Kemisk energi lagras och frigörs genom att bindningar mellan atomer skapas och bryts. Det frigörs vanligtvis när bindningar bildas, och det krävs för att bryta dem. Ibland kan dock föreningar bildas som lagrar energi och frigör den senare genom att genomgå kemiska reaktioner, eller omarrangera sig till molekyler som tillsammans har mindre energi. Dessa föreningar kan skapas genom naturliga processer och av människan. Det är också möjligt att producera el kemiskt. Det finns många exempel på kemisk energi i verkan, både naturlig och konstgjord, inklusive fotosyntes, andning, förbränning, sprängämnen och batterier.
Kemiska reaktioner
En kemisk reaktion kommer att äga rum när de inblandade atomerna kan nå ett lägre energitillstånd genom att ordna om sig själva på ett annat sätt. Till exempel kan två vätemolekyler kombineras med en av syre för att producera två vattenmolekyler. En del energi – som en öppen låga eller gnista – krävs för att bryta bindningarna i de befintliga molekylerna, men mycket mer frigörs genom bildandet av de nya bindningarna. Väte- och syremolekylerna kan ses som lagrar energi som kan frigöras under rätt omständigheter. Den motsatta reaktionen, att dela vatten i väte och syre, tar mycket energi, varför vattnet är mycket stabilt.
Fotosyntes
Under rätt omständigheter är det möjligt att skapa molekyler som kan lagra mycket energi, men denna måste först tillföras någonstans ifrån. Ett av de bästa exemplen på kemisk energilagring är fotosyntes av gröna växter. I det här fallet ger solljus kraften att kombinera koldioxid från atmosfären med vatten för att producera sockermolekyler, som växten använder som föda. Eftersom socker har mer energi än koldioxid och vatten kan de inte kombineras direkt. Fotosyntes är dock en komplex process som skapar sockret indirekt i en serie steg, med hjälp av solens kraft.
Andning
Cellandning kan ses som motsatsen till fotosyntes. När en människa eller annat djur äter växtmaterial bryts sockermolekylerna ner och producerar koldioxid och vatten. Eftersom dessa tillsammans har mindre energi än sockret frigörs en del. Detta lagras i en molekyl som kallas adenosintrifosfat (ATP) genom att lägga till en fosfatgrupp till en annan molekyl som kallas adenosindifosfat (ADP). Det kan frigöras igen, när så krävs, genom avlägsnande av denna fosfatgrupp; även om det krävs en del energi för att göra detta, frigörs mycket mer av de nya bindningarna som den obundna fosfatgruppen bildar.
Förbränning och bränslen
Ett av de mest kända exemplen på kemisk energi är förbränning. Detta är vanligtvis en reaktion där kol och väte i organiska ämnen, som trä eller olja, kombineras med syre i luften för att producera koldioxid, vatten, ljus och värme. Det kan dock också involvera andra element. Förbränning driver motorbilen, driver de flesta elproduktionsstationer och tillhandahåller värme- och matlagningsmöjligheter för många hem.
De bränslen som används för förbränningsprocesser kan betraktas som kemiska energidepåer, varav mycket i slutändan kommer från solen. Kol, olja och naturgas kommer från resterna av forntida växter och djur som fick sin energi från fotosyntes eller genom att äta växter som gjorde det. Dessa organiska material begravdes i lera och silt och bildade så småningom de fyndigheter som utnyttjas idag.
Sprängämnen
Dessa ämnen är också energidepåer. Deras molekyler består av atomer som kan ordna om sig själva till andra molekyler som har mycket mindre energi, och när detta händer frigörs skillnaden som ljus och värme. Moderna sprängämnen är typiskt nitrerade organiska föreningar, vilket betyder att de är kol-väteföreningar som har fått kväve-syre-grupper tillsatta. Detta är vanligtvis en relativt instabil formation: med ganska liten stimulans kommer de befintliga bindningarna att bryta, och atomerna kommer att omgrupperas till molekyler med mycket lägre energi, såsom koldioxid, vatten och kväve. Ljuset och värmen som frigörs, i kombination med den extremt snabba omvandlingen av en fast eller vätska till gaser, producerar en våldsam explosion.
Batterier: El från kemikalier
Kemiska reaktioner kan också användas för att producera el. Atomer av vissa grundämnen kan lätt ge ut elektroner, medan andra gillar att få elektroner. Batterier utnyttjar detta faktum genom att arrangera två olika grundämnen eller föreningar på ett sådant sätt att elektroner kan flöda från den ena till den andra när de är anslutna i en krets och bildar en elektrisk ström. En stor mängd olika ämnen kan användas för att omvandla kemisk energi till elektricitet på detta sätt, och så finns det många olika typer av batterier som bland annat kan användas för att driva telefoner, små datorer och elektriska kretsar i bilar.