La energía química se almacena y se libera mediante la formación y ruptura de enlaces entre átomos. Por lo general, se libera cuando se forman enlaces y es necesario romperlos. A veces, sin embargo, se pueden formar compuestos que almacenan energía y la liberan más tarde mediante reacciones químicas o reorganizándose en moléculas que, juntas, tienen menos energía. Estos compuestos pueden ser creados por procesos naturales y por el hombre. También es posible producir electricidad químicamente. Hay muchos ejemplos de energía química en acción, tanto natural como artificial, incluida la fotosíntesis, la respiración, la combustión, los explosivos y las baterías.
Reacciones químicas
Se producirá una reacción química cuando los átomos involucrados puedan alcanzar un estado de menor energía reorganizándose de una manera diferente. Por ejemplo, dos moléculas de hidrógeno se pueden combinar con una de oxígeno para producir dos moléculas de agua. Se requiere algo de energía, como una llama o una chispa, para romper los enlaces dentro de las moléculas existentes, pero la formación de los nuevos enlaces libera mucha más. Se puede considerar que las moléculas de hidrógeno y oxígeno almacenan energía que puede liberarse en las circunstancias adecuadas. La reacción opuesta, dividir el agua en hidrógeno y oxígeno, requiere una gran cantidad de energía, por lo que el agua es muy estable.
Fotosíntesis
En las circunstancias adecuadas, es posible crear moléculas que puedan almacenar mucha energía, pero esta debe ser suministrada primero desde algún lugar. Uno de los mejores ejemplos de almacenamiento de energía química es la fotosíntesis de las plantas verdes. En este caso, la luz solar proporciona el poder de combinar el dióxido de carbono de la atmósfera con el agua para producir moléculas de azúcar, que la planta utiliza como alimento. Dado que el azúcar tiene más energía que el dióxido de carbono y el agua, no pueden combinarse directamente. La fotosíntesis, sin embargo, es un proceso complejo que crea el azúcar indirectamente en una serie de pasos, utilizando el poder del sol.
Respiración
La respiración celular puede verse como lo opuesto a la fotosíntesis. Cuando una persona u otro animal come material vegetal, las moléculas de azúcar se descomponen y producen dióxido de carbono y agua. Dado que estos, juntos, tienen menos energía que el azúcar, se libera algo. Este se almacena en una molécula llamada trifosfato de adenosina (ATP) al agregar un grupo fosfato a otra molécula llamada difosfato de adenosina (ADP). Puede liberarse de nuevo, cuando sea necesario, mediante la eliminación de este grupo fosfato; aunque se requiere algo de energía para hacer esto, se libera mucha más por los nuevos enlaces que forma el grupo fosfato no unido.
Combustión y combustibles
Uno de los ejemplos más familiares de energía química es la combustión. Suele ser una reacción en la que el carbono y el hidrógeno de sustancias orgánicas, como la madera o el aceite, se combinan con el oxígeno del aire para producir dióxido de carbono, agua, luz y calor. Sin embargo, también puede involucrar otros elementos. La combustión impulsa el automóvil, alimenta la mayoría de las estaciones generadoras de electricidad y proporciona instalaciones de calefacción y cocina para muchos hogares.
Los combustibles utilizados para los procesos de combustión pueden considerarse reservas químicas de energía, gran parte de la cual, en última instancia, proviene del sol. El carbón, el petróleo y el gas natural provienen de los restos de plantas y animales antiguos que obtuvieron su energía de la fotosíntesis o al comer plantas que lo hicieron. Estos materiales orgánicos quedaron enterrados en lodo y limo, formando eventualmente los depósitos que se explotan hoy.
explosivos
Estas sustancias también son depósitos de energía. Sus moléculas están formadas por átomos que pueden reorganizarse en otras moléculas que tienen mucha menos energía, y cuando esto sucede, la diferencia se libera en forma de luz y calor. Los explosivos modernos son típicamente compuestos orgánicos nitrados, lo que significa que son compuestos de carbono-hidrógeno a los que se les han agregado grupos nitrógeno-oxígeno. Esta suele ser una formación relativamente inestable: con un estímulo bastante pequeño, los enlaces existentes se romperán y los átomos se reagruparán en moléculas con mucha menor energía, como dióxido de carbono, agua y nitrógeno. La luz y el calor liberados, combinados con la transformación extremadamente rápida de un sólido o líquido en gases, producen una violenta explosión.
Baterías: electricidad de productos químicos
Las reacciones químicas también se pueden utilizar para producir electricidad. Los átomos de algunos elementos pueden emitir electrones fácilmente, mientras que a otros les gusta ganar electrones. Las baterías aprovechan este hecho al disponer dos elementos o compuestos diferentes de tal manera que los electrones pueden fluir de uno a otro cuando están conectados en un circuito, formando una corriente eléctrica. Se puede usar una amplia variedad de sustancias diferentes para convertir energía química en electricidad de esta manera, por lo que hay muchos tipos diferentes de baterías que se pueden usar para alimentar teléfonos, computadoras pequeñas y circuitos eléctricos en automóviles, entre otras cosas.