Keemilised reaktsioonid purustavad olemasolevad molekulaarsed keemilised sidemed ja selle tulemusena tekivad uued sidemed. Tüüpiliste keemiliste reaktsioonide hulka kuuluvad põlemine, redutseerimine ja sadestamine. Nende keemiliste reaktsioonide käigus lagunevad algsed molekulid ja moodustavad uusi sidemeid, et toota erinevaid materjale. Mõnikord piisab keemilise reaktsiooni alguseks kahe aine ühendamisest, kuid sageli on vaja välist stiimulit, näiteks ainete kuumutamist. Iga keemiline reaktsioon on molekulaarse külgetõmbe, energiataseme ja välismõjude keeruline koosmõju.
TL; DR (liiga pikk; Ei lugenud)
Keemilised reaktsioonid loovad ja purustavad keemilised sidemed molekulide vahel, mille tulemuseks on uued materjalid kui keemilise reaktsiooni saadused. Keemilised reaktsioonid võivad toimuda spontaanselt või vajada välist päästikut, näiteks energia sisestamist. Keemiliste sidemete purustamine neelab energiat, uute sidemete loomine aga energiat, kusjuures üldine keemiline reaktsioon on endotermiline või eksotermiline.
Keemilised sidemed ja energiatase
Kõigi keemiliste reaktsioonide aluseks on sidemete purunemine ehk lagunemine ja sidemete tekitamine ehk süntees. Lagunemiseks on vaja energiat, kuna keemilised sidemed on esialgu stabiilsed ja nende lõhkumiseks on vaja energiat. Sidemes olevate molekulide energiatase on madalam kui vabadel molekulidel; energia lisamine võimaldab neil vabaneda.
Süntees vabastab energiat, kuna molekulid seovad end stabiilseks konfiguratsiooniks ja loobuvad seetõttu energiast. Seotud molekulide energiatase on madalam kui vabadel molekulidel ja neid hoitakse uues sidemes.
Üldine keemiline reaktsioon, mis lõhub sidemeid ja moodustab uusi, võib olla endotermiline (soojust neelav) või eksotermiline (eraldab soojust), sõltuvalt sellest, kui palju energiat lagunemisel ja sünteesil neeldub ja toodetakse reaktsioonid. Mõni reaktsioon toodab soojust üldiselt, teine aga kas neelab ümbritsevast soojust või nõuab reaktsiooni lõpuleviimiseks välissoojuse lisamist. Normaalsetes tingimustes stabiilses keskkonnas vajab keemiline reaktsioon alustamiseks välist stiimulit.
Endotermilised reaktsioonid
Kuna keemiliste sidemete purustamiseks ja keemiliste reaktsioonide käivitamiseks on vaja energiat, juhtub iseenesest vähe endotermilisi reaktsioone. Protsess võtab tavaliselt reaktsiooni käivitamiseks ja selle säilitamiseks energiat. Isegi reaktsioonid, mis on üldiselt eksotermilised, võivad alguses vajada energia sisestamist, et osa sidemeid purustada.
Lagunemisreaktsioonid on lihtsad endotermilised reaktsioonid ja vajavad energiat. Näiteks elavhõbedaoksiidi kuumutamisel tekib elavhõbe ja hapnik. Keerulisemad endotermilised reaktsioonid võivad toimuda siis, kui nad saavad kasutada ümbritsevast soojust. Näiteks tahked baariumhüdroksiid ja ammooniumkloriid reageerivad endotermilises reaktsioonis toatemperatuuril, saades baariumkloriidi ja ammoniaaki palju külmemal temperatuuril. Reaktsioon võtab soojust materjalidest endist, nende mahutist ja ümbritsevast õhust.
Eksotermilised reaktsioonid
Reaktsioonid, mis tekitavad üle kuumuse, on sagedamini levinud, kuna need kipuvad olema isemajandavad. Sünteesireaktsioonid toodavad soojust, nii et nad ei vaja jätkamiseks välist soojusallikat. Näiteks väikese koguse naatriumi lisamisel vette tekib plahvatuslikus eksotermilises reaktsioonis naatriumhüdroksiid ja vesinik. Reaktsioon algab spontaanselt ja kestab seni, kuni üks reaktantidest on ära kasutatud. Tavaliselt toodab see nii palju soojust, et vesinik põleb õhu hapnikuga vee moodustamiseks.
Komplekssed reaktsioonid, mis tuginevad nii keemiliste sidemete purustamisele kui ka moodustumisele, vajavad alustamiseks sageli välist energiat, kuid on siis isemajandavad. Näiteks süsivesinike põletamine nõuab mõne esimese sideme purustamiseks soojusallikat. Tavaliselt vajavad süsivesinikke sisaldavad materjalid, näiteks puit või kütteõli, mõne sideme lagundamiseks tikku või sädet. Kui uute sidemete moodustumine soojuse tootmisega algab, jätkub reaktsioon, tekitades süsinikdioksiidi ja veeauru.
Paljud tavalised tööstus- ja kaubandusprotsessid tuginevad keemilistele reaktsioonidele, eriti eksotermilised isemajandavad. Kui kasulikud nad on ja kui palju tööd nad teevad, sõltub reageerivate materjalide liikidest ning purunevatest ja reformivatest keemilistest sidemetest.