Durante le reazioni chimiche, i legami che tengono insieme le molecole si rompono e formano nuovi legami, riorganizzando gli atomi in sostanze diverse. Ogni legame richiede una quantità distinta di energia per rompersi o formarsi; senza questa energia, la reazione non può aver luogo e i reagenti rimangono com'erano. Quando una reazione è terminata, potrebbe aver prelevato energia dall'ambiente circostante o averci messo più energia.
TL; DR (troppo lungo; non ho letto)
Le reazioni chimiche rompono e riformano i legami che tengono insieme le molecole.
Tipi di legami chimici
I legami chimici sono fasci di forze elettriche che tengono insieme atomi e molecole. La chimica coinvolge diversi tipi di legami. Ad esempio, il legame idrogeno è un'attrazione relativamente debole che coinvolge una molecola contenente idrogeno, come l'acqua. Il legame idrogeno spiega la forma dei fiocchi di neve e altre proprietà delle molecole d'acqua. I legami covalenti si formano quando gli atomi condividono gli elettroni e la combinazione risultante è chimicamente più stabile degli atomi da soli. I legami metallici si verificano tra gli atomi di metallo, come il rame in un centesimo. Gli elettroni nel metallo si muovono facilmente tra gli atomi; questo rende i metalli buoni conduttori di elettricità e calore.
Conservazione dell'energia
In tutte le reazioni chimiche l'energia si conserva; non si crea né si distrugge ma nasce dai legami già esistenti o dall'ambiente. La conservazione dell'energia è una legge ben consolidata della fisica e della chimica. Per ogni reazione chimica, devi tenere conto dell'energia presente nell'ambiente, dei legami dei reagenti, dei legami dei prodotti e della temperatura dei prodotti e dell'ambiente. L'energia totale presente prima e dopo la reazione deve essere la stessa. Ad esempio, quando il motore di un'auto brucia benzina, la reazione combina la benzina con l'ossigeno per formare anidride carbonica e altri prodotti. Non crea energia dal nulla; rilascia l'energia immagazzinata nei legami delle molecole nella benzina.
Endotermico vs. Reazioni esotermiche
Quando tieni traccia dell'energia in una reazione chimica, scoprirai se la reazione rilascia calore o lo consuma. Nell'esempio precedente di combustione della benzina, la reazione rilascia calore e aumenta la temperatura dell'ambiente circostante. Altre reazioni, come la dissoluzione del sale da tavola in acqua, consumano calore, quindi la temperatura dell'acqua è leggermente più bassa dopo che il sale si è sciolto. I chimici chiamano esotermiche le reazioni che producono calore e endotermiche le reazioni che consumano calore. Poiché le reazioni endotermiche richiedono calore, non possono aver luogo a meno che non sia presente abbastanza calore quando inizia la reazione.
Energia di attivazione: dare il via alla reazione
Alcune reazioni, anche esotermiche, richiedono energia solo per essere avviate. I chimici la chiamano energia di attivazione. È come una collina energetica che le molecole devono scalare prima che la reazione si metta in moto; dopo l'inizio, la discesa è facile. Tornando all'esempio della combustione della benzina, il motore dell'auto deve prima fare una scintilla; senza di essa, non succede molto alla benzina. La scintilla fornisce l'energia di attivazione affinché la benzina si combini con l'ossigeno.
Catalizzatori ed enzimi
I catalizzatori sono sostanze chimiche che riducono l'energia di attivazione di una reazione. Il platino e metalli simili, ad esempio, sono ottimi catalizzatori. Il convertitore catalitico nel sistema di scarico di un'auto ha un catalizzatore come il platino all'interno. Quando i gas di scarico lo attraversano, il catalizzatore aumenta le reazioni chimiche nei nocivi monossido di carbonio e nei composti di azoto, trasformandoli in emissioni più sicure. Poiché le reazioni non consumano un catalizzatore, un convertitore catalitico può svolgere il suo lavoro per molti anni. In biologia, gli enzimi sono molecole che catalizzano le reazioni chimiche negli organismi viventi. Si inseriscono in altre molecole in modo che le reazioni possano avvenire più facilmente.