Como funciona a energia química?

A energia química se origina nas interações de átomos e moléculas. Geralmente, há um rearranjo de elétrons e prótons, chamado de reação química, que produz cargas elétricas. A lei de Conservação de Energia estipula que a energia pode ser transformada ou convertida, mas nunca destruída. Portanto, uma reação química que diminui a energia em um sistema contribuirá com a energia perdida para o meio ambiente, geralmente como calor ou luz. Como alternativa, uma reação química que aumenta a energia em um sistema terá retirado essa energia adicional do ambiente.

A vida biológica depende da energia química. As duas fontes mais comuns de energia química biológica são a fotossíntese nas plantas e a respiração nos animais. Na fotossíntese, as plantas usam um pigmento especial chamado clorofila para separar a água em hidrogênio e oxigênio. O hidrogênio é então combinado com o carbono do meio ambiente para produzir moléculas de carboidratos que a planta pode usar como energia. A respiração celular é o processo inverso, usando oxigênio para oxidar ou queimar uma molécula de carboidrato, como a glicose, em uma molécula carregadora de energia chamada ATP, que pode ser usada por células individuais.

Embora possa não parecer óbvio à primeira vista, a combustão, como ocorre em motores a gás, é uma reação química biológica que usa oxigênio no ar para queimar combustível e alimentar um virabrequim. A gasolina é um combustível fóssil derivado de compostos orgânicos. Mas nem toda energia química é biológica, é claro. Qualquer mudança nas ligações químicas de uma molécula envolve a transferência de energia química. A queima de fósforo na ponta de um palito de fósforo é uma reação química que produz energia química no forma de luz e calor usando o calor do golpe para iniciar o processo e o oxigênio do ar para continuar queimando. A energia química produzida por um bastão luminoso ativado é principalmente leve com muito pouco calor.

As reações químicas inorgânicas também são freqüentemente usadas para sintetizar produtos desejados ou reduzir os indesejáveis. A gama de reações químicas que produzem energia química é bastante vasta, variando desde a simples reorganização de um molécula única ou combinação simples de duas moléculas, para interações complexas com vários compostos de vários pH nível. A taxa de uma reação química geralmente depende da concentração dos materiais reagentes, da área de superfície disponível entre esses reagentes, da temperatura e da pressão do sistema. Uma determinada reação terá uma taxa regular, dadas essas variáveis, e pode ser controlada por engenheiros que manipulam esses fatores.

Em alguns casos, a presença de um catalisador é necessária para iniciar uma reação ou para criar uma taxa significativa de reação. Como o próprio catalisador não é alterado na reação, ele pode ser usado repetidamente. Um exemplo comum é o conversor catalítico em um sistema de escapamento de automóvel. A presença de metais do grupo da platina e outros catalisadores reduz as substâncias nocivas a outras mais benignas. As reações típicas em um conversor catalítico são a redução de óxidos de nitrogênio em nitrogênio e oxigênio, oxidação de monóxido de carbono em dióxido de carbono e oxidação de hidrocarbonetos não queimados em dióxido de carbono e agua.