Ķīmiskās reakcijas notiek, kad divas vielas mijiedarbojas, veidojot jaunus savienojumus vai molekulas. Šie procesi pēc būtības ir visuresoši un būtiski dzīvībai; Piemēram, NASA dzīves definīcija to raksturo kā "pašpietiekamu ķīmisko sistēmu spējīgs uz Darvina evolūciju. "Vairāki faktori nosaka, kad un vai notiks ķīmiskā reakcija rodas.
Sadursmes
Kad divas molekulas saduras ar pareizo orientāciju un pietiekamu spēku, var rasties ķīmiska reakcija. Tomēr ne visas sadursmes izraisa reakcijas; atomiem vai molekulām jāspēj rekombinēties, veidojot jaunus savienojumus. Piemēram, hēlija atomi ir inerti; tie nereaģēs ar citām gāzēm, jo to ārējais elektronu apvalks jau ir pilns.
Sadalot saites starp atomiem, tiek patērēta enerģija, savukārt, veidojot jaunas saites, tiek atbrīvota enerģija. Ja divu atomu kombinācijai ir mazāka enerģija nekā atsevišķiem atomiem, savienojums, kuru šie atomi veido, ir stabils. Mēs varam izmantot termodinamiku, lai prognozētu, vai šāda reakcija notiks.
Entropija
Entropija ir traucējumu mērs. Otrais termodinamikas likums uzskata, ka slēgtas sistēmas entropija nekad nevar samazināties. Ja reakcija palielina kopējo sistēmas un tās apkārtnes entropiju, reakcija būs spontāna. Reakcijas, kas nav spontānas, rodas tikai tad, ja tās ir saistītas ar spontānu reakciju vai arī veicot darbu pie sistēmas (t.i., iztērējot enerģiju, kas izraisa neto entropijas palielināšanos). Līdz ar to kopējā Visuma entropija vienmēr palielinās.
Piemēram, jūsu ķermenis nodrošina reakcijas, kas nav spontānas (piemēram, olbaltumvielu sintēze), izmantojot reakcijas, kas atbrīvo enerģiju un izraisa lielu kopējās entropijas palielināšanos (piemēram, glikozes metabolismu).
Kopējo entropiju ir grūti izmērīt, tāpēc ķīmiķi prognozē, vai reakcijas būs spontānas, aprēķinot Gibsa brīva enerģija, ko tie definē kā siltumu, ko absorbē reakcija pie nemainīga spiediena, atņemot temperatūru, reizināja sistēmas entropijas izmaiņas. Negatīva Gibsa brīvā enerģija norāda uz spontānu reakciju.
Līdzsvars
Fakts, ka reakcija ir spontāna, nenozīmē, ka tā notiek ātri. Reakcijas starp dimanta oglekļa atomiem ir spontānas, taču šīs reakcijas ir tik lēnas, ka dimanti kalpo ļoti ilgi.
Reakcijas var sasniegt arī līdzsvara stāvokli; kad notiek divas pretējas reakcijas ar vienādu ātrumu, produkta vai reaģentu daudzums neto nepalielinās. Visi šie faktori - entropijas izmaiņas, ko izraisa reakcija, reakcijas kinētika un reakcijas līdzsvara punkts - ir svarīgi, lai noteiktu, vai reakcija notiks un kāda tā notiks izskatās ka.