De bindingen die moleculen bij elkaar houden, bevatten de chemische energie die in een stof beschikbaar is. Een chemische reactie is echter een complexe "dans" van atomen en moleculen. Verschillende reacties met dezelfde stof kunnen verschillende hoeveelheden energie produceren, en sommige reacties verbruiken zelfs energie.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
De bindingen die moleculen bij elkaar houden, bevatten de chemische energie die in een stof beschikbaar is.
Soorten chemische bindingen
Alle moleculen zijn opgebouwd uit atomen die met kleine bundeltjes energie aan elkaar zijn gebonden. In de scheikunde bestudeer je veel soorten bindingen, waarvan sommige sterk zijn en andere zwak. De sterkste bindingen bevatten de meeste energie; de zwaksten hebben de minste. Er ontstaan bijvoorbeeld sterke covalente bindingen wanneer atomen elektronen delen, zoals wanneer waterstof en zuurstof samen water vormen. De ionische bindingen tussen natrium en chloor in keukenzout zijn zwakker dan covalente bindingen. Waterstofbindingen houden aangrenzende watermoleculen bij elkaar om sneeuwvlokken te vormen; deze banden behoren tot de zwakste.
Energie verantwoorden
Niet alle energie in elke binding in een molecuul wordt verbruikt in een typische reactie. Wanneer een chemicus de energie meet die vrijkomt bij een chemische reactie, meet ze zorgvuldig hoeveel van elke reactant die ze heeft en registreert de omgevingstemperatuur en -druk voor en na de reactie. Terwijl de reactie plaatsvindt, worden sommige chemische bindingen verbroken, sommige worden niet beïnvloed en andere worden gevormd. Waar het om gaat is de netto energieverandering die je krijgt als de reactie klaar is. Als de energie in de moleculaire bindingen uiteindelijk een kleiner getal wordt, komt er meestal warmte vrij in de omgeving. Als het omgekeerde waar is, heeft de reactie warmte uit de omgeving verbruikt.
Exotherm vs. Endotherme reacties
Sommige chemische reacties geven warmte-energie af, maar andere nemen warmte uit de omgeving. Reacties die warmte produceren zijn exotherm; degenen die warmte verbruiken zijn endotherm. Wanneer u bijvoorbeeld houtblokken in een open haard verbrandt, worden de koolstof en waterstof in het hout gecombineerd met zuurstof in de lucht om warmte, koolstofdioxide en waterdamp te produceren. Dat is verbranding, een exotherme reactie. Wanneer je keukenzout in water oplost, is de eindtemperatuur van de oplossing iets lager dan in het begin; dit is een endotherme reactie.
Spontaan vs. Niet-spontane reacties
Afhankelijk van de chemische energie die aanwezig is in de omgeving en de stoffen zelf, kan een reactie vanzelf beginnen, of er kan extra energie nodig zijn om het proces op gang te brengen. Benzine is bijvoorbeeld een mengsel van moleculen die veel energie bevatten maar niet vanzelf ontbranden. Onder normale omstandigheden hebben ze een vonk nodig. Chemici noemen reacties die extra energie nodig hebben niet-spontaan. Andere reacties, zoals de explosie die je krijgt als je natriummetaal in water laat vallen, gebeuren vanzelf. Chemici noemen dat soort reacties spontaan.