Οι χημικές αντιδράσεις συμβαίνουν όταν δύο ουσίες αλληλεπιδρούν για να σχηματίσουν νέες ενώσεις ή μόρια. Αυτές οι διαδικασίες είναι πανταχού παρούσες στη φύση και είναι απαραίτητες για τη ζωή. Ο λειτουργικός ορισμός της ζωής της NASA, για παράδειγμα, τον περιγράφει ως «αυτοσυντηρούμενο χημικό σύστημα ικανός για την εξέλιξη του Δαρβίνου. "Αρκετοί παράγοντες καθορίζουν πότε και αν μια χημική αντίδραση θα γίνει συμβούν.
Συγκρούσεις
Όταν δύο μόρια συγκρούονται με τον σωστό προσανατολισμό και επαρκή δύναμη, μπορεί να προκύψει χημική αντίδραση. Ωστόσο, δεν προκαλούν αντιδράσεις όλες οι συγκρούσεις. τα άτομα ή τα μόρια πρέπει να είναι σε θέση να ανασυνδυαστούν για να σχηματίσουν νέες ενώσεις. Τα άτομα ηλίου, για παράδειγμα, είναι αδρανή. δεν θα αντιδράσουν με άλλα αέρια επειδή το εξωτερικό τους περίβλημα ηλεκτρονίων είναι ήδη γεμάτο.
Η διάσπαση των δεσμών μεταξύ ατόμων καταλαμβάνει ενέργεια, ενώ ο σχηματισμός νέων δεσμών απελευθερώνει ενέργεια. Εάν ένας συνδυασμός δύο ατόμων έχει χαμηλότερη ενέργεια από τα μεμονωμένα άτομα, η ένωση που σχηματίζουν αυτά τα άτομα είναι σταθερή. Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τη θερμοδυναμική για να προβλέψουμε εάν μια τέτοια αντίδραση θα συμβεί.
Εντροπία
Η εντροπία είναι ένα μέτρο διαταραχής. Ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής υποστηρίζει ότι η εντροπία ενός κλειστού συστήματος δεν μπορεί ποτέ να μειωθεί. Εάν μια αντίδραση αυξάνει τη συνολική εντροπία του συστήματος και των περιβαλλόντων του, η αντίδραση θα είναι αυθόρμητη. Οι αντιδράσεις που δεν είναι αυθόρμητες εμφανίζονται μόνο όταν συνδυάζονται με μια αυθόρμητη αντίδραση, ή ως αποτέλεσμα της εργασίας σε ένα σύστημα (δηλ. Με την εξάπλωση ενέργειας, η οποία προκαλεί αύξηση της καθαρής εντροπίας). Κατά συνέπεια, η συνολική εντροπία του σύμπαντος αυξάνεται πάντα.
Για παράδειγμα, το σώμα σας ενεργοποιεί αντιδράσεις που δεν είναι αυθόρμητες (π.χ. σύνθεση πρωτεϊνών) χρησιμοποιώντας αντιδράσεις που απελευθερώνουν ενέργεια και προκαλούν μεγάλη αύξηση στην ολική εντροπία (π.χ., μεταβολισμός γλυκόζης).
Η ολική εντροπία είναι δύσκολο να μετρηθεί, έτσι οι χημικοί προβλέπουν εάν οι αντιδράσεις θα είναι αυθόρμητες με τον υπολογισμό του Χωρίς ενέργεια Gibbs, την οποία ορίζουν ως τη θερμότητα που απορροφάται από μια αντίδραση σε σταθερή πίεση, μείον τη θερμοκρασία, πολλαπλασιάζει την αλλαγή στην εντροπία του συστήματος. Μια αρνητική ενέργεια χωρίς Gibbs υποδηλώνει μια αυθόρμητη αντίδραση.
Ισορροπία
Το γεγονός ότι μια αντίδραση είναι αυθόρμητη δεν σημαίνει πάντα ότι συμβαίνει γρήγορα. Οι αντιδράσεις μεταξύ των ατόμων άνθρακα στο διαμάντι είναι αυθόρμητες, αλλά αυτές οι αντιδράσεις είναι τόσο αργές που τα διαμάντια διαρκούν πολύ καιρό.
Οι αντιδράσεις μπορούν επίσης να φτάσουν σε κατάσταση ισορροπίας. όταν συμβαίνουν δύο αντίθετες αντιδράσεις με ίσο ρυθμό, δεν υπάρχει καθαρή αύξηση στην ποσότητα του προϊόντος ή των αντιδρώντων. Όλοι αυτοί οι παράγοντες - η αλλαγή στην εντροπία που προκαλείται από μια αντίδραση, η κινητική της αντίδρασης και η σημείο ισορροπίας της αντίδρασης - είναι σημαντικά για τον προσδιορισμό του κατά πόσον μια αντίδραση θα συμβεί και τι θα μοιάζει.
