Як працює хімічна енергія?

Хімічна енергія бере початок у взаємодії атомів і молекул. Як правило, відбувається перегрупування електронів і протонів, що називається хімічною реакцією, що виробляє електричні заряди. Закон збереження енергії передбачає, що енергія може перетворюватися або перетворюватися, але ніколи не руйнуватися. Отже, хімічна реакція, яка зменшує енергію в системі, сприятиме втраті енергії в навколишнє середовище, як правило, як тепло або світло. З іншого боку, хімічна реакція, яка збільшує енергію в системі, забрала б цю додаткову енергію з навколишнього середовища.

Біологічне життя залежить від хімічної енергії. Двома найпоширенішими джерелами біологічної хімічної енергії є фотосинтез у рослин та дихання у тварин. При фотосинтезі рослини використовують спеціальний пігмент, який називається хлорофілом, щоб розділити воду на водень і кисень. Потім водень комбінується з вуглецем із навколишнього середовища, утворюючи молекули вуглеводів, які рослина може потім використовувати як енергію. Клітинне дихання - це зворотний процес, який використовує кисень для окислення або спалення молекули вуглеводів, таких як глюкоза, в енергетичну молекулу, звану АТФ, яку можуть використовувати окремі клітини.

Хоча спочатку це може здаватися не очевидним, горіння, яке відбувається в двигунах на газовому паливі, є біологічною хімічною реакцією, яка використовує кисень в повітрі, щоб спалити паливо і привести в дію коленвал. Бензин - це викопне паливо, отримане з органічних сполук. Але, звичайно, не вся хімічна енергія є біологічною. Будь-яка зміна хімічних зв’язків молекули передбачає передачу хімічної енергії. Спалювання фосфору на кінці сірника - це хімічна реакція, яка виробляє хімічну енергію в форма світла і тепла, використовуючи тепло від удару, щоб ініціювати процес, і кисень з повітря для продовження горіння. Хімічна енергія, що виробляється активованою світловою паличкою, в основному є легкою з дуже невеликим нагріванням.

Неорганічні хімічні реакції також часто використовуються для синтезу бажаних продуктів або зменшення небажаних. Спектр хімічних реакцій, що виробляють хімічну енергію, досить великий, починаючи від простої реорганізації одинична молекула або проста комбінація двох молекул, до складних взаємодій з безліччю сполук різного рН рівень. Швидкість хімічної реакції, як правило, залежить від концентрації речовин-реагентів, площі поверхні, що знаходиться між цими реагентами, температури та тиску в системі. Дана реакція матиме регулярну швидкість з урахуванням цих змінних і може контролюватися інженерами, що маніпулюють цими факторами.

У деяких випадках для початку реакції або для створення значної швидкості реакції необхідна наявність каталізатора. Оскільки каталізатор сам не змінюється в реакції, його можна використовувати знову і знову. Поширеним прикладом є каталітичний нейтралізатор в автомобільній вихлопній системі. Наявність металів платинової групи та інших каталізаторів зводить шкідливі речовини до більш доброякісних. Типовими реакціями в каталітичному нейтралізаторі є відновлення оксидів азоту до азоту та кисню, окислення окису вуглецю до діоксиду вуглецю та окислення незгорілих вуглеводнів до діоксиду вуглецю та води.