Kemialliset reaktiot tapahtuvat, kun kaksi ainetta vuorovaikutuksessa muodostaa uusia yhdisteitä tai molekyylejä. Nämä prosessit ovat luonteeltaan läsnä kaikkialla ja välttämättömiä elämälle; Esimerkiksi NASA: n elämän määritelmä kuvaa sitä "itsensä ylläpitävänä kemiallisena järjestelmänä pystyy Darwinin evoluutioon. "Useat tekijät määräävät, milloin ja onko kemiallinen reaktio esiintyä.
Törmäykset
Kun kaksi molekyyliä törmää oikeaan suuntaan ja riittävään voimaan, seurauksena voi olla kemiallinen reaktio. Kaikki törmäykset eivät kuitenkaan aiheuta reaktioita; atomien tai molekyylien on kyettävä rekombinoitumaan uusien yhdisteiden muodostamiseksi. Esimerkiksi heliumatomit ovat inerttejä; ne eivät reagoi muiden kaasujen kanssa, koska niiden uloin elektronikuori on jo täynnä.
Atomien välisten sidosten rikkominen vie energiaa, kun taas uusien sidosten muodostaminen vapauttaa energiaa. Jos kahden atomin yhdistelmällä on pienempi energia kuin yksittäisillä atomilla, näiden atomien muodostama yhdiste on stabiili. Voimme käyttää termodynamiikkaa ennustamaan tällaisen reaktion tapahtuminen.
Haje
Entropia on häiriön mitta. Termodynamiikan toisen lain mukaan suljetun järjestelmän entropia ei voi koskaan laskea. Jos reaktio lisää järjestelmän ja sen ympäristön kokonais entropiaa, reaktio on spontaani. Reaktioita, jotka eivät ole spontaaneja, esiintyy vain yhdistettynä spontaaniin reaktioon tai seurauksena järjestelmän työstä (ts. Kuluttamalla energiaa, mikä aiheuttaa nettoentropian lisääntymisen). Tämän seurauksena maailmankaikkeuden kokonais entropia kasvaa aina.
Esimerkiksi kehosi antaa reaktioita, jotka eivät ole spontaaneja (esim. Proteiinisynteesi), käyttämällä reaktioita, jotka vapauttavat energiaa ja aiheuttavat suuren lisääntymisen kokonais entropiassa (esim. Glukoosimetabolia).
Kokonaisentropiaa on vaikea mitata, joten kemistit ennustavat reaktioiden spontaanin laskemalla Gibbsin vapaa energia, jonka ne määrittelevät vakiopaineisen reaktion absorboimana lämpönä, josta on vähennetty lämpötila, kerrottuna järjestelmän entropian muutos. Negatiivinen Gibbsin vapaa energia osoittaa spontaanin reaktion.
Tasapaino
Se, että reaktio on spontaani, ei aina tarkoita, että se tapahtuu nopeasti. Timantin hiiliatomien väliset reaktiot ovat spontaaneja, mutta nämä reaktiot ovat niin hitaita, että timantit kestävät hyvin kauan.
Reaktiot voivat saavuttaa myös tasapainotilan; kun kaksi vastakkaista reaktiota tapahtuu samalla nopeudella, tuotteen tai reagenssien määrä ei kasva nettona. Kaikki nämä tekijät - reaktion aiheuttama entropian muutos, reaktion kinetiikka ja reaktion tasapainopiste - ovat tärkeitä määritettäessä reaktion tapahtumista ja mitä se tapahtuu näyttää joltakin.