Химичните реакции възникват, когато две вещества взаимодействат, образувайки нови съединения или молекули. Тези процеси са повсеместни по природа и от съществено значение за живота; Работната дефиниция на живота на НАСА например го описва като „самоподдържаща се химическа система способни за еволюция на Дарвин. "Няколко фактора определят кога и дали дадена химическа реакция ще бъде възникне.
Сблъсъци
Когато две молекули се сблъскат с правилната ориентация и достатъчна сила, може да се получи химическа реакция. Не всички сблъсъци обаче предизвикват реакции; атомите или молекулите трябва да могат да се рекомбинират, за да образуват нови съединения. Например атомите на хелий са инертни; те няма да реагират с други газове, защото най-външната им електронна обвивка вече е пълна.
Разкъсването на връзките между атомите отнема енергия, докато образуването на нови връзки освобождава енергия. Ако комбинация от два атома има по-ниска енергия от отделните атоми, съединението, което тези атоми образуват, е стабилно. Можем да използваме термодинамиката, за да предскажем дали ще възникне такава реакция.
Ентропия
Ентропията е мярка за разстройство. Вторият закон на термодинамиката твърди, че ентропията на затворена система никога не може да намалее. Ако реакцията увеличи общата ентропия на системата и нейното обкръжение, реакцията ще бъде спонтанна. Реакциите, които не са спонтанни, се появяват само когато са съчетани със спонтанна реакция или в резултат на извършване на работа по система (т.е. чрез изразходване на енергия, което причинява увеличаване на нетната ентропия). Следователно общата ентропия на Вселената винаги се увеличава.
Като пример, тялото ви захранва реакции, които не са спонтанни (напр. Синтез на протеини), използвайки реакции, които освобождават енергия и причиняват голямо увеличение на общата ентропия (например метаболизъм на глюкозата).
Общата ентропия е трудна за измерване, така че химиците прогнозират дали реакциите ще бъдат спонтанни чрез изчисляване на Безплатна енергия на Гибс, които те определят като топлината, погълната от реакция при постоянно налягане, минус температурата, умножена промяната в ентропията на системата. Отрицателната свободна енергия на Гибс показва спонтанна реакция.
Равновесие
Фактът, че реакцията е спонтанна, не винаги означава, че се случва бързо. Реакциите между въглеродните атоми в диаманта са спонтанни, но тези реакции са толкова бавни, че диамантите продължават много дълго.
Реакциите също могат да достигнат състояние на равновесие; когато две противоположни реакции протичат с еднаква скорост, няма нетно увеличение на количеството на продукта или реагентите. Всички тези фактори - промяната в ентропията, причинена от реакция, кинетиката на реакцията и точката на равновесие на реакцията - са важни при определянето дали реакцията ще настъпи и какво ще се случи изглежда като.
