כיצד עובדת אנרגיה כימית?

מקור אנרגיה כימית באינטראקציות של אטומים ומולקולות. באופן כללי, יש סידור מחדש של אלקטרונים ופרוטונים, הנקראים תגובה כימית, המייצרים מטענים חשמליים. חוק שימור האנרגיה קובע שניתן להפוך או להמיר אנרגיה אך לעולם לא להשמיד אותה. לכן, תגובה כימית המפחיתה את האנרגיה במערכת תתרום לאנרגיה שאבדה לסביבה, בדרך כלל כחום או כאור. לחלופין, תגובה כימית המגדילה את האנרגיה במערכת תוציא את האנרגיה הנוספת הזו מהסביבה.

החיים הביולוגיים תלויים באנרגיה כימית. שני המקורות הנפוצים ביותר לאנרגיה כימית ביולוגית הם פוטוסינתזה בצמחים ונשימה בבעלי חיים. בפוטוסינתזה, צמחים משתמשים בפיגמנט מיוחד הנקרא כלורופיל כדי להפריד מים למימן וחמצן. המימן משולב אז עם פחמן מהסביבה כדי לייצר מולקולות פחמימות שהצמח יכול להשתמש בהן כאנרגיה. נשימה תאית היא התהליך ההפוך, המשתמש בחמצן כדי לחמצן או לשרוף מולקולת פחמימות כגון גלוקוז למולקולה נושאת אנרגיה הנקראת ATP, אשר יכולה לשמש תאים בודדים.

למרות שזה אולי לא נראה מובן מאליו בהתחלה, בעירה כמו המופיעה במנועים מונעים בגז היא תגובה כימית ביולוגית

תגובות כימיות אנאורגניות משמשות לעתים קרובות לסינתזת מוצרים רצויים או להפחתת תופעות לא רצויות. טווח התגובות הכימיות המייצרות אנרגיה כימית הוא עצום למדי, נע בין ארגון מחדש פשוט של מולקולה יחידה או שילוב פשוט של שתי מולקולות, לאינטראקציות מורכבות עם תרכובות מרובות בעלות pH שונה רָמָה. קצב התגובה הכימית תלוי בדרך כלל בריכוז החומרים המגיבים, בשטח השטח הזמין בין אותם מגיבים, בטמפרטורה ובלחץ המערכת. לתגובה נתונה יהיה שיעור קבוע בהתחשב במשתנים אלה, והיא יכולה להיות נשלטת על ידי מהנדסים המתפעלים גורמים אלה.

במקרים מסוימים נדרשת נוכחות של זרז בכדי להתחיל בתגובה או ליצור קצב תגובה משמעותי. מכיוון שהזרז לא שונה בעצמו בתגובה, ניתן להשתמש בו שוב ושוב. דוגמה נפוצה היא הממיר הקטליטי במערכת פליטה לרכב. הנוכחות של מתכות מקבוצת פלטינה וזרזים אחרים מפחיתה חומרים מזיקים לחומרים שפירים יותר. תגובות אופייניות בממיר קטליטי הן הפחתה של תחמוצות חנקן לחנקן וחמצן, חמצון של פחמן חד חמצני לפחמן דו חמצני, וחמצון של פחמימנים לא שרופים לפחמן דו חמצני מים.