Energia chimică este stocată și eliberată prin realizarea și ruperea legăturilor dintre atomi. Este de obicei eliberat atunci când se formează legături și este necesar să le rupă. Uneori, totuși, se pot forma compuși care stochează energie și o eliberează mai târziu, trecând prin reacții chimice sau rearanjandu-se în molecule care, împreună, au mai puțină energie. Acești compuși pot fi creați prin procese naturale și de către om. De asemenea, este posibil să se producă electricitate chimic. Există multe exemple de energie chimică în acțiune, atât naturală, cât și creată de om, inclusiv fotosinteza, respirația, arderea, explozivii și bateriile.
Reacții chimice
O reacție chimică va avea loc atunci când atomii implicați pot ajunge la o stare de energie mai scăzută rearanjandu-se într-un mod diferit. De exemplu, două molecule de hidrogen se pot combina cu una de oxigen pentru a produce două molecule de apă. O anumită energie – cum ar fi o flacără deschisă sau o scânteie – este necesară pentru a rupe legăturile din moleculele existente, dar mult mai mult este eliberat prin formarea noilor legături. Moleculele de hidrogen și oxigen pot fi considerate ca stocând energie care poate fi eliberată în circumstanțe potrivite. Reacția opusă, împărțirea apei în hidrogen și oxigen, necesită o cantitate mare de energie, motiv pentru care apa este foarte stabilă.
Fotosinteză
În circumstanțe potrivite, este posibil să se creeze molecule care pot stoca multă energie, dar aceasta trebuie mai întâi furnizată de undeva. Unul dintre cele mai bune exemple de stocare a energiei chimice este fotosinteza de către plantele verzi. În acest caz, lumina soarelui oferă puterea de a combina dioxidul de carbon din atmosferă cu apa pentru a produce molecule de zahăr, pe care planta le folosește ca hrană. Deoarece zahărul are mai multă energie decât dioxidul de carbon și apa, ele nu se pot combina direct. Fotosinteza, însă, este un proces complex care creează zahărul indirect într-o serie de etape, folosind puterea Soarelui.
Respiraţie
Respirația celulară poate fi privită ca opusul fotosintezei. Când o persoană sau un alt animal mănâncă material vegetal, moleculele de zahăr sunt descompuse, producând dioxid de carbon și apă. Deoarece acestea, împreună, au mai puțină energie decât zahărul, o parte este eliberată. Acesta este stocat într-o moleculă numită adenozin trifosfat (ATP) prin adăugarea unei grupe fosfat la o altă moleculă numită adenozin difosfat (ADP). Poate fi eliberat din nou, atunci când este necesar, prin îndepărtarea acestei grupări fosfat; deși este necesară o oarecare energie pentru a face acest lucru, mult mai mult este eliberat de noile legături pe care le formează grupul fosfat neatașat.
Combustie și combustibili
Unul dintre cele mai cunoscute exemple de energie chimică este arderea. Aceasta este de obicei o reacție în care carbonul și hidrogenul din substanțele organice, cum ar fi lemnul sau uleiul, se combină cu oxigenul din aer pentru a produce dioxid de carbon, apă, lumină și căldură. Totuși, poate implica și alte elemente. Arderea conduce mașina, alimentează majoritatea stațiilor de generare a energiei electrice și oferă încălzire și facilități de gătit pentru multe case.
Combustibilii utilizați pentru procesele de ardere pot fi considerați ca depozite chimice de energie, dintre care o mare parte a provenit în cele din urmă de la Soare. Cărbunele, petrolul și gazele naturale provin din rămășițele unor plante și animale antice care și-au obținut energia din fotosinteză sau mâncând plante care au făcut acest lucru. Aceste materiale organice au fost îngropate în noroi și nămol, formând în cele din urmă zăcămintele care sunt exploatate astăzi.
Explozivi
Aceste substanțe sunt și depozite de energie. Moleculele lor constau din atomi care se pot rearanja în alte molecule care au mult mai puțină energie, iar atunci când se întâmplă acest lucru, diferența este eliberată sub formă de lumină și căldură. Explozivii moderni sunt de obicei compuși organici nitrați, ceea ce înseamnă că sunt compuși carbon-hidrogen cărora li s-au adăugat grupări azot-oxigen. Aceasta este de obicei o formațiune relativ instabilă: cu un stimul destul de mic, legăturile existente se vor rupe, iar atomii se vor regrupa în molecule cu energie mult mai mică, cum ar fi dioxidul de carbon, apa și azotul. Lumina si caldura degajate, combinate cu transformarea extrem de rapida a unui solid sau lichid in gaze, produce o explozie violenta.
Baterii: Electricitate din produse chimice
Reacțiile chimice pot fi folosite și pentru a produce energie electrică. Atomii unor elemente pot elibera cu ușurință electroni, în timp ce altora le place să câștige electroni. Bateriile exploatează acest fapt prin aranjarea a două elemente sau compuși diferiți în așa fel încât electronii să poată circula de la unul la altul atunci când sunt conectați într-un circuit, formând un curent electric. O mare varietate de substanțe diferite pot fi utilizate pentru a converti energia chimică în electricitate în acest fel și, prin urmare, există multe tipuri diferite de baterii care pot fi folosite pentru a alimenta telefoane, computere mici și circuite electrice din mașini, printre altele.