Thông thường, phản ứng hóa học gồm hai bước: 1) liên kết hóa học ban đầu giữa các nguyên tử bị phá vỡ, 2) liên kết mới được hình thành. Hai bước này đôi khi được gộp thành một để đơn giản, nhưng thực ra chúng là hai bước riêng biệt. Ví dụ, khi bạn đốt khí methane trong bếp, khí methane phản ứng với oxy, tạo thành carbon dioxide và nước. Công thức như sau:
CH4 + 2O2 --> CO2 + 2H2O + năng lượng
Phương trình cân bằng này tóm tắt phản ứng hóa học liên quan đến quá trình đốt cháy methane. Ở bên trái là các chất phản ứng, ở bên phải là các sản phẩm, ở giữa là mũi tên biểu thị thời điểm phản ứng xảy ra. Nhưng có những thú vị ẩn sau mũi tên đó. Một phương trình chi tiết hơn sẽ trông như thế này:
CH4 + 2O2 + ít năng lượng -->
C + 4H + 4O -->
CO2 + 2H2O + nhiều năng lượng
Dòng đầu tiên của phương trình chứa các chất phản ứng ban đầu: phân tử methane và phân tử oxy. Mũi tên đầu tiên biểu thị sự phá vỡ các liên kết, đòi hỏi năng lượng. Dòng giữa là các nguyên tử, lúc này đã tách ra khỏi phân tử và tự do phản ứng. Mũi tên thứ hai biểu thị sự hình thành liên kết mới. Dòng cuối cùng là các sản phẩm hình thành.
Để phản ứng bắt đầu, cần một chút năng lượng, chẳng hạn như tia lửa từ bộ đánh lửa trong bếp. Đó là vì các liên kết phải bị phá vỡ trước khi các nguyên tử có thể hình thành các liên kết mới, nên luôn cần năng lượng để phá vỡ các liên kết. Khi phản ứng bắt đầu, năng lượng đầu ra từ một phân tử methane bị đốt cháy, trở thành năng lượng đầu vào cho phân tử tiếp theo.
Một phần năng lượng giải phóng từ mỗi liên kết hình thành trong quá trình tạo ra carbon dioxide và nước, được sử dụng để phá vỡ nhiều liên kết hơn trong phân tử methane và oxy. Theo cách này, phản ứng sẽ tự duy trì (miễn là methane và oxy tiếp tục được cung cấp). Bộ đánh lửa có thể được tắt.
Nếu việc phá vỡ các liên kết không đòi hỏi năng lượng thì nhiên liệu sẽ không cần thiết đánh lửa để bắt đầu cháy. Chúng sẽ tự bắt đầu cháy. Sự hiện diện của bugi trong xe của bạn chứng minh rằng việc phá vỡ các liên kết hóa học đòi hỏi năng lượng.
Nếu cần nhiều năng lượng hơn để phá vỡ liên kết ban đầu so với năng lượng giải phóng khi hình thành liên kết mới thì năng lượng ròng của phản ứng là âm. Điều này có nghĩa, năng lượng phải được đưa vào hệ thống để duy trì phản ứng. Những phản ứng như vậy được gọi là phản ứng thu nhiệt.
Nếu cần ít năng lượng hơn để phá vỡ liên kết ban đầu so với năng lượng giải phóng khi hình thành liên kết mới thì năng lượng ròng của phản ứng là dương. Điều này có nghĩa, năng lượng sẽ thoát ra khỏi hệ thống khi phản ứng diễn ra. Thực tế này cũng có nghĩa, phản ứng có thể tự diễn ra mà không cần bất kỳ năng lượng bên ngoài nào sau khi bắt đầu. Những phản ứng như vậy được gọi là phản ứng tỏa nhiệt.
Phản ứng tỏa nhiệt có xu hướng làm nóng môi trường xung quanh, trong khi phản ứng thu nhiệt có xu hướng làm mát môi trường. Việc đốt cháy nhiên liệu là sự tỏa nhiệt vì có sự giải phóng năng lượng ròng. Luộc trứng là sự thu nhiệt vì cần tiêu tốn một lượng năng lượng ròng để làm chín trứng. Điểm mấu chốt là cả phản ứng thu nhiệt và tỏa nhiệt đều liên quan đến việc phá vỡ các liên kết, do đó cả hai đều cần năng lượng để bắt đầu.
Có cơ sở nói rằng, việc phá vỡ các liên kết hóa học không chỉ giải phóng năng lượng mà còn cần năng lượng để phá vỡ liên kết đó. Một liên kết hóa học giữ hai nguyên tử lại với nhau. Để phá vỡ liên kết, bạn phải tác động lên liên kết, giống như kéo căng một sợi dây cao su cho đến khi nó đứt. Làm như vậy cần năng lượng.
