Kako deluje kemična energija?

Kemična energija izvira iz interakcij atomov in molekul. Na splošno pride do prerazporeditve elektronov in protonov, imenovanih kemična reakcija, ki proizvajajo električne naboje. Zakon o ohranjanju energije določa, da se energija lahko preoblikuje ali pretvori, vendar nikoli ne uniči. Zato bo kemična reakcija, ki zmanjša energijo v sistemu, prispevala k izgubljeni energiji v okolje, običajno kot toplota ali svetloba. Kemična reakcija, ki poveča energijo v sistemu, pa bo to dodatno energijo prevzela iz okolja.

Biološko življenje je odvisno od kemične energije. Dva najpogostejša vira biološke kemične energije sta fotosinteza v rastlinah in dihanje pri živalih. Pri fotosintezi rastline uporabljajo poseben pigment, imenovan klorofil, da ločijo vodo na vodik in kisik. Vodik se nato iz okolja kombinira z ogljikom, da nastanejo molekule ogljikovih hidratov, ki jih rastlina nato lahko uporabi kot energijo. Celično dihanje je obratni postopek z uporabo kisika za oksidacijo ali sežiganje molekule ogljikovih hidratov, kot je glukoza, v molekulo, ki nosi energijo, imenovano ATP, ki jo lahko uporabljajo posamezne celice.

Čeprav se sprva morda ne zdi očitno, je zgorevanje, kakršno se zgodi pri motorjih na plin, biološka kemična reakcija, ki uporablja kisik v zraku, da gori gorivo in poganja ročično gred. Bencin je fosilno gorivo, pridobljeno iz organskih spojin. Toda vsa kemična energija seveda ni biološka. Vsaka sprememba kemijskih vezi molekule vključuje prenos kemične energije. Sežiganje fosforja na koncu vžigalice je kemična reakcija, ki v njej proizvaja kemično energijo oblika svetlobe in toplote z uporabo toplote od udarca za začetek procesa in kisika iz zraka za nadaljevanje pekoč občutek. Kemična energija, ki jo proizvaja aktivirana žarilna palica, je večinoma lahka z zelo malo toplote.

Anorganske kemijske reakcije se pogosto uporabljajo tudi za sintezo želenih produktov ali zmanjšanje neželenih. Razpon kemijskih reakcij, ki proizvajajo kemično energijo, je precej širok, od preproste reorganizacije a eno molekulo ali preprosto kombinacijo dveh molekul, do zapletenih interakcij z več spojinami z različnimi pH ravni. Hitrost kemijske reakcije je na splošno odvisna od koncentracije reaktantov, površine, ki je na voljo med temi reaktanti, temperature in tlaka sistema. Dana reakcija bo imela glede na te spremenljivke običajno hitrost in jo lahko nadzorujejo inženirji, ki manipulirajo s temi dejavniki.

V nekaterih primerih je za začetek reakcije ali za ustvarjanje pomembne hitrosti reakcije potrebna prisotnost katalizatorja. Ker se katalizator sam v reakciji ne spremeni, ga lahko uporabljamo znova in znova. Pogost primer je katalitični pretvornik v avtomobilskem izpušnem sistemu. Prisotnost kovin platinske skupine in drugih katalizatorjev škodljive snovi zmanjšuje v bolj benigne. Tipične reakcije v katalizatorju so redukcija dušikovih oksidov v dušik in kisik, oksidacija ogljikovega monoksida v ogljikov dioksid in oksidacija nezgorelih ogljikovodikov v ogljikov dioksid in vode.