Under kemiska reaktioner bryts bindningarna som håller molekylerna ihop och bildar nya bindningar och omarrangerar atomer i olika ämnen. Varje bindning kräver en distinkt mängd energi för att antingen gå sönder eller bildas; utan denna energi kan reaktionen inte äga rum, och reaktanterna förblir som de var. När en reaktion är klar kan den ha tagit energi från den omgivande miljön eller lagt mer energi i den.
TL; DR (för lång; Läste inte)
Kemiska reaktioner bryter och reformerar bindningarna som håller molekyler tillsammans.
Typer av kemiska obligationer
Kemiska bindningar är buntar av elektriska krafter som håller atomer och molekyler ihop. Kemi involverar flera olika typer av bindningar. Till exempel är vätebindningen en relativt svag attraktion som involverar en vätebärande molekyl, såsom vatten. Vätebindningen står för formen på snöflingor och andra egenskaper hos vattenmolekyler. Kovalenta bindningar bildas när atomer delar elektroner, och den resulterande kombinationen är mer kemiskt stabil än atomerna i sig. Metallbindningar förekommer mellan atomer av metall, såsom koppar i ett öre. Elektronerna i metall rör sig lätt mellan atomer; detta gör metaller till goda ledare för el och värme.
Bevarande av energi
I alla kemiska reaktioner sparas energi; den är varken skapad eller förstörd men kommer från de obligationer som redan finns eller miljön. Bevarande av energi är en väletablerad lag för fysik och kemi. För varje kemisk reaktion måste du redogöra för den energi som finns i miljön, reaktanternas bindningar, produkternas bindningar och temperaturen för produkterna och miljön. Den totala energin före och efter reaktionen måste vara densamma. Till exempel, när en bilmotor bränner bensin, kombinerar reaktionen bensinen med syre för att bilda koldioxid och andra produkter. Det skapar inte energi från tunn luft; det släpper ut den energi som lagras i bindningarna av molekyler i bensinen.
Endotermisk vs. Exoterma reaktioner
När du håller reda på energin i en kemisk reaktion får du reda på om reaktionen släpper ut värme eller förbrukar den. I det föregående exemplet med förbränning av bensin frigör reaktionen värme och ökar temperaturen i omgivningen. Andra reaktioner, såsom att lösa bordssalt i vatten, förbrukar värme, så vattentemperaturen är något lägre efter att saltet har lösts upp. Kemister kallar värmeproducerande reaktioner exoterma och värmekrävande reaktioner är endoterma. Eftersom endotermiska reaktioner kräver värme kan de inte ske om inte tillräckligt med värme är närvarande när reaktionen startar.
Aktiveringsenergi: Kickstart av reaktionen
Vissa reaktioner, även exoterma, kräver energi bara för att komma igång. Kemister kallar detta aktiveringsenergin. Det är som en energikulle som molekylerna måste klättra innan reaktionen sätts i rörelse; när det börjar är det lätt att gå nedförsbacke. Om vi går tillbaka till exemplet med att bränna bensin måste bilmotorn först gnista; utan det händer inte mycket med bensinen. Gnistan tillhandahåller aktiveringsenergin för bensinen att kombineras med syre.
Katalysatorer och enzymer
Katalysatorer är kemiska ämnen som minskar aktiveringsenergin för en reaktion. Platina och liknande metaller är till exempel utmärkta katalysatorer. Katalysatorn i bilens avgassystem har en katalysator som platina inuti. När avgaser passerar genom den ökar katalysatorn kemiska reaktioner i skadliga koloxider och kväveföreningar, vilket gör dem till säkrare utsläpp. Eftersom reaktioner inte använder en katalysator kan en katalysator göra sitt jobb i många år. I biologin är enzymer molekyler som katalyserar kemiska reaktioner i levande organismer. De passar in i andra molekyler så att reaktioner kan ske lättare.