Kjemiske reaksjoner oppstår når to stoffer samhandler for å danne nye forbindelser eller molekyler. Disse prosessene er allestedsnærværende og essensielle for livet; NASAs arbeidsdefinisjon av liv, for eksempel, beskriver den som et ”selvbærende kjemisk system i stand til darwinistisk evolusjon. "Flere faktorer avgjør når og om en kjemisk reaksjon vil skje.
Kollisjoner
Når to molekyler kolliderer med riktig retning og tilstrekkelig kraft, kan det oppstå en kjemisk reaksjon. Ikke alle kollisjoner forårsaker reaksjoner; atomer eller molekyler må kunne rekombinere for å danne nye forbindelser. Heliumatomer er for eksempel inerte; de vil ikke reagere med andre gasser fordi deres ytterste elektronskall allerede er fullt.
Å bryte bånd mellom atomer tar energi, mens dannelse av nye bindinger frigjør energi. Hvis en kombinasjon av to atomer har lavere energi enn de enkelte atomer, er forbindelsen disse atomene danner stabil. Vi kan bruke termodynamikk til å forutsi om en slik reaksjon vil skje.
Entropi
Entropi er et mål på uorden. Den andre loven om termodynamikk hevder at entropien til et lukket system aldri kan avta. Hvis en reaksjon øker den totale entropien til systemet og dets omgivelser, vil reaksjonen være spontan. Reaksjoner som ikke er spontane, oppstår bare når de er koblet til en spontan reaksjon, eller som et resultat av å gjøre arbeid på et system (dvs. ved å bruke energi, noe som forårsaker en økning i netto entropi). Følgelig øker den totale entropien i universet alltid.
Som et eksempel driver kroppen din reaksjoner som ikke er spontane (f.eks. Proteinsyntese) ved hjelp av reaksjoner som frigjør energi og forårsaker en stor økning i total entropi (f.eks. Glukosemetabolisme).
Total entropi er vanskelig å måle, så kjemikere forutsier om reaksjonene vil være spontane ved å beregne Gibbs fri energi, som de definerer som varmen absorbert av en reaksjon ved konstant trykk, minus temperaturen, multipliserte endringen i entropi av systemet. En negativ Gibbs fri energi indikerer en spontan reaksjon.
Likevekt
Det at en reaksjon er spontan betyr ikke alltid at det skjer raskt. Reaksjonene mellom karbonatomer i diamant er spontane, men disse reaksjonene er så sakte at diamanter varer veldig lenge.
Reaksjoner kan også nå en tilstand av likevekt; når to motsatte reaksjoner forekommer i samme hastighet, er det ingen netto økning i mengden av produktet eller reaktantene. Alle disse faktorene - endringen i entropi forårsaket av en reaksjon, kinetikken til reaksjonen og likevektspunkt for reaksjonen - er viktig for å bestemme om en reaksjon vil skje og hva den vil ser ut som.