L’énergie chimique est stockée et libérée par la création et la rupture de liaisons entre les atomes. Il est généralement libéré lorsque des liaisons se forment et il est nécessaire de les rompre. Parfois, cependant, des composés peuvent se former qui stockent de l’énergie et la libèrent plus tard en subissant des réactions chimiques ou en se réorganisant en molécules qui, ensemble, ont moins d’énergie. Ces composés peuvent être créés par des processus naturels et par l’homme. Il est également possible de produire de l’électricité par voie chimique. Il existe de nombreux exemples d’énergie chimique en action, à la fois naturelle et artificielle, notamment la photosynthèse, la respiration, la combustion, les explosifs et les batteries.
Réactions chimiques
Une réaction chimique aura lieu lorsque les atomes impliqués pourront atteindre un état d’énergie inférieur en se réarrangeant d’une manière différente. Par exemple, deux molécules d’hydrogène peuvent se combiner avec une molécule d’oxygène pour produire deux molécules d’eau. Une certaine énergie – telle qu’une flamme nue ou une étincelle – est nécessaire pour rompre les liaisons au sein des molécules existantes, mais beaucoup plus est libérée par la formation de nouvelles liaisons. Les molécules d’hydrogène et d’oxygène peuvent être considérées comme stockant de l’énergie qui peut être libérée dans les bonnes circonstances. La réaction opposée, qui sépare l’eau en hydrogène et oxygène, demande beaucoup d’énergie, c’est pourquoi l’eau est très stable.
Photosynthèse
Dans les bonnes circonstances, il est possible de créer des molécules qui peuvent stocker beaucoup d’énergie, mais celle-ci doit d’abord être fournie de quelque part. L’un des meilleurs exemples de stockage d’énergie chimique est la photosynthèse des plantes vertes. Dans ce cas, la lumière du soleil fournit le pouvoir de combiner le dioxyde de carbone de l’atmosphère avec de l’eau pour produire des molécules de sucre, que la plante utilise comme nourriture. Comme le sucre a plus d’énergie que le dioxyde de carbone et l’eau, ils ne peuvent pas se combiner directement. La photosynthèse, cependant, est un processus complexe qui crée le sucre indirectement en une série d’étapes, en utilisant la puissance du soleil.
Respiration
La respiration cellulaire peut être considérée comme le contraire de la photosynthèse. Lorsqu’une personne ou un autre animal mange de la matière végétale, les molécules de sucre se décomposent, produisant du dioxyde de carbone et de l’eau. Étant donné que ceux-ci, ensemble, ont moins d’énergie que le sucre, une partie est libérée. Celui-ci est stocké dans une molécule appelée adénosine triphosphate (ATP) en ajoutant un groupe phosphate à une autre molécule appelée adénosine diphosphate (ADP). Il peut être à nouveau libéré, si nécessaire, par élimination de ce groupement phosphate ; bien qu’une certaine énergie soit nécessaire pour ce faire, beaucoup plus est libérée par les nouvelles liaisons formées par le groupe phosphate non attaché.
Combustion et Combustibles
L’un des exemples les plus connus d’énergie chimique est la combustion. Il s’agit généralement d’une réaction dans laquelle le carbone et l’hydrogène contenus dans des substances organiques, telles que le bois ou l’huile, se combinent avec l’oxygène de l’air pour produire du dioxyde de carbone, de l’eau, de la lumière et de la chaleur. Mais il peut aussi impliquer d’autres éléments. La combustion entraîne l’automobile, alimente la majorité des centrales électriques et fournit de la chaleur et des équipements de cuisson à de nombreuses maisons.
Les combustibles utilisés pour les processus de combustion peuvent être considérés comme des réserves chimiques d’énergie, dont une grande partie provient en fin de compte du Soleil. Le charbon, le pétrole et le gaz naturel proviennent des restes de plantes et d’animaux anciens qui tiraient leur énergie de la photosynthèse ou en mangeant des plantes qui l’ont fait. Ces matières organiques se sont enfouies dans la boue et le limon, formant finalement les gisements qui sont exploités aujourd’hui.
explosifs
Ces substances sont également des réserves d’énergie. Leurs molécules sont constituées d’atomes qui peuvent se réorganiser en d’autres molécules qui ont beaucoup moins d’énergie, et lorsque cela se produit, la différence est libérée sous forme de lumière et de chaleur. Les explosifs modernes sont généralement des composés organiques nitrés, ce qui signifie qu’il s’agit de composés carbone-hydrogène auxquels ont été ajoutés des groupes azote-oxygène. Il s’agit généralement d’une formation relativement instable : avec un tout petit stimulus, les liaisons existantes se briseront et les atomes se regrouperont en molécules avec une énergie beaucoup plus faible, comme le dioxyde de carbone, l’eau et l’azote. La lumière et la chaleur dégagées, combinées à la transformation extrêmement rapide d’un solide ou d’un liquide en gaz, produisent une violente explosion.
Batteries : Électricité à partir de produits chimiques
Les réactions chimiques peuvent également être utilisées pour produire de l’électricité. Les atomes de certains éléments peuvent facilement émettre des électrons, tandis que d’autres aiment en gagner. Les batteries exploitent ce fait en organisant deux éléments ou composés différents de manière à ce que les électrons puissent passer de l’un à l’autre lorsqu’ils sont connectés dans un circuit, formant un courant électrique. Une grande variété de substances différentes peut être utilisée pour convertir l’énergie chimique en électricité de cette manière, et il existe donc de nombreux types de batteries différents qui peuvent être utilisés pour alimenter les téléphones, les petits ordinateurs et les circuits électriques dans les voitures, entre autres.