Podczas reakcji chemicznych wiązania, które utrzymują cząsteczki razem, rozpadają się i tworzą nowe wiązania, przekształcając atomy w różne substancje. Każde wiązanie wymaga określonej ilości energii, aby albo zerwać, albo uformować; bez tej energii reakcja nie może zajść, a reagenty pozostają takie, jakie były. Kiedy reakcja się kończy, mogła pobrać energię z otaczającego środowiska lub włożyć w nią więcej energii.
TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)
Reakcje chemiczne rozrywają i przekształcają wiązania, które łączą cząsteczki.
Rodzaje wiązań chemicznych
Wiązania chemiczne to wiązki sił elektrycznych, które utrzymują razem atomy i cząsteczki. Chemia obejmuje kilka różnych rodzajów wiązań. Na przykład wiązanie wodorowe jest stosunkowo słabym przyciąganiem angażującym cząsteczkę zawierającą wodór, taką jak woda. Wiązanie wodorowe odpowiada za kształt płatków śniegu i inne właściwości cząsteczek wody. Wiązania kowalencyjne tworzą się, gdy atomy dzielą elektrony, a wynikowa kombinacja jest bardziej stabilna chemicznie niż same atomy. Wiązania metaliczne występują między atomami metalu, np. miedzi w pensach. Elektrony w metalu łatwo poruszają się między atomami; to sprawia, że metale są dobrymi przewodnikami elektryczności i ciepła.
Oszczędzanie energii
We wszystkich reakcjach chemicznych energia jest zachowywana; nie jest ani stworzona, ani zniszczona, ale pochodzi z już istniejących więzi lub środowiska. Zachowanie energii to ugruntowane prawo fizyki i chemii. W przypadku każdej reakcji chemicznej należy uwzględnić energię obecną w środowisku, wiązania reagentów, wiązania produktów oraz temperaturę produktów i środowiska. Całkowita energia obecna przed i po reakcji musi być taka sama. Na przykład, gdy silnik samochodu spala benzynę, reakcja łączy benzynę z tlenem, tworząc dwutlenek węgla i inne produkty. Nie wytwarza energii z rzadkiego powietrza; uwalnia energię zmagazynowaną w wiązaniach cząsteczek benzyny.
Endotermiczny vs. Reakcje egzotermiczne
Kiedy śledzisz energię w reakcji chemicznej, dowiesz się, czy reakcja uwalnia ciepło, czy je pochłania. W poprzednim przykładzie spalania benzyny reakcja uwalnia ciepło i podnosi temperaturę otoczenia. Inne reakcje, takie jak rozpuszczanie soli kuchennej w wodzie, zużywają ciepło, więc temperatura wody jest nieco niższa po rozpuszczeniu soli. Chemicy nazywają reakcje wytwarzające ciepło egzotermicznymi, a zużywające ciepło endotermiczne. Ponieważ reakcje endotermiczne wymagają ciepła, nie mogą zachodzić, jeśli nie ma wystarczającej ilości ciepła na początku reakcji.
Energia aktywacji: Rozpoczęcie reakcji
Niektóre reakcje, nawet egzotermiczne, wymagają energii, aby zacząć. Chemicy nazywają to energią aktywacji. To jest jak wzgórze energetyczne, na które molekuły muszą się wspiąć, zanim reakcja zostanie wprawiona w ruch; po rozpoczęciu zejście w dół jest łatwe. Wracając do przykładu spalania benzyny, silnik samochodu musi najpierw wytworzyć iskrę; bez tego z benzyną niewiele się dzieje. Iskra dostarcza energię aktywacji do połączenia benzyny z tlenem.
Katalizatory i enzymy
Katalizatory to substancje chemiczne, które zmniejszają energię aktywacji reakcji. Na przykład platyna i podobne metale są doskonałymi katalizatorami. Katalizator w układzie wydechowym samochodu ma wewnątrz katalizator podobny do platyny. Gdy spaliny przechodzą przez niego, katalizator nasila reakcje chemiczne w szkodliwych związkach tlenku węgla i azotu, zamieniając je w bezpieczniejsze emisje. Ponieważ reakcje nie zużywają katalizatora, katalizator może wykonywać swoją pracę przez wiele lat. W biologii enzymy to cząsteczki, które katalizują reakcje chemiczne w żywych organizmach. Pasują do innych cząsteczek, dzięki czemu reakcje mogą zachodzić łatwiej.