Las reacciones químicas ocurren cuando dos sustancias interactúan para formar nuevos compuestos o moléculas. Estos procesos son de naturaleza ubicua y esenciales para la vida; La definición de trabajo de la NASA de la vida, por ejemplo, la describe como un "sistema químico autosuficiente capaz de evolución darwiniana ". Varios factores determinan cuándo y si una reacción química ocurrir.
Colisiones
Cuando dos moléculas chocan con la orientación correcta y la fuerza suficiente, puede producirse una reacción química. Sin embargo, no todas las colisiones provocan reacciones; los átomos o moléculas deben poder recombinarse para formar nuevos compuestos. Los átomos de helio, por ejemplo, son inertes; no reaccionarán con otros gases porque su capa de electrones más externa ya está llena.
Romper enlaces entre átomos consume energía, mientras que la formación de nuevos enlaces libera energía. Si una combinación de dos átomos tiene menor energía que los átomos individuales, el compuesto que forman estos átomos es estable. Podemos usar la termodinámica para predecir si ocurrirá tal reacción.
Entropía
La entropía es una medida de desorden. La Segunda Ley de la Termodinámica sostiene que la entropía de un sistema cerrado nunca puede disminuir. Si una reacción aumenta la entropía total del sistema y sus alrededores, la reacción será espontánea. Las reacciones que no son espontáneas solo ocurren cuando se combinan con una reacción espontánea o como resultado de trabajar en un sistema (es decir, al gastar energía, lo que provoca un aumento en la entropía neta). En consecuencia, la entropía total del universo siempre aumenta.
Por ejemplo, su cuerpo potencia las reacciones que no son espontáneas (por ejemplo, síntesis de proteínas) utilizando reacciones que liberan energía y causan un gran aumento en la entropía total (por ejemplo, el metabolismo de la glucosa).
La entropía total es difícil de medir, por lo que los químicos predicen si las reacciones serán espontáneas calculando la Energía libre de Gibbs, que definen como el calor absorbido por una reacción a presión constante, menos la temperatura, multiplica el cambio de entropía del sistema. Una energía libre de Gibbs negativa indica una reacción espontánea.
Equilibrio
El hecho de que una reacción sea espontánea no siempre significa que suceda rápidamente. Las reacciones entre los átomos de carbono en el diamante son espontáneas, pero estas reacciones son tan lentas que los diamantes duran mucho tiempo.
Las reacciones también pueden alcanzar un estado de equilibrio; cuando dos reacciones opuestas ocurren a la misma velocidad, no hay un aumento neto en la cantidad de producto o reactivos. Todos estos factores: el cambio en la entropía causado por una reacción, la cinética de la reacción y la punto de equilibrio de la reacción: son importantes para determinar si se producirá una reacción y qué ocurrirá parece.