Reakcje chemiczne zachodzą, gdy dwie substancje wchodzą w interakcje, tworząc nowe związki lub cząsteczki. Procesy te mają charakter wszechobecny i niezbędny do życia; Na przykład robocza definicja życia NASA opisuje je jako „samopodtrzymujący się system chemiczny”. zdolny do darwinowskiej ewolucji”. Kilka czynników decyduje o tym, kiedy i czy reakcja chemiczna będzie pojawić się.
Kolizje
Kiedy dwie cząsteczki zderzają się z odpowiednią orientacją i wystarczającą siłą, może dojść do reakcji chemicznej. Jednak nie wszystkie kolizje powodują reakcje; atomy lub cząsteczki muszą być zdolne do rekombinacji, tworząc nowe związki. Na przykład atomy helu są obojętne; nie będą reagować z innymi gazami, ponieważ ich najbardziej zewnętrzna powłoka elektronowa jest już pełna.
Zerwanie wiązań między atomami pochłania energię, a tworzenie nowych wiązań uwalnia energię. Jeśli kombinacja dwóch atomów ma niższą energię niż poszczególne atomy, związek tworzący te atomy jest stabilny. Możemy użyć termodynamiki, aby przewidzieć, czy taka reakcja nastąpi.
Entropia
Entropia jest miarą nieporządku. Druga zasada termodynamiki głosi, że entropia układu zamkniętego nigdy nie może się zmniejszyć. Jeśli reakcja zwiększa całkowitą entropię układu i jego otoczenia, reakcja będzie spontaniczna. Reakcje, które nie są spontaniczne, występują tylko w połączeniu z reakcją spontaniczną lub w wyniku wykonywania pracy w układzie (tj. przez wydatkowanie energii, co powoduje wzrost entropii netto). W konsekwencji całkowita entropia wszechświata zawsze wzrasta.
Na przykład, twoje ciało zasila reakcje, które nie są spontaniczne (np. synteza białek), wykorzystując reakcje, które uwalniają energię i powodują duży wzrost całkowitej entropii (np. metabolizm glukozy).
Całkowita entropia jest trudna do zmierzenia, więc chemicy przewidują, czy reakcje będą spontaniczne, obliczając Energia swobodna Gibbsa, które definiują jako ciepło pochłonięte przez reakcję pod stałym ciśnieniem, pomniejszone o temperaturę, zwielokrotniło zmianę entropii układu. Ujemna energia swobodna Gibbsa wskazuje na reakcję spontaniczną.
równowaga
Fakt, że reakcja jest spontaniczna, nie zawsze oznacza, że dzieje się ona szybko. Reakcje między atomami węgla w diamencie są spontaniczne, ale reakcje te są tak powolne, że diamenty trwają bardzo długo.
Reakcje mogą również osiągnąć stan równowagi; gdy dwie przeciwstawne reakcje zachodzą w równym tempie, nie ma wzrostu netto ilości produktu lub reagentów. Wszystkie te czynniki — zmiana entropii spowodowana reakcją, kinetyka reakcji oraz punkt równowagi reakcji — są ważne przy określaniu, czy reakcja wystąpi i co nastąpi wygląda jak.