რა არის ქიმიური რეაქციების მიზეზები?

ქიმიური რეაქციები ხდება, როდესაც ორი ნივთიერება ურთიერთქმედებს და ქმნის ახალ ნაერთებს ან მოლეკულებს. ეს პროცესები საყოველთაო ხასიათისაა და სიცოცხლისთვის აუცილებელია; მაგალითად, NASA– ს სიცოცხლის სამუშაო განმარტება მას აღწერს, როგორც ”თვითგამორკვევის ქიმიურ სისტემას შეუძლია დარვინის ევოლუცია. ”რამდენიმე ფაქტორი განსაზღვრავს როდის და მოხდება თუ არა ქიმიური რეაქცია მოხდეს

როდესაც ორი მოლეკულა შეეჯახება სწორ ორიენტაციას და საკმარის ძალას, შეიძლება გამოიწვიოს ქიმიური რეაქცია. ყველა შეჯახება არ იწვევს რეაქციებს; ატომებს ან მოლეკულებს უნდა შეეძლოთ გაერთიანება და შექმნან ახალი ნაერთები. მაგალითად, ჰელიუმის ატომები ინერტულია; ისინი არ იმოქმედებენ სხვა გაზებთან, რადგან მათი ყველაზე გარე ელექტრონული გარსი უკვე სავსეა.

ატომებს შორის კავშირის გაწყვეტა ენერგიას იღებს, ხოლო ახალი ობლიგაციების წარმოქმნას ენერგია გამოყოფს. თუ ორი ატომის კომბინაციას აქვს ნაკლები ენერგია, ვიდრე ცალკეული ატომები, ნაერთი, რომელიც ამ ატომებს ქმნის, სტაბილურია. შეგვიძლია გამოვიყენოთ თერმოდინამიკა იმის პროგნოზირებისთვის, მოხდება თუ არა ასეთი რეაქცია.

ენტროპია არის უწესრიგობის საზომი. თერმოდინამიკის მეორე კანონი ადგენს, რომ დახურული სისტემის ენტროპია ვერასოდეს შემცირდება. თუ რეაქცია ზრდის სისტემისა და მისი შემოგარენის მთლიან ენტროპიას, რეაქცია იქნება სპონტანური. რეაქციები, რომლებიც არ არის სპონტანური, ხდება მხოლოდ სპონტანურ რეაქციასთან ერთად ან სისტემაში მუშაობის შედეგად (მაგ. ენერგიის დახარჯვით, რაც იწვევს წმინდა ენტროპიის ზრდას). შესაბამისად, სამყაროს ტოტალური ენტროპია ყოველთვის იზრდება.

მაგალითად, თქვენი სხეული აძლიერებს რეაქციებს, რომლებიც არ არის სპონტანური (მაგალითად, ცილის სინთეზი) რეაქციების გამოყენებით, რომლებიც ენერგიას გამოყოფენ და იწვევს საერთო ენტროპიის დიდ ზრდას (მაგალითად, გლუკოზის მეტაბოლიზმი).

ტოტალური ენტროპიის გაზომვა ძნელია, ამიტომ ქიმიკოსები წინასწარმეტყველებენ სპონტანური იქნება თუ არა რეაქციები გიბსის თავისუფალი ენერგია, რომელსაც ისინი განმარტავენ, როგორც მუდმივი წნევის დროს რეაქციის შედეგად შეთვისებულ სითბოს, მინუს ტემპერატურაზე, გაამრავლეს სისტემის ენტროპიის ცვლილება. გიბსის უარყოფითი ენერგია მიუთითებს სპონტანურ რეაქციაზე.

ის, რომ რეაქცია არის სპონტანური, ყოველთვის არ ნიშნავს, რომ ეს სწრაფად ხდება. ნახშირბადის ატომებს შორის რეაქციები სპონტანურია, მაგრამ ეს რეაქციები იმდენად ნელია, რომ ბრილიანტები ძალიან დიდხანს გრძელდება.

რეაქციებმა შეიძლება წონასწორობის დონემდეც მიაღწიოს; როდესაც ორი საპირისპირო რეაქცია ხდება თანაბარი სიჩქარით, არ ხდება პროდუქტის ან რეაქტივების რაოდენობის წმინდა ზრდა. ყველა ეს ფაქტორი - რეაქციით გამოწვეული ენტროპიის ცვლილება, რეაქციის კინეტიკა და სხვა რეაქციის წონასწორობის წერტილი - მნიშვნელოვანია იმის დასადგენად, მოხდება თუ არა რეაქცია გამოიყურება როგორც.