Comment fonctionne l'énergie chimique?

Quelle est l'énergie chimique?

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L'énergie chimique origine dans les interactions des atomes et des molécules. En général, il existe un réarrangement des électrons et des protons, appelée réaction chimique, qui produisent des charges électriques. La loi de conservation de l'énergie prévoit que l'énergie peut être transformé ou converti, mais jamais détruit. Par conséquent, une réaction chimique qui diminue l'énergie dans un système contribuera l'énergie perdue dans l'environnement, habituellement sous forme de chaleur ou de la lumière. En variante, une réaction chimique qui augmente l'énergie dans un système aura pris cette énergie supplémentaire à partir de l'environnement.

Vie biologique dépend de l'énergie chimique. Les deux sources les plus courantes de l'énergie chimique biologique sont la photosynthèse des plantes et la respiration chez les animaux. Dans la photosynthèse, les plantes utilisent un pigment spécial appelé la chlorophylle pour séparer l'eau en hydrogène et oxygène. L'hydrogène est ensuite combiné avec le carbone de l'environnement pour produire des molécules de glucides, la plante peut ensuite utiliser comme énergie. La respiration cellulaire est le processus inverse, en utilisant de l'oxygène pour oxyder ou brûler une molécule d'hydrate de carbone tel que le glucose dans une molécule de transport d'énergie appelée ATP, qui peut être utilisé par des cellules individuelles.

Bien que cela ne semble pas évident au premier abord, la combustion comme cela se produit dans les moteurs à gaz est une réaction chimique biologique qui utilise de l'oxygène dans l'air pour brûler le combustible et la puissance d'un vilebrequin. L'essence est un combustible fossile dérivé de composés organiques. Mais, pas toute l'énergie chimique est biologique, bien sûr. Tout changement dans les liaisons chimiques d'une molécule implique le transfert d'énergie chimique. La combustion du phosphore sur la fin d'une allumette est une réaction chimique qui produit de l'énergie chimique sous forme de lumière et de chaleur utilisant la chaleur de la frappe pour lancer le processus et l'oxygène de l'air pour continuer à brûler. L'énergie chimique produite par un bâton lumineux activé est surtout clair avec très peu de chaleur.

Réactions chimiques inorganiques sont également fréquemment utilisés pour synthétiser des produits souhaités ou de réduire les indésirables. La gamme de réactions chimiques qui produisent de l'énergie chimique sont assez vaste, allant de la simple réorganisation d'une seule molécule ou simple combinaison de deux molécules, à des interactions complexes avec de multiples composés de différents niveaux de pH. La vitesse d'une réaction chimique dépend généralement de la concentration des substances réactives, la surface disponible entre les réactifs, la température et la pression du système. Une réaction donnée aura un taux normal étant donné ces variables, et peut être contrôlée par les ingénieurs de la manipulation de ces facteurs.

Dans certains cas, la présence d'un catalyseur est nécessaire pour démarrer une réaction ou pour créer un taux significatif de réaction. Étant donné que le catalyseur ne soit pas lui-même modifié dans la réaction, il peut être utilisé à maintes reprises. Un exemple courant est le convertisseur catalytique dans un système d'échappement d'automobile. La présence de métaux du groupe du platine et d'autres catalyseurs de réduire des substances nocives dans les plus bénignes. Les réactions typiques dans un convertisseur catalytique de réduction sont des oxydes d'azote en azote et en oxygène, l'oxydation du monoxyde de carbone en dioxyde de carbone et l'oxydation des hydrocarbures imbrûlés en dioxyde de carbone et l'eau.