Во время химических реакций связи, которые удерживают молекулы вместе, распадаются и образуют новые связи, превращая атомы в разные вещества. Каждая связь требует определенного количества энергии для разрыва или образования; без этой энергии реакция не может происходить, и реагенты остаются такими, какими они были. Когда реакция закончилась, она могла забрать энергию из окружающей среды или вложить в нее больше энергии.
TL; DR (слишком длинный; Не читал)
Химические реакции разрушают и преобразуют связи, удерживающие молекулы вместе.
Типы химических связей
Химические связи - это связки электрических сил, которые удерживают атомы и молекулы вместе. Химия включает в себя несколько различных видов связей. Например, водородная связь представляет собой относительно слабое притяжение с участием водородсодержащей молекулы, такой как вода. Водородная связь определяет форму снежинок и другие свойства молекул воды. Ковалентные связи образуются, когда атомы разделяют электроны, и полученная комбинация более химически стабильна, чем атомы сами по себе. Металлические связи возникают между атомами металла, такого как медь в пенни. Электроны в металле легко перемещаются между атомами; это делает металлы хорошими проводниками электричества и тепла.
Сохранение энергии
Во всех химических реакциях сохраняется энергия; он не создается и не разрушается, а исходит из уже существующих связей или окружающей среды. Сохранение энергии - это устоявшийся закон физики и химии. Для каждой химической реакции вы должны учитывать энергию, присутствующую в окружающей среде, связи реагентов, связи продуктов, а также температуру продуктов и окружающей среды. Общая энергия, присутствующая до и после реакции, должна быть одинаковой. Например, когда автомобильный двигатель сжигает бензин, в результате реакции бензин соединяется с кислородом с образованием углекислого газа и других продуктов. Он не создает энергию из воздуха; он высвобождает энергию, хранящуюся в связях молекул бензина.
Эндотермический vs. Экзотермические реакции
Когда вы отслеживаете энергию химической реакции, вы узнаете, выделяет ли реакция тепло или потребляет его. В предыдущем примере сжигания бензина в результате реакции выделяется тепло и повышается температура окружающей среды. Другие реакции, такие как растворение поваренной соли в воде, потребляют тепло, поэтому после растворения соли температура воды немного ниже. Химики называют реакции с выделением тепла экзотермическими, а реакции с потреблением тепла - эндотермическими. Поскольку для эндотермических реакций требуется тепло, они не могут происходить, если в момент начала реакции не будет достаточно тепла.
Энергия активации: начало реакции
Некоторые реакции, даже экзотермические, требуют энергии только для начала. Химики называют это энергией активации. Это похоже на энергетический холм, по которому молекулы должны подняться, прежде чем реакция приведёт в движение; после начала спуск легко. Возвращаясь к примеру горящего бензина, двигатель автомобиля должен сначала произвести искру; без него с бензином почти ничего не происходит. Искра обеспечивает энергию активации для соединения бензина с кислородом.
Катализаторы и ферменты
Катализаторы - это химические вещества, снижающие энергию активации реакции. Платина и подобные металлы, например, являются отличными катализаторами. Каталитический нейтрализатор выхлопной системы автомобиля имеет внутри платиновый катализатор. Когда выхлопные газы проходят через него, катализатор усиливает химические реакции с вредными соединениями окиси углерода и азота, превращая их в более безопасные выбросы. Поскольку в реакциях не используется катализатор, каталитический нейтрализатор может выполнять свою работу в течение многих лет. В биологии ферменты - это молекулы, которые катализируют химические реакции в живых организмах. Они вписываются в другие молекулы, поэтому реакции могут происходить более легко.