ქიმიური რეაქციების დროს, ობლიგაციები, რომლებიც ერთმანეთთან იკავებს მოლეკულებს, იშლება და ქმნის ახალ კავშირებს, ატომებს ალაგებს სხვადასხვა ნივთიერებად. თითოეული ობლიგაცია მკაფიო ენერგიას მოითხოვს ან გასახსნელად ან ფორმირებისთვის; ამ ენერგიის გარეშე რეაქცია ვერ მოხდება და რეაქტორები რჩებიან ისე, როგორც იყვნენ. როდესაც რეაქცია დასრულდა, შესაძლოა მას ენერგია წაართვა მიმდებარე გარემოდან, ან მეტი ენერგია მოახმაროს მასში.
TL; DR (ძალიან გრძელია; არ წავიკითხე)
ქიმიური რეაქციები ამსხვრევს და რეფორმირებს ბმულებს, რომლებიც ატარებენ მოლეკულებს.
ქიმიური ობლიგაციების ტიპები
ქიმიური ბმები არის ელექტრული ძალების შეკვრა, რომლებიც ატომებს და მოლეკულებს ერთმანეთთან ატარებენ. ქიმია მოიცავს სხვადასხვა სახის ობლიგაციებს. მაგალითად, წყალბადის ბმა არის შედარებით სუსტი მიმზიდველობა, რომელიც მოიცავს წყალბადის შემცველ მოლეკულას, მაგალითად წყალს. წყალბადის ბმა წარმოადგენს ფიფქების ფორმას და წყლის მოლეკულების სხვა თვისებებს. კოვალენტური ობლიგაციები წარმოიქმნება მაშინ, როდესაც ატომებს ელექტრონები აქვთ და შედეგად მიღებული კომბინაცია უფრო ქიმიურად მდგრადია, ვიდრე ატომები თავისთავად არიან. მეტალის ბმულები წარმოიქმნება ლითონის ატომებს შორის, მაგალითად პენი სპილენძი. ელექტრონები ლითონში ადვილად მოძრაობენ ატომებს შორის; ეს ლითონებს ელექტროენერგიისა და სითბოს კარგ გამტარებად აქცევს.
ენერგიის დაზოგვა
ყველა ქიმიური რეაქციის დროს ენერგია ინახება; ის არც იქმნება და არც განადგურებულია, მაგრამ მოდის უკვე არსებული ბმებიდან ან გარემოდან. ენერგიის დაზოგვა ფიზიკისა და ქიმიის კარგად დამკვიდრებული კანონია. ყოველი ქიმიური რეაქციისთვის უნდა გაითვალისწინოთ გარემოში არსებული ენერგია, რეაქტივების ობლიგაციები, პროდუქტების ობლიგაციები და პროდუქტებისა და გარემოს ტემპერატურა. რეაქციის მიღებამდე და მის შემდეგ მთლიანი ენერგია იგივე უნდა იყოს. მაგალითად, როდესაც მანქანის ძრავა დაწვავს ბენზინს, რეაქცია აერთიანებს ბენზინს ჟანგბადთან და ქმნის ნახშირორჟანგს და სხვა პროდუქტებს. ეს არ ქმნის ენერგიას თხელი ჰაერისგან; იგი ათავისუფლებს ენერგიას, რომელიც ინახება ბენზინის მოლეკულების ობლიგაციებში.
ენდოთერმული vs. ეგზოთერმული რეაქციები
როდესაც თქვენ თვალყურს ადევნებთ ენერგიას ქიმიურ რეაქციაში, გაიგებთ, გამოაქვს თუ არა რეაქცია სითბოს ან მოიხმარს მას. ბენზინის დაწვის წინა მაგალითში რეაქცია ათავისუფლებს სითბოს და ზრდის მის გარშემომყოფ ტემპერატურას. სხვა რეაქციები, მაგალითად, სუფრის მარილის წყალში გახსნა, მოიხმარს სითბოს, ამიტომ წყლის ტემპერატურა ოდნავ დაბალია მარილის გახსნის შემდეგ. ქიმიკოსები სითბოს წარმოქმნის რეაქციებს ეგზოთერმულს უწოდებენ, ხოლო სითბოსგან დამხმარე რეაქციებს - ენდოთერმულს. იმის გამო, რომ ენდოთერმული რეაქციები სითბოს საჭიროებს, ისინი ვერ მოხდება, თუ საკმარისი სითბო არ არის რეაქციის დაწყებისას.
აქტივაციის ენერგია: რეაქციის დაწყება
ზოგიერთი რეაქცია, თუნდაც ეგზოთერმული, საჭიროებს ენერგიას მხოლოდ დასაწყებად. ქიმიკოსები ამას აქტივაციის ენერგიას უწოდებენ. ეს არის ენერგეტიკული ბორცვის მსგავსი, რომელსაც მოლეკულები უნდა ასცდნენ, სანამ რეაქცია არ ამოქმედდება; მისი დაწყების შემდეგ დაღმართზე გადასვლა მარტივია. დავუბრუნდეთ ბენზინის დაწვის მაგალითს, მანქანის ძრავამ ჯერ ნაპერწკალი უნდა შექმნას; მის გარეშე ბენზინს ბევრი არაფერი ემართება. ნაპერწკალი უზრუნველყოფს ბენზინის გააქტიურების ენერგიას ჟანგბადთან შერწყმისთვის.
კატალიზატორები და ფერმენტები
კატალიზატორი არის ქიმიური ნივთიერებები, რომლებიც ამცირებენ რეაქციის აქტივაციის ენერგიას. მაგალითად, პლატინა და მსგავსი ლითონები შესანიშნავი კატალიზატორია. მანქანის გამონაბოლქვის სისტემაში კატალიზატორში არის პლატინის მსგავსი კატალიზატორი. გამონაბოლქვი აირები მასში გადის, კატალიზატორი ზრდის ქიმიურ რეაქციებს მავნე ნახშირბადის მონოქსიდში და აზოტის ნაერთებში, აქცევს მათ უსაფრთხო გამონაბოლქვად. იმის გამო, რომ რეაქციები არ იყენებს კატალიზატორს, კატალიზატორს შეუძლია მრავალი წლის განმავლობაში შეასრულოს თავისი საქმე. ბიოლოგიაში ფერმენტები არის მოლეკულები, რომლებიც კატალიზაციას უკეთებენ ქიმიურ რეაქციებს ცოცხალ ორგანიზმებში. ისინი სხვა მოლეკულებში ჯდება, ასე რომ რეაქციები უფრო ადვილად შეიძლება მოხდეს.