Ako funguje chemická energia?

Chemická energia vzniká v interakciách atómov a molekúl. Spravidla existuje preskupenie elektrónov a protónov, ktoré sa nazýva chemická reakcia a ktoré vytvárajú elektrické náboje. Zákon o ochrane energie stanovuje, že energiu je možné transformovať alebo premeniť, ale nikdy nezničiť. Preto chemická reakcia, ktorá znižuje energiu v systéme, prispeje k strate energie do životného prostredia, zvyčajne ako teplo alebo svetlo. Prípadne chemická reakcia, ktorá zvyšuje energiu v systéme, odoberie túto ďalšiu energiu z prostredia.

Biologický život závisí od chemickej energie. Dva najbežnejšie zdroje biologickej chemickej energie sú fotosyntéza rastlín a dýchanie zvierat. Pri fotosyntéze používajú rastliny na separáciu vody na vodík a kyslík špeciálny pigment nazývaný chlorofyl. Vodík sa potom skombinuje s uhlíkom z prostredia, aby sa vytvorili molekuly uhľohydrátov, ktoré potom rastlina môže použiť ako energiu. Bunkové dýchanie je reverzný proces, ktorý využíva kyslík na oxidáciu alebo spálenie molekuly uhľohydrátov, ako je glukóza, na molekulu nesúcu energiu s názvom ATP, ktorú môžu jednotlivé bunky využívať.

Aj keď sa to spočiatku nemusí javiť ako zrejmé, spaľovanie, ktoré sa vyskytuje v plynových motoroch, je biologická chemická reakcia používa kyslík vo vzduchu na spaľovanie paliva a napájanie kľukového hriadeľa. Benzín je fosílne palivo pochádzajúce z organických zlúčenín. Ale nie všetka chemická energia je samozrejme biologická. Akákoľvek zmena v chemických väzbách molekuly zahŕňa prenos chemickej energie. Spaľovanie fosforu na konci zápalky je chemická reakcia, ktorá produkuje chemickú energiu v forma svetla a tepla s využitím tepla z štrajku na zahájenie procesu a kyslíka zo vzduchu na pokračovanie pálenie. Chemická energia produkovaná aktivovanou žiarovkou je väčšinou svetlo s veľmi malým teplom.

Anorganické chemické reakcie sa tiež často používajú na syntézu požadovaných produktov alebo na redukciu nežiaducich produktov. Rozsah chemických reakcií, ktoré produkujú chemickú energiu, je pomerne rozsiahly, od jednoduchej reorganizácie a jednoduchá molekula alebo jednoduchá kombinácia dvoch molekúl, ku komplexným interakciám s viacerými zlúčeninami s rôznym pH úrovni. Rýchlosť chemickej reakcie všeobecne závisí od koncentrácie reaktívnych materiálov, dostupného povrchu medzi týmito reaktantmi, teploty a tlaku systému. Daná reakcia bude mať vzhľadom na tieto premenné pravidelnú rýchlosť a dá sa riadiť inžiniermi manipulujúcimi s týmito faktormi.

V niektorých prípadoch je prítomnosť katalyzátora nevyhnutná na zahájenie reakcie alebo na vytvorenie významnej rýchlosti reakcie. Pretože samotný katalyzátor sa pri reakcii nemení, je možné ho používať znova a znova. Bežným príkladom je katalyzátor vo výfukovom systéme automobilu. Prítomnosť kovov platinovej skupiny a iných katalyzátorov redukuje škodlivé látky na benígnejšie. Typickými reakciami v katalyzátore sú redukcia oxidov dusíka na dusík a kyslík, oxidácia oxidu uhoľnatého na oxid uhličitý a oxidácia nespálených uhľovodíkov na oxid uhličitý a voda.