Kemiallinen energia varastoituu ja vapautuu muodostamalla ja katkaisemalla sidoksia atomien välillä. Se yleensä vapautuu, kun sidoksia muodostuu, ja niiden on katkaistava. Joskus voi kuitenkin muodostua yhdisteitä, jotka varastoivat energiaa ja vapauttavat sen myöhemmin käymällä kemiallisia reaktioita tai järjestäytymällä uudelleen molekyyleiksi, joilla yhdessä on vähemmän energiaa. Nämä yhdisteet voidaan luoda luonnollisilla prosesseilla ja ihmisen. On myös mahdollista tuottaa sähköä kemiallisesti. On monia esimerkkejä kemiallisesta energiasta toiminnassa, sekä luonnollisessa että ihmisen tekemässä, mukaan lukien fotosynteesi, hengitys, palaminen, räjähteet ja akut.
Kemialliset reaktiot
Kemiallinen reaktio tapahtuu, kun mukana olevat atomit voivat saavuttaa alemman energian tilan järjestäytymällä eri tavalla. Esimerkiksi kaksi vetymolekyyliä voi yhdistää toisen hapen kanssa tuottaakseen kaksi vesimolekyyliä. Jonkin verran energiaa – kuten avotuli tai kipinä – tarvitaan katkaisemaan sidokset olemassa olevissa molekyyleissä, mutta paljon enemmän vapautuu uusien sidosten muodostumisesta. Vety- ja happimolekyylien voidaan katsoa varastoivan energiaa, joka voidaan vapauttaa oikeissa olosuhteissa. Päinvastainen reaktio, veden jakaminen vetyksi ja hapeksi, vie paljon energiaa, minkä vuoksi vesi on erittäin vakaa.
Fotosynteesi
Oikeissa olosuhteissa on mahdollista luoda molekyylejä, jotka voivat varastoida paljon energiaa, mutta se on ensin toimitettava jostakin. Yksi parhaista esimerkeistä kemiallisesta energian varastoinnista on vihreiden kasvien fotosynteesi. Tässä tapauksessa auringonvalo antaa voiman yhdistää ilmakehän hiilidioksidi veteen sokerimolekyylien tuottamiseksi, joita kasvi käyttää ruoana. Koska sokerilla on enemmän energiaa kuin hiilidioksidilla ja vedellä, sitä ei voida yhdistää suoraan. Fotosynteesi on kuitenkin monimutkainen prosessi, joka tuottaa sokerin epäsuorasti useissa vaiheissa käyttämällä auringon voimaa.
hengitys
Solujen hengitystä voidaan pitää fotosynteesin vastakohtana. Kun ihminen tai muu eläin syö kasvimateriaalia, sokerimolekyylit hajoavat muodostaen hiilidioksidia ja vettä. Koska näillä yhdessä on vähemmän energiaa kuin sokerilla, osa niistä vapautuu. Tämä tallennetaan molekyyliin nimeltä adenosiinitrifosfaatti (ATP) lisäämällä fosfaattiryhmä toiseen molekyyliin nimeltä adenosiinidifosfaatti (ADP). Se voidaan vapauttaa tarvittaessa uudelleen poistamalla tämä fosfaattiryhmä; vaikka tähän tarvitaan jonkin verran energiaa, sitoutumattomien fosfaattiryhmien muodostamat uudet sidokset vapauttavat paljon enemmän.
Poltto ja polttoaineet
Yksi tunnetuimmista kemiallisen energian esimerkeistä on palaminen. Tämä on yleensä reaktio, jossa hiili ja vety orgaanisissa aineissa, kuten puussa tai öljyssä, yhdistyvät ilman hapen kanssa hiilidioksidin, veden, valon ja lämmön tuottamiseksi. Se voi kuitenkin sisältää myös muita elementtejä. Palaminen ajaa moottoriajoneuvoa, käyttää suurinta osaa sähköntuotantoasemista ja tarjoaa lämpöä ja ruoanlaittovälineitä monille kodeille.
Palamisprosesseissa käytettäviä polttoaineita voidaan pitää kemiallisina energiavarastoina, joista suuri osa on lopulta peräisin auringosta. Hiili, öljy ja maakaasu tulevat muinaisten kasvien ja eläinten jäännöksistä, jotka ovat saaneet energiansa fotosynteesistä tai syömällä kasveja, jotka ovat tehneet niin. Nämä orgaaniset materiaalit haudattiin mutaan ja lietteeseen, muodostaen lopulta nykyään hyödynnettävät talletukset.
Räjähteet
Nämä aineet ovat myös energiavarastoja. Niiden molekyylit koostuvat atomeista, jotka voivat järjestyä uudelleen muihin molekyyleihin, joilla on paljon vähemmän energiaa, ja kun tämä tapahtuu, ero vapautuu valona ja lämmönä. Nykyaikaiset räjähteet ovat tyypillisesti nitrattuja orgaanisia yhdisteitä, mikä tarkoittaa, että ne ovat hiili-vety-yhdisteitä, joihin on lisätty typpi-happiryhmiä. Tämä on yleensä suhteellisen epävakaa muodostuma: melko pienellä ärsykkeellä olemassa olevat sidokset katkeavat ja atomit ryhmitellään uudelleen molekyyleiksi, joilla on paljon pienempi energia, kuten hiilidioksidi, vesi ja typpi. Vapautunut valo ja lämpö yhdessä kiinteän aineen tai nesteen erittäin nopean muuttumisen kaasuiksi aiheuttavat voimakkaan räjähdyksen.
Akut: Sähkö kemikaaleista
Kemiallisia reaktioita voidaan käyttää myös sähkön tuottamiseen. Joidenkin alkuaineiden atomit voivat helposti luovuttaa elektroneja, kun taas toiset haluavat saada elektroneja. Akut hyödyntävät tätä tosiasiaa järjestämällä kaksi erilaista elementtiä tai yhdistettä siten, että elektronit voivat virrata yhdestä toiseen, kun ne on kytketty piiriin muodostaen sähkövirran. Laaja valikoima erilaisia aineita voidaan käyttää kemiallisen energian muuntamiseen sähköksi tällä tavalla, ja siksi on olemassa monia erilaisia akkuja, joita voidaan käyttää muun muassa puhelimien, pientietokoneiden ja autojen sähkövirtapiirin virransyöttöön.