Hvordan virker kemisk energi?

Kemisk energi stammer fra vekselvirkning mellem atomer og molekyler. Generelt er der en omlejring af elektroner og protoner, der kaldes en kemisk reaktion, der producerer elektriske ladninger. Energibesparelsesloven bestemmer, at energi kan omdannes eller omdannes, men aldrig ødelægges. Derfor vil en kemisk reaktion, som reducerer energien i et system, bidrage til den energi, der er tabt i miljøet, normalt som varme eller lys. Alternativt kan en kemisk reaktion, der øger energien i et system, have taget denne ekstra energi fra miljøet.

Organiske reaktioner

Biologisk liv afhænger af kemisk energi. De to mest almindelige kilder til biologisk kemisk energi er fotosyntese i planter og respiration hos dyr. Ved fotosyntese anvender planter et særligt pigment kaldet chlorophyll til at skille vand i hydrogen og ilt. Brintet kombineres derefter med kulstof fra miljøet for at producere kulhydratmolekyler, som planten kan bruge som energi. Cellular respiration er den omvendte proces ved hjælp af oxygen for at oxidere eller forbrænde et carbohydratmolekyle som glukose i et energibærende molekyle kaldet ATP, som kan anvendes af individuelle celler.

Uorganiske reaktioner

Selvom det måske ikke synes at være indlysende i starten, er forbrænding som forekommer i gasdrevne motorer en biologisk kemisk reaktion, der bruger ilt i luften for at forbrænde brændstof og drive et krumtapaksel. Benzin er et fossilt brændstof stammer fra organiske forbindelser. Men ikke alle kemiske energier er naturligvis biologiske. Enhver ændring i kemiske bindinger i et molekyle involverer overførsel af kemisk energi. Forbrændingen af ​​fosfor i slutningen af ​​et matchstick er en kemisk reaktion, der producerer kemisk energi i form af lys og varme ved hjælp af varme fra slående for at igangsætte processen og ilt fra luften for at fortsætte brændingen. Den kemiske energi produceret af en aktiveret glødelampe er for det meste let med meget lidt varme.

Reaktionshastighed

Uorganiske kemiske reaktioner bruges også ofte til at syntetisere ønskede produkter eller reducere uønskede. Forskellige kemiske reaktioner, der producerer kemisk energi, er ret store, lige fra simpel omorganisering af et enkelt molekyle eller en simpel kombination af to molekyler til komplekse interaktioner med flere forbindelser med forskellige pH-niveauer. Frekvensen af ​​en kemisk reaktion afhænger generelt af koncentrationen af ​​reaktantmaterialerne, overfladearealet, der er tilgængeligt mellem disse reaktanter, temperaturen og trykket i systemet. En given reaktion vil have en regelmæssig hastighed givet disse variabler og kan styres af ingeniører der manipulerer disse faktorer.

Katalysatorer

I nogle tilfælde er tilstedeværelsen af ​​en katalysator nødvendig for at starte en reaktion eller at skabe en betydelig reaktionshastighed. Fordi katalysatoren ikke selv ændres i reaktionen, kan den bruges igen og igen. Et almindeligt eksempel er katalysatoren i et biludstødningssystem. Tilstedeværelsen af ​​platinagruppemetaller og andre katalysatorer reducerer skadelige stoffer til mere velegnede. Typiske reaktioner i en katalysator er reduktion af nitrogenoxider til nitrogen og oxygen, oxidation af carbonmonoxid til carbondioxid og oxidation af uforbrændte carbonhydrider til kuldioxid og vand.