La energía química se origina en las interacciones de átomos y moléculas. Generalmente, hay una reorganización de electrones y protones, llamada reacción química, que produce cargas eléctricas. La ley de Conservación de Energía estipula que la energía puede transformarse o convertirse, pero nunca destruirse. Por lo tanto, una reacción química que disminuye la energía en un sistema contribuirá a la pérdida de energía en el medio ambiente, generalmente como calor o luz. Alternativamente, una reacción química que aumenta la energía en un sistema habrá tomado esta energía adicional del medio ambiente.

Reacciones orgánicas

La vida biológica depende de la energía química. Las dos fuentes más comunes de energía química biológica son la fotosíntesis en plantas y la respiración en animales. En la fotosíntesis, las plantas usan un pigmento especial llamado clorofila para separar el agua en hidrógeno y oxígeno. El hidrógeno se combina con el carbono del entorno para producir moléculas de carbohidratos que la planta puede utilizar como energía. La respiración celular es el proceso inverso, que utiliza oxígeno para oxidar o quemar una molécula de carbohidrato, como la glucosa, en una molécula transportadora de energía llamada ATP, que puede ser utilizada por células individuales.

Reacciones inorgánicas

Aunque al principio no parezca obvio, la combustión como la que ocurre en los motores a gas es una reacción química biológica que usa oxígeno en el aire para quemar combustible y alimentar un cigüeñal. La gasolina es un combustible fósil derivado de compuestos orgánicos. Pero, no toda la energía química es biológica, por supuesto. Cualquier cambio en los enlaces químicos de una molécula implica la transferencia de energía química. La quema de fósforo en el extremo de un fósforo es una reacción química que produce energía química en forma de luz y calor utilizando calor del golpe para iniciar el proceso y el oxígeno del aire para continuar quemando. La energía química producida por una varilla luminosa activada es principalmente ligera con muy poco calor.

Tasa de reacción

Las reacciones químicas inorgánicas también se utilizan con frecuencia para sintetizar productos deseados o reducir los indeseables. El rango de reacciones químicas que producen energía química es bastante amplio, desde una simple reorganización de una sola molécula o una simple combinación de dos moléculas hasta complejas interacciones con múltiples compuestos de diversos niveles de pH. La velocidad de una reacción química generalmente depende de la concentración de los materiales reactivos, el área superficial disponible entre esos reactivos, la temperatura y la presión del sistema. Una reacción dada tendrá una frecuencia regular dadas estas variables, y puede ser controlada por ingenieros que manipulen estos factores.

Catalizadores

En algunos casos, se requiere la presencia de un catalizador para iniciar una reacción o para crear una tasa de reacción significativa. Debido a que el catalizador no se cambia en la reacción, puede usarse una y otra vez. Un ejemplo común es el convertidor catalítico en un sistema de escape de automóvil. La presencia de metales del grupo del platino y otros catalizadores reduce las sustancias nocivas a otras más benignas. Las reacciones típicas en un convertidor catalítico son la reducción de óxidos de nitrógeno a nitrógeno y oxígeno, la oxidación de monóxido de carbono a dióxido de carbono y la oxidación de hidrocarburos no quemados a dióxido de carbono y agua.