Как работает химическая энергия?

Химическая энергия возникает во взаимодействии атомов и молекул. Обычно происходит перегруппировка электронов и протонов, называемая химической реакцией, которая производит электрические заряды. Закон сохранения энергии гласит, что энергия может быть преобразована или преобразована, но никогда не уничтожена. Следовательно, химическая реакция, которая снижает энергию в системе, будет способствовать потере энергии в окружающую среду, обычно в виде тепла или света. С другой стороны, химическая реакция, которая увеличивает энергию в системе, забирает эту дополнительную энергию из окружающей среды.

Биологическая жизнь зависит от химической энергии. Двумя наиболее распространенными источниками биологической химической энергии являются фотосинтез растений и дыхание животных. При фотосинтезе растения используют специальный пигмент, называемый хлорофиллом, для разделения воды на водород и кислород. Затем водород объединяется с углеродом из окружающей среды, чтобы произвести молекулы углеводов, которые затем растение может использовать в качестве энергии. Клеточное дыхание - это обратный процесс, в котором кислород используется для окисления или сжигания молекулы углевода, такой как глюкоза, в молекулу, несущую энергию, называемую АТФ, которая может использоваться отдельными клетками.

Хотя поначалу это может показаться неочевидным, сгорание, которое происходит в двигателях, работающих на газе, является биологической химической реакцией, которая использует кислород в воздухе, чтобы сжечь топливо и привести в действие коленчатый вал. Бензин - это ископаемое топливо, получаемое из органических соединений. Но, конечно, не вся химическая энергия является биологической. Любое изменение химических связей молекулы включает передачу химической энергии. Горение фосфора на конце спички - это химическая реакция, которая производит химическую энергию в форма света и тепла с использованием тепла от удара для инициирования процесса и кислорода из воздуха для продолжения горение. Химическая энергия, производимая активированной палочкой накаливания, - это в основном свет с очень небольшим количеством тепла.

Неорганические химические реакции также часто используются для синтеза желаемых продуктов или уменьшения количества нежелательных. Диапазон химических реакций, которые производят химическую энергию, довольно обширен, начиная от простой реорганизации одиночная молекула или простая комбинация двух молекул, до сложных взаимодействий с несколькими соединениями с различным pH уровень. Скорость химической реакции обычно зависит от концентрации реагирующих материалов, доступной площади поверхности между этими реагентами, температуры и давления в системе. Данная реакция будет иметь постоянную скорость с учетом этих переменных и может контролироваться инженерами, манипулирующими этими факторами.

В некоторых случаях присутствие катализатора требуется для начала реакции или для создания значительной скорости реакции. Поскольку катализатор сам по себе не изменяется в ходе реакции, его можно использовать снова и снова. Типичный пример - каталитический нейтрализатор в выхлопной системе автомобиля. Присутствие металлов платиновой группы и других катализаторов превращает вредные вещества в более безвредные. Типичные реакции в каталитическом нейтрализаторе - это восстановление оксидов азота до азота и кислорода, окисление окиси углерода до двуокиси углерода и окисление несгоревших углеводородов до двуокиси углерода и вода.