| พลังงาน ที่เซลล์นำมาใช้ในกิจกรรมต่างๆ ได้มาจากพลังงานเคมี ต่อไปนี้ก็จะได้ทราบกันว่าพลังงานเคมีคืออะไร เซลล์นำเอาพลังงานเคมีออกมาใช้ได้อย่างไร
น้องๆ คงจะเคยแยกน้ำโดยใช้พลังงานไฟฟ้า โมเลกุลของน้ำที่ถูกแยกจะได้โมเลกุลของก๊าซไฮโดรเจนและก๊าซออกซิเจน ดังสมการต่อไปนี้
E1 หมายถึง พลังงานไฟฟ้าที่เข้าร่วมในปฏิกิริยาเคมี ซึ่งจะทำให้พันธะระหว่างอะตอมของ ไฮโดรเจนกับอะตอมของออกซิเจนสลายไป ทำให้โมเลกุลของน้ำแปรสภาพเป็นโมเลกุลของไฮโดรเจนและออกซิเจน นักเคมีเรียกพลังงานในการสลายพันธะเคมีว่า พลังงานพันธะ(bond energy)
จากที่ทราบมาแล้วว่า พลังงานไม่หายไปไหน แต่สามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานรูปอื่นได้ ทำให้น่าสงสัยว่า ถ้าเช่นนั้นพลังงานไฟฟ้าที่แยกโมเลกุลของน้ำไปไหน หรือเปลี่ยนเป็นพลังงานชนิดใด
จากการทำปฏิบัติการจุดไฮโดรเจนในบรรยากาศที่มีออกซิเจนน้องๆ จะถูกเตือนให้ระมัดระวังเรื่องการระเบิดอย่างรุนแรง เนื่องจากออกซิเจนที่อยู่ในบรรยากาศจะรวมตัวทางเคมีกับไฮโดรเจนอย่างรวดเร็ว และคายพลังงานออกมา สมการเคมีของการรวมกันระหว่างก๊าซออกซิเจนและก๊าซไฮโดรเจนเขียนได้ดังนี้
 |
ในการรวมตัวกันระหว่างโมเลกุลของก๊าซไฮโดรเจนและก๊าซออกซิเจน (สมการเคมีที่ 2) จะต้องมีการนำพลังงานหรือดดูเอาพลังงานเข้าไปสลายในพันธะระหว่างอะตอมของ ไฮโดรเจนกับอะตอมของไอโดรเจน (H - H) และระหว่างอะตอมของออกซิเจนกับอะตอมของออกซิเจน (O = O) แล้วจึงมีการสร้างพันธะใหม่ระหว่างอะตอมของไฮโดรเจนกับอะตอมของออกซิเจนเป็นโมเลกุลของน้ำ (H - O - H)ในการสร้างพันธะใหม่ระหว่างอะตอมของไฮโดรเจนกับอะตอมของออกซิเจนจะมีพลังงาน จำนวนหนึ่งปล่อยออกมา ซึ่งจะทำให้โมเลกุลของน้ำมีพลังงานลดลง และโมเลกุลของน้ำมีเสถียรภาพสูงกว่าอะตอมของไฮโดรเจนและออกซิเจน
จะเห็นได้ว่า ในขณะที่เกิดปฏิกิริยาเคมี ย่อมต้องมีการดูดพลังงาน เพื่อสลายพันธะในโมเลกุล และเมื่อมีการสร้างพันธะเกิดขึ้นในโมเลกุลใหม่ก็จะปล่อยหรือคายพลังงานออกมา ปฏิกิริยาเคมีที่มีการนำเอาพลังงานเข้าไปใช้ในการสลายพันธะมากกว่าพลังงาน ที่คายออกมาจากการสร้างพันธะใหม่ เรียกว่า ปฏิกิริยาดูดพลังงาน (endergonic reaction) เช่น การแยกน้ำด้วยไฟฟ้า แต่ละปฏิกิริยานั้นดูดพลังงานเพื่อสลายพันธะน้อยกว่าพลังงานที่คายออกมาเรียกว่า ปฏิกิริยาคายพลังงาน (exergonic reaction) เช่น การรวมกันของก๊าซไฮโดรเจนกับก๊าซออกซิเจน เป็นต้น
ตราบใดที่ปฏิกิริยาระหว่างก๊าซไฮโดรเจนและก๊าซออกซิเจนยังไม่เกิดขึ้น พลังงาน E2 ไม่ได้หายไปไหน แต่ถูกเก็บไว้ในโมเลกุลของก๊าซไฮโดรเจนและก๊าซออกซิเจนนั่นเอง ต่อเมื่อมีการรวมกันทางเคมีกลายเป็นโมเลกุลของน้ำ พลังงานที่เหลือจึงถูกปล่อยออกมา
ปัญหาต่อไปก็คือ โมเลกุลของไฮโดรเจนหรือออกซิเจนเก็บพลังงานไว้ที่ใด หรือโดยวิธีใด ปกติธาตุไฮโดรเจนและออกซิเจนจะไม่อยู่เป็นอะตอมเดียว แต่อะตอมของธาตุไฮโดรเจนจะรวมกันเองเป็นโมเลกุลของก๊าซไฮโดรเจน และอะตอมของธาตุออกซิเจนจะรวมกันเองเป็นโมเลกุลของก๊าซออกซิเจนโดยอาศัย พันธะเคมี ดังนั้นพันธะเคมีจึงเป็นแหล่งที่เก็บพลังงานเคมี
จากปฏิกิริยาการแยกโมเลกุลของน้ำ (สมการเคมีที่ 1) และปฏิกิริยาการรวมกันของก๊าซออกซิเจนและก๊าซไฮโดรเจน (สมการเคมีที่ 2) ถ้าพลังงานไม่สูญเสียไป E1 จะเท่ากับ E2 แต่ตามปกติซึ่งเป็นปฏิกิริยาในระบบเปิด พลังงานที่ถูกปล่อยออกมาจะถูกเปลี่ยนไปในรูปที่ไม่สามารถนำมาใช้ได้ เช่น เปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อนที่ถ่ายเทให้กับสิ่งแวดล้อม แม้การสลายโมเลกุลของสารเชื้อเพลิงภายในเซลล์ก็ยังมีพลังงานบางส่วนต้องสูญ เสียในรูปที่นำมาใช้ไม่ได้ การสูญเสียพลังงานจึงเป็นปัญหาประการหนึ่งของเซลล์
ในเซลล์ที่มีสีเขียวของพืช สามารถสังเคราะห์โมเลกุลของสารบางชนิดที่มีการนำหรือดูดพลังงานเข้าไปเก็บ ไว้ในพันธะเคมี เช่น โมเลกุลของสารอาหาร และเมื่อพันธะเคมีของโมเลกุลของสารอาหารสลายตัวจะปล่อยพลังงานออกมา ซึ่งเซลล์สามารถนำไปใช้ในกิจกรรมต่างๆ พลังงานที่เกิดจากการสลายพันธะเป็นพลังงานเคมี และเป็นพลังงานรูปเดียวที่นำมาใช้ในกิจกรรมของเซลล์ได้ดังที่กล่าวในข้างต้น | 