Химические процессы, протекающие в живых организмах, сопровождаются в большинстве случаев поглощением или выделением энергии.
Явления жизни в значительной степени представляют цепь химических явлений, цепь превращений веществ. Это происходит путем взаимодействия между частицами вещества — атомами и молекулами.
Горит, например, сера — образуется остро пахнущий сернистый газ. Им пользуются для окуривания плодов и овощей; после такой обработки они хорошо сохраняются в течение зимы. Сернистым газом убивают паразитов и насекомых в жилых помещениях и на складах. Во время горения серы одна частица ее соединяется с двумя частицами кислорода. Этот химический процесс сопровождается выделением тепла, то есть выделением энергии.
Листья растений получают воду и углекислый газ. Из воды и углекислого газа образуется сахар, крахмал и много других чрезвычайно сложных веществ. Это пример такого химического явления, при котором из простых веществ образуются более сложные вещества.
Если взять кусочек хлеба в рот и очень долго держать его там, то во рту появится слегка сладковатый вкус. Объясняется это тем, что сложно устроенные частицы (молекулы) крахмала, содержащиеся в хлебе, распадаются на более простые молекулы. Эти молекулы представляют собою частицы сахаров, из которых состоит крахмал. Под влиянием особых веществ, содержащихся в слюне, крахмал распадается, и этот распад является примером химического процесса, при котором из сложных веществ образуются более простые.
Дыхание — одно из основных проявлений жизнедеятельности организмов. Оно похоже на горение.
Во время горения вещества быстро соединяются с кислородом воздуха, выделяя тепло и свет. Когда сгорает кусок дерева, тс углерод и водород, содержащиеся в тканях дерева, соединяются с кислородом воздуха. От соединения углерода с кислородом получается углекислый газ, а водород, соединяясь с кислородом, дает воду (в виде пара). При этом выделяется много тепла, которое можно использовать для нагревания воздуха в комнате или воды в котле. Рано или поздно это тепло уйдет в виде лучистой энергии обратно в мировое пространство.
В живом организме постоянно протекают подобные горению процессы «окисления» разных «питательных веществ». Но процесс окисления в живой клетке существенно отличается от горения на воздухе: он протекает значительно медленнее, и температура никогда не подымается так высоко, как при горении на воздухе. Когда на воздухе сгорает бумага или дерево, горение быстро доходит до конца. Горение, или окисление, в организме происходит значительно медленнее, и, кроме того, организм сжигает столько вещества, сколько организму необходимо.
Конечные результаты обоих процессов, то есть окисление в организме или горение на воздухе, большей частью одинаковы: так, при окислении сахара в организме происходит превращение всего водорода в воду, а углерода — в углекислый газ. Если сжечь в печи кусок сахара, получаются те же вещества.
Но существуют и такие химические процессы, при которых теплота не выделяется, а поглощается. Эти процессы могут происходить только в том случае, если смеси веществ сообщается энергия извне.
Так, например, можно разложить воду, пропуская водяные пары через раскаленные угли. При этом пасть тепла углей исчезнет, они остынут. Куда же скрылось тепло, бывшее в углях? Очевидно, оно пошло на разложение воды, то есть на отделение в ней частиц кислорода от водорода. Но эта энергия может быть получена обратно, если кислород заставить снова соединиться с водородом, например, пропуская через смесь этих газов электрическую искру. При этом образуется вода и выделится такое же количество тепла, какое было затрачено на разложение воды.