Comment fonctionne l’énergie chimique ?

L’énergie chimique provient de l’interaction des atomes et des molécules. Généralement, il y a un réarrangement des électrons et des protons, appelé réaction chimique, qui produisent des charges électriques. La loi sur la conservation de l’énergie stipule que l’énergie peut être transformée ou convertie mais jamais détruite. Par conséquent, une réaction chimique qui diminue l’énergie dans un système contribuera à la perte d’énergie dans l’environnement, habituellement sous forme de chaleur ou de lumière. Alternativement, une réaction chimique qui augmente l’énergie dans un système aura pris cette énergie supplémentaire de l’environnement.

Réactions organiques

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

Réactions inorganiques

Bien que cela ne semble pas évident au premier abord, la combustion telle qu’elle se produit dans les moteurs à gaz est une réaction chimique biologique qui utilise l’oxygène de l’air pour brûler du carburant et alimenter un vilebrequin. L’essence est un combustible fossile dérivé de composés organiques. Mais toute l’énergie chimique n’est pas biologique, bien sûr. Tout changement dans les liaisons chimiques d’une molécule implique le transfert d’énergie chimique. La combustion du phosphore à l’extrémité d’une allumette est une réaction chimique qui produit de l’énergie chimique sous forme de lumière et de chaleur en utilisant la chaleur de la frappe pour initier le processus et l’oxygène de l’air pour continuer à brûler. L’énergie chimique produite par un bâton lumineux activé est généralement légère avec très peu de chaleur.

Taux de réaction

Les réactions chimiques inorganiques sont aussi fréquemment utilisées pour synthétiser les produits désirés ou réduire les produits indésirables. La gamme des réactions chimiques qui produisent de l’énergie chimique est assez vaste, allant de la simple réorganisation d’une seule molécule ou d’une 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 matériaux réactifs, de la surface disponible entre ces réactifs, de la température et de la pression du système. Une réaction donnée aura un taux régulier compte tenu de ces variables et peut être contrôlée par des ingénieurs qui manipulent ces facteurs.

Catalyseurs

Dans certains cas, la présence d’un catalyseur est nécessaire pour déclencher une réaction ou pour créer une vitesse de réaction significative. Comme le catalyseur n’est pas lui-même modifié dans la réaction, il peut être utilisé à plusieurs reprises. Un exemple courant est le convertisseur catalytique d’un système d’échappement d’automobile. La présence de métaux du groupe du platine et d’autres catalyseurs réduit les substances nocives en substances plus bénignes. Les réactions typiques d’un convertisseur catalytique sont la réduction 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 en eau.