Bagaimana Energi Kimia Bekerja?

Energi kimia berasal dari interaksi atom dan molekul. Umumnya, terjadi penataan ulang elektron dan proton, yang disebut reaksi kimia, yang menghasilkan muatan listrik. Hukum Kekekalan Energi menyatakan bahwa energi dapat diubah atau diubah tetapi tidak pernah dimusnahkan. Oleh karena itu, reaksi kimia yang menurunkan energi dalam suatu sistem akan menyumbangkan energi yang hilang ke lingkungan, biasanya sebagai panas atau cahaya. Bergantian, reaksi kimia yang meningkatkan energi dalam suatu sistem akan mengambil energi tambahan ini dari lingkungan.

Kehidupan biologis bergantung pada energi kimia. Dua sumber energi kimia biologis yang paling umum adalah fotosintesis pada tumbuhan dan respirasi pada hewan. Dalam fotosintesis, tumbuhan menggunakan pigmen khusus yang disebut klorofil untuk memisahkan air menjadi hidrogen dan oksigen. Hidrogen kemudian digabungkan dengan karbon dari lingkungan untuk menghasilkan molekul karbohidrat yang kemudian dapat digunakan tanaman sebagai energi. Respirasi sel adalah proses sebaliknya, menggunakan oksigen untuk mengoksidasi atau membakar molekul karbohidrat seperti glukosa menjadi molekul pembawa energi yang disebut ATP, yang dapat digunakan oleh sel-sel individu.

Meskipun pada awalnya mungkin tidak terlihat jelas, pembakaran seperti yang terjadi pada mesin berbahan bakar gas adalah reaksi kimia biologis yang menggunakan oksigen di udara untuk membakar bahan bakar dan menggerakkan poros engkol. Bensin adalah bahan bakar fosil yang berasal dari senyawa organik. Tapi, tentu saja tidak semua energi kimia bersifat biologis. Setiap perubahan dalam ikatan kimia molekul melibatkan transfer energi kimia. Pembakaran fosfor pada ujung batang korek api adalah reaksi kimia yang menghasilkan energi kimia dalam bentuk cahaya dan panas menggunakan panas dari pukulan untuk memulai proses dan oksigen dari udara untuk melanjutkan pembakaran. Energi kimia yang dihasilkan oleh tongkat pijar yang diaktifkan sebagian besar ringan dengan sedikit panas.

Reaksi kimia anorganik juga sering digunakan untuk mensintesis produk yang diinginkan atau mengurangi yang tidak diinginkan. Rentang reaksi kimia yang menghasilkan energi kimia cukup luas, mulai dari reorganisasi sederhana molekul tunggal atau kombinasi sederhana dari dua molekul, hingga interaksi kompleks dengan banyak senyawa dari berbagai pH tingkat. Laju reaksi kimia umumnya tergantung pada konsentrasi bahan reaktan, luas permukaan yang tersedia antara reaktan tersebut, suhu dan tekanan sistem. Reaksi yang diberikan akan memiliki laju yang teratur dengan variabel-variabel ini, dan dapat dikendalikan oleh para insinyur yang memanipulasi faktor-faktor ini.

Dalam beberapa kasus, keberadaan katalis diperlukan untuk memulai reaksi atau untuk menciptakan laju reaksi yang signifikan. Karena katalis itu sendiri tidak berubah dalam reaksi, katalis dapat digunakan berulang kali. Contoh umum adalah catalytic converter dalam sistem pembuangan mobil. Kehadiran logam golongan platinum dan katalis lainnya mengurangi zat berbahaya menjadi zat yang lebih jinak. Reaksi khas dalam catalytic converter adalah reduksi oksida nitrogen menjadi nitrogen dan oksigen, oksidasi karbon monoksida menjadi karbon dioksida, dan oksidasi hidrokarbon yang tidak terbakar menjadi karbon dioksida dan air.