Chemické reakce nastávají, když dvě látky interagují za vzniku nových sloučenin nebo molekul. Tyto procesy jsou v přírodě všudypřítomné a zásadní pro život; Například pracovní definice života NASA to popisuje jako „soběstačný chemický systém schopný darwinovské evoluce. “O tom, kdy a zda bude chemická reakce rozhodovat, rozhoduje několik faktorů nastat.
Srážky
Když se dvě molekuly srazí se správnou orientací a dostatečnou silou, může dojít k chemické reakci. Ne všechny srážky však způsobují reakce; atomy nebo molekuly musí být schopné rekombinace za vzniku nových sloučenin. Atomy helia jsou například inertní; nebudou reagovat s jinými plyny, protože jejich vnější elektronový obal je již plný.
Přerušení vazeb mezi atomy spotřebovává energii, zatímco vytváření nových vazeb uvolňuje energii. Pokud má kombinace dvou atomů nižší energii než jednotlivé atomy, je sloučenina, kterou tyto atomy tvoří, stabilní. Můžeme použít termodynamiku k předpovědi, zda k takové reakci dojde.
Entropie
Entropie je mírou nepořádku. Druhý zákon termodynamiky tvrdí, že entropie uzavřeného systému se nikdy nemůže snížit. Pokud reakce zvýší celkovou entropii systému a jeho okolí, bude reakce spontánní. K reakcím, které nejsou spontánní, dochází pouze ve spojení se spontánní reakcí nebo v důsledku práce na systému (tj. Vynakládáním energie, což způsobuje zvýšení čisté entropie). V důsledku toho se celková entropie vesmíru vždy zvyšuje.
Například vaše tělo podporuje reakce, které nejsou spontánní (např. Syntéza bílkovin), pomocí reakcí, které uvolňují energii a způsobují velké zvýšení celkové entropie (např. Metabolismus glukózy).
Celková entropie je obtížně měřitelná, takže chemici předpovídají, zda reakce budou spontánní, výpočtem Gibbsova volná energie, kterou definují jako teplo absorbované reakcí při konstantním tlaku, minus teplota, znásobily změnu entropie systému. Negativní Gibbsova volná energie naznačuje spontánní reakci.
Rovnováha
Skutečnost, že reakce je spontánní, nemusí vždy znamenat, že k ní dojde rychle. Reakce mezi atomy uhlíku v diamantu jsou spontánní, ale tyto reakce jsou tak pomalé, že diamanty vydrží velmi dlouho.
Reakce mohou také dosáhnout stavu rovnováhy; když nastanou dvě opačné reakce stejnou rychlostí, nedojde k čistému zvýšení množství produktu nebo reaktantů. Všechny tyto faktory - změna entropie způsobená reakcí, kinetika reakce a... rovnovážný bod reakce - jsou důležité při určování, zda k reakci dojde a co bude vypadat jako.