Cum funcționează energia chimică?

Energia chimică își are originea în interacțiunile dintre atomi și molecule. În general, există o rearanjare a electronilor și a protonilor, numită reacție chimică, care produc sarcini electrice. Legea conservării energiei prevede că energia poate fi transformată sau convertită, dar niciodată distrusă. Prin urmare, o reacție chimică care scade energia dintr-un sistem va contribui la energia pierdută în mediu, de obicei sub formă de căldură sau lumină. Alternativ, o reacție chimică care crește energia într-un sistem va fi luat această energie suplimentară din mediu.

Viața biologică depinde de energia chimică. Cele mai comune două surse de energie chimică biologică sunt fotosinteza la plante și respirația la animale. În fotosinteză, plantele folosesc un pigment special numit clorofilă pentru a separa apa în hidrogen și oxigen. Hidrogenul este apoi combinat cu carbonul din mediu pentru a produce molecule de carbohidrați pe care planta le poate folosi apoi ca energie. Respirația celulară este procesul invers, folosind oxigenul pentru a oxida sau arde o moleculă de carbohidrați, cum ar fi glucoza, într-o moleculă purtătoare de energie numită ATP, care poate fi utilizată de celule individuale.

Deși s-ar putea să nu pară evident la început, arderea cum ar fi la motoarele pe gaz este o reacție chimică biologică care folosește oxigen în aer pentru a arde combustibil și a alimenta un arborele cotit. Benzina este un combustibil fosil derivat din compuși organici. Dar, nu toată energia chimică este biologică, desigur. Orice modificare a legăturilor chimice ale unei molecule implică transferul de energie chimică. Arderea fosforului la capătul unui chibrit este o reacție chimică care produce energie chimică în formă de lumină și căldură folosind căldura din lovitură pentru a iniția procesul și oxigenul din aer pentru a continua ardere. Energia chimică produsă de un stick luminos activat este în mare parte ușoară, cu foarte puțină căldură.

Reacțiile chimice anorganice sunt, de asemenea, frecvent utilizate pentru a sintetiza produsele dorite sau pentru a reduce produsele nedorite. Gama de reacții chimice care produc energie chimică sunt destul de vaste, variind de la simpla reorganizare a moleculă simplă sau combinație simplă de două molecule, la interacțiuni complexe cu compuși multipli cu pH diferit nivel. Viteza unei reacții chimice depinde în general de concentrația materialelor reactante, de suprafața disponibilă între acești reactanți, de temperatura și de presiunea sistemului. O anumită reacție va avea o rată regulată având în vedere aceste variabile și poate fi controlată de inginerii care manipulează acești factori.

În unele cazuri, prezența unui catalizator este necesară pentru a începe o reacție sau pentru a crea o viteză semnificativă de reacție. Deoarece catalizatorul nu este el însuși schimbat în reacție, acesta poate fi folosit din nou și din nou. Un exemplu comun este convertorul catalitic într-un sistem de evacuare a automobilelor. Prezența metalelor din grupul platinei și a altor catalizatori reduce substanțele nocive în altele mai benigne. Reacțiile tipice într-un convertor catalitic sunt reducerea oxizilor de azot la azot și oxigen, oxidarea monoxidului de carbon în dioxid de carbon, și oxidarea hidrocarburilor ne-arse în dioxid de carbon și apă.