Hóa học
Các nguyên lý nền tảng của hóa học hiện đại > Năng lượng

Bài chi tiết: Năng lượng
Trong bối cảnh hóa học, năng lượng là một thuộc tính của một chất do kết quả của cấu trúc nguyên tử, phân tử hoặc cấu trúc tổng hợp của nó. Vì một sự biến đổi hóa học đi cùng với sự thay đổi một hoặc nhiều cấu trúc này, nó luôn đi kèm với việc tăng hoặc giảm năng lượng của các chất liên quan. Một số năng lượng được chuyển giao giữa môi trường xung quanh và các chất phản ứng dưới dạng nhiệt hoặc ánh sáng; do đó các sản phẩm của một phản ứng có thể  nhiều hoặc ít năng lượng hơn các chất phản ứng.
Một phản ứng được cho là giải phóng năng lượng nếu trạng thái cuối cùng thấp hơn về quy mô năng lượng so với trạng thái ban đầu; trong trường hợp phản ứng thu năng lượng thì ngược lại. Một phản ứng được gọi là tỏa nhiệt nếu phản ứng thải nhiệt ra môi trường xung quanh; trong trường hợp phản ứng thu nhiệt, phản ứng hấp thụ nhiệt từ môi trường xung quanh.
Các phản ứng hóa học thường không thể xảy ra trừ khi các chất phản ứng vượt qua hàng rào năng lượng gọi là năng lượng hoạt hóa. Tốc độ phản ứng hóa học (ở nhiệt độ nhất định T) liên quan đến năng lượng hoạt hóa E, bởi yếu tố phân bố của Boltzmann - đó là xác suất của một phân tử có năng lượng lớn hơn hoặc bằng với E ở nhiệt độ nhất định T. Sự phụ thuộc có tính lũy thừa của tần suất phản ứng lên nhiệt độ được gọi là phương trình Arrhenius. Năng lượng kích hoạt cần thiết cho một phản ứng hóa học có thể dưới dạng nhiệt, ánh sáng, điện hoặc lực lượng cơ học dưới dạng siêu âm.
Một khái niệm liên quan là năng lượng tự do, cũng cân nhắc cả khái niệm entropy, là một phương tiện rất hữu ích để dự đoán tính khả thi của phản ứng và xác định trạng thái cân bằng của một phản ứng hóa học, trong nhiệt động học hóa học. Một phản ứng chỉ khả thi nếu tổng lượng thay đổi trong năng lượng tự do Gibbs là âm,  {\Delta G\ <0\,}, nếu nó bằng không, phản ứng hóa học được cho là ở trạng thái cân bằng.
Có tồn tại các trạng thái năng lượng hạn chế đối với điện tử, nguyên tử và phân tử. Điều này được xác định bởi các quy tắc của cơ học lượng tử, đòi hỏi phải lượng tử hóa năng lượng của một hệ thống bị ràng buộc. Các nguyên tử / phân tử ở trạng thái năng lượng cao hơn được cho là kích thích. Các phân tử / nguyên tử của chất trong trạng thái năng lượng kích thích thường phản ứng nhiều hơn; có nghĩa là, phù hợp cho phản ứng hóa học.
Trạng thái hay thể của một chất được xác định một cách bất biến bởi năng lượng và năng lượng ở môi trường xung quanh nó. Khi lực giữa các phân tử của một chất lớn hơn năng lượng của môi trường xung quanh, thì đó thường là thể lỏng hoặc rắn như với trường hợp với nước (H2O); một chất lỏng ở nhiệt độ phòng bởi vì các phân tử của nó được bởi liên kết hydro. Trong khi hydrogen sulfide (H2S) là một khí ở nhiệt độ phòng và áp suất tiêu chuẩn, vì các phân tử của nó liên kết yếu hơn bởi tương tác lưỡng cực-lưỡng cực.
Việc chuyển năng lượng từ một chất hóa học này sang một chất khác phụ thuộc vào lượng năng lượng được phát ra từ một chất. Tuy nhiên, năng lượng nhiệt thường được chuyển dễ dàng từ hầu hết chất này sang chất khác bởi vì các phonon, chịu trách nhiệm cho các mức năng lượng dao động và luân chuyển mức năng lượng trong một chất, có ít năng lượng hơn các photon được viện dẫn để chuyển năng lượng điện tử. Do đó, các mức năng lượng dao động và luân chuyển nằm gần nhau hơn mức năng lượng điện tử, nhiệt dễ dàng được chuyển giữa các chất, so với các dạng khác như: ánh sáng hoặc các dạng năng lượng điện tử khác. Ví dụ, bức xạ điện từ tia cực tím không được chuyển giao hiệu quả từ chất này sang chất khác như là năng lượng nhiệt hoặc điện.
Sự tồn tại của các mức năng lượng đặc trưng cho các chất hoá học khác nhau rất hữu ích cho việc xác định chúng bằng cách phân tích các đường quang phổ. Các loại phổ khác nhau thường được sử dụng trong quang phổ hóa học, ví dụ: NIRS, vi sóng, NMR, EPR (cộng hưởng thuận từ electron)... Quang phổ cũng được sử dụng để xác định thành phần của những ngôi sao ở xa và các thiên hà xa xôi bằng cách phân tích phổ xạ của chúng.
Thuật ngữ năng lượng hóa học thường được sử dụng để chỉ ra tiềm năng của một chất hóa học để trải qua một quá trình chuyển đổi thông qua một phản ứng hóa học hoặc để biến đổi các chất hóa học khác.