy szénhidrátmolekula, például a glükóz oxidálásához vagy elégetéséhez az ATP nevű energiát hordozó molekula, amelyet az egyes sejtek felhasználhatnak.

Bár elsőre nem tűnik nyilvánvalónak, a gázüzemű motorokban előforduló égés biológiai kémiai reakció, amely oxigént használ a levegőben üzemanyag elégetésére és egy főtengely meghajtására. A benzin szerves vegyületekből származó fosszilis üzemanyag. De természetesen nem minden kémiai energia biológiai. A molekula kémiai kötéseiben bekövetkező bármilyen változás magában foglalja a kémiai energia átadását. A gyufaszál végén lévő foszfor elégetése kémiai reakció, amely kémiai energiát termel a fény és hő formájában, a folyamat megindításához a sztrájk hőjével, a folytatáshoz pedig a levegő oxigénjével égő. Az aktivált izzítópálca által termelt kémiai energia többnyire könnyű, nagyon kevés hővel.

Szervetlen kémiai reakciókat is gyakran alkalmaznak a kívánt termékek szintetizálására vagy a nemkívánatos termékek csökkentésére. A kémiai energiát előállító kémiai reakciók köre meglehetősen széles, az a egyszerű átszervezésétől kezdve egyetlen molekula vagy két molekula egyszerű kombinációja, komplex kölcsönhatásokhoz, különböző, különböző pH-értékű vegyületekkel szint. A kémiai reakció sebessége általában függ a reaktáns anyagok koncentrációjától, a reaktánsok között elérhető felülettől, a rendszer hőmérsékletétől és nyomásától. Egy adott reakciónak szabályos sebessége lesz ezeknek a változóknak megfelelően, és mérnökök vezérelhetik ezeket a tényezőket.

Bizonyos esetekben katalizátor jelenléte szükséges a reakció elindításához vagy a reakció jelentős sebességének létrehozásához. Mivel a katalizátor önmagában nem változik a reakcióban, újra és újra felhasználható. Gyakori példa erre a katalizátor egy autó kipufogórendszerében. A platina csoportba tartozó fémek és más katalizátorok jelenléte a káros anyagokat jóindulatúbbá redukálja. A katalizátorban jellemző reakciók a nitrogén-oxidok nitrogénné és oxigénné történő redukciója, - a szén - monoxid oxidációja szén - dioxiddá, és az elégetlen szénhidrogének oxidációja szén - dioxiddá és víz.