Kemijske reakcije se pojavijo, kadar dve snovi medsebojno tvorita nove spojine ali molekule. Ti procesi so vseprisotne narave in bistveni za življenje; Nasina delovna definicija življenja ga na primer opisuje kot "samozadostni kemični sistem sposoben Darwinove evolucije. "Več dejavnikov določa, kdaj in ali bo kemična reakcija pojavijo.
Trki
Ko dve molekuli trčita s pravilno usmeritvijo in zadostno silo, lahko pride do kemične reakcije. Vendar vsa trčenja ne povzročajo reakcij; atomi ali molekule morajo biti sposobni rekombinirati, da tvorijo nove spojine. Atomi helija so na primer inertni; ne bodo reagirali z drugimi plini, ker je njihova najbolj zunanja elektronska lupina že polna.
Prekinitev vezi med atomi zavzame energijo, medtem ko nastajanje novih vezi sprošča energijo. Če ima kombinacija dveh atomov nižjo energijo kot posamezni atomi, je spojina, ki jo tvorijo ti atomi, stabilna. S termodinamiko lahko napovemo, ali bo prišlo do takšne reakcije.
Entropija
Entropija je merilo motnje. Drugi zakon termodinamike trdi, da se entropija zaprtega sistema nikoli ne more zmanjšati. Če reakcija poveča skupno entropijo sistema in okolice, bo reakcija spontana. Reakcije, ki niso spontane, se pojavijo le, če so povezane s spontano reakcijo ali kot rezultat dela na sistemu (tj. Z izrabljanjem energije, kar povzroči povečanje neto entropije). Posledično se celotna entropija vesolja vedno poveča.
Na primer, vaše telo poganja reakcije, ki niso spontane (npr. Sinteza beljakovin), z reakcijami, ki sproščajo energijo in povzročajo veliko povečanje celotne entropije (npr. Metabolizem glukoze).
Celotno entropijo je težko izmeriti, zato kemiki z izračunom napovedujejo, ali bodo reakcije spontane Gibbsova prosta energija, ki jo opredelijo kot toploto, ki jo absorbira reakcija pri konstantnem tlaku, zmanjšani za temperaturo, pomnoženo s spremembo entropije sistema. Negativna Gibbsova prosta energija kaže na spontano reakcijo.
Ravnotežje
Dejstvo, da je reakcija spontana, ne pomeni vedno, da se zgodi hitro. Reakcije med atomi ogljika v diamantu so spontane, vendar so te reakcije tako počasne, da diamanti zdržijo zelo dolgo.
Tudi reakcije lahko dosežejo ravnovesje; ko se dve enaki reakciji pojavita z enako hitrostjo, ni čistega povečanja količine proizvoda ali reaktantov. Vsi ti dejavniki - sprememba entropije, ki jo povzroči reakcija, kinetika reakcije in ravnotežna točka reakcije - so pomembni pri določanju, ali se bo reakcija pojavila in kaj bo izgleda kot.