Chemische reacties treden op wanneer twee stoffen op elkaar inwerken om nieuwe verbindingen of moleculen te vormen. Deze processen zijn alomtegenwoordig van aard en essentieel voor het leven; NASA's werkdefinitie van leven beschrijft het bijvoorbeeld als een "zelfvoorzienend chemisch systeem". in staat tot darwinistische evolutie." Verschillende factoren bepalen wanneer en of een chemische reactie zal plaatsvinden optreden.
botsingen
Wanneer twee moleculen botsen met de juiste oriëntatie en voldoende kracht, kan er een chemische reactie ontstaan. Niet alle botsingen veroorzaken echter reacties; de atomen of moleculen moeten kunnen recombineren om nieuwe verbindingen te vormen. Heliumatomen zijn bijvoorbeeld inert; ze zullen niet reageren met andere gassen omdat hun buitenste elektronenschil al vol is.
Het verbreken van bindingen tussen atomen kost energie, terwijl het vormen van nieuwe bindingen energie vrijmaakt. Als een combinatie van twee atomen een lagere energie heeft dan de afzonderlijke atomen, is de verbinding die deze atomen vormen stabiel. We kunnen thermodynamica gebruiken om te voorspellen of zo'n reactie zal plaatsvinden.
Entropie
Entropie is een maat voor wanorde. De tweede wet van de thermodynamica stelt dat de entropie van een gesloten systeem nooit kan afnemen. Als een reactie de totale entropie van het systeem en zijn omgeving verhoogt, zal de reactie spontaan zijn. Reacties die niet spontaan zijn, treden alleen op wanneer ze gepaard gaan met een spontane reactie, of als gevolg van werkzaamheden aan een systeem (d.w.z. door energie te verbruiken, wat een toename van de netto-entropie veroorzaakt). Bijgevolg neemt de totale entropie van het heelal altijd toe.
Uw lichaam stuurt bijvoorbeeld reacties aan die niet spontaan zijn (bijv. eiwitsynthese) met behulp van reacties die energie vrijgeven en een grote toename van de totale entropie veroorzaken (bijv. glucosemetabolisme).
Totale entropie is moeilijk te meten, dus chemici voorspellen of reacties spontaan zullen zijn door de. te berekenen Gibbs gratis energie, die ze definiëren als de warmte die wordt geabsorbeerd door een reactie bij constante druk, minus de temperatuur, vermenigvuldigde de verandering in entropie van het systeem. Een negatieve Gibbs-vrije energie duidt op een spontane reactie.
Evenwicht
Het feit dat een reactie spontaan is, betekent niet altijd dat het snel gebeurt. De reacties tussen de koolstofatomen in diamant zijn spontaan, maar deze reacties zijn zo traag dat diamanten heel lang meegaan.
Reacties kunnen ook een evenwichtstoestand bereiken; wanneer twee tegengestelde reacties met een gelijke snelheid plaatsvinden, is er geen netto toename van de hoeveelheid van het product of de reactanten. Al deze factoren: de verandering in entropie veroorzaakt door een reactie, de kinetiek van de reactie en de evenwichtspunt van de reactie - zijn belangrijk om te bepalen of een reactie zal plaatsvinden en wat deze zal doen ziet eruit als.