Les énergies dégagées dans les réactions chimiques s'expliquent par des variations d'énergies que les physiciens appellent internes. Un exemple est donné par la combustion du carbone :

C + O2 -> CO2

Les calories dégagées par les bûches qui brûlent dans une cheminée proviennent d'une diminution des énergies internes entre l'état initial de carbone et oxygène et l'état final composé de gaz carbonique. Quelle est l'origine de cette « énergie interne » ?

L'énergie interne est l'énergie E qui intervient dans la formule d'Einstein :

E = mc2

Cette énergie (parfois appelée aussi énergie de masse) est égale à la masse m multipliée par le carré de la vitesse de la lumière dans le vide, c. La vitesse de la lumière, qui vaut 300 millions de mètres par seconde, est l'une des grandeurs les plus impressionnantes de la nature. Le facteur multiplicatif qui fait passer de la masse à l'énergie est donc énorme : Il suffit de minimes variations de masses pour générer les « modestes » chaleurs dégagées dans nos cheminées, nos moteurs de voitures ou même nos usines.

Dans l'exemple précédent, si l'on pesait le carbone et l'oxygène avant la combustion et le CO2 produit, on s'apercevrait que le carbone et l'oxygène pèsent à peine plus lourd que le gaz carbonique. La différence de masse est si petite qu'elle est imperceptible pour les plus précises de nos balances. Mais, multipliée par le carré de la vitesse de la lumière, elle produit cette chaleur bienfaisante qui nous réchauffe.

Dans les désintégrations radioactives et les phénomènes nucléaires, les énergies libérées sont des centaines de milliers ou des millions de fois plus importantes que dans les réactions chimiques. En effet, les variations de masses deviennent perceptibles. Par exemple, la différence de masse entre une particule alpha et les protons et neutrons qui la constituent est proche de 1 %. Un noyau d'uranium-235 qui subit une fission perd environ un millième de sa masse.

Ces différences de masse libèrent des énergies importantes.

Sujets voisins : [L'atome, Niveaux d'énergie atomiques, Photons, Ordres de grandeur, Nombre d'Avogadro, E=mc2]