Kemijske reakcije nastaju kada dvije tvari međusobno djeluju i tvore nove spojeve ili molekule. Ti su procesi sveprisutne prirode i bitni za život; NASA-ina radna definicija života, na primjer, opisuje ga kao "samoodrživi kemijski sustav sposoban za Darwinovu evoluciju. "Nekoliko čimbenika određuje kada i hoće li kemijska reakcija nastaju.
Sudari
Kada se dvije molekule sudare s pravom orijentacijom i dovoljnom silom, može doći do kemijske reakcije. Međutim, ne uzrokuju svi sudari reakcije; atomi ili molekule moraju se moći rekombinirati da bi stvorili nove spojeve. Na primjer, atomi helija su inertni; neće reagirati s drugim plinovima jer je njihova najudaljenija elektronska ljuska već puna.
Prekidanje veza između atoma uzima energiju, dok stvaranje novih veza oslobađa energiju. Ako kombinacija dva atoma ima nižu energiju od pojedinih atoma, spoj koji ti atomi tvore stabilan je. Termodinamikom možemo predvidjeti hoće li se takva reakcija dogoditi.
Entropija
Entropija je mjera poremećaja. Drugi zakon termodinamike drži da se entropija zatvorenog sustava nikada ne može smanjiti. Ako reakcija poveća ukupnu entropiju sustava i okoline, reakcija će biti spontana. Reakcije koje nisu spontane javljaju se samo u kombinaciji sa spontanom reakcijom ili kao rezultat obavljanja posla na sustavu (tj. Trošenjem energije, što uzrokuje povećanje neto entropije). Slijedom toga, ukupna entropija svemira uvijek se povećava.
Kao primjer, vaše tijelo pokreće reakcije koje nisu spontane (npr. Sinteza proteina) koristeći reakcije koje oslobađaju energiju i uzrokuju veliko povećanje ukupne entropije (npr. Metabolizam glukoze).
Ukupnu entropiju je teško izmjeriti, pa kemičari predviđaju hoće li reakcije biti spontane izračunavanjem Gibbsova besplatna energija, koju definiraju kao toplinu apsorbiranu reakcijom pri konstantnom tlaku umanjenom za temperaturu, pomnoživši promjenu entropije sustava. Negativna Gibbsova slobodna energija ukazuje na spontanu reakciju.
Ravnoteža
Činjenica da je reakcija spontana ne znači uvijek da se događa brzo. Reakcije između atoma ugljika u dijamantu su spontane, ali te reakcije su toliko spore da dijamanti traju vrlo dugo.
Reakcije također mogu doseći stanje ravnoteže; kada se dvije jednake reakcije javljaju jednakom brzinom, nema neto povećanja količine proizvoda ili reaktanata. Svi ovi čimbenici - promjena u entropiji uzrokovana reakcijom, kinetika reakcije i točka ravnoteže reakcije - važne su za određivanje hoće li se reakcija dogoditi i što će se dogoditi izgledati.