Хемијске реакције се јављају када две супстанце у интеракцији формирају нова једињења или молекуле. Ови процеси су свеприсутне природе и неопходни су за живот; НАСА-ина радна дефиниција живота, на пример, описује га као „самоодрживи хемијски систем способан за дарвинистичку еволуцију. “Неколико фактора одређује када и да ли ће хемијска реакција настају.
Судари
Када се два молекула сударе са правилном оријентацијом и довољном силом, може доћи до хемијске реакције. Међутим, сви судари не изазивају реакције; атоми или молекули морају бити у стању да се рекомбинују да би створили нова једињења. На пример, атоми хелијума су инертни; неће реаговати са другим гасовима јер је њихова најудаљенија електронска љуска већ пуна.
Прекидање веза између атома узима енергију, док формирање нових веза ослобађа енергију. Ако комбинација два атома има нижу енергију од појединачних атома, једињење које ови атоми формирају је стабилно. Термодинамиком можемо предвидети да ли ће доћи до такве реакције.
Ентропија
Ентропија је мера поремећаја. Други закон термодинамике држи да се ентропија затвореног система никада не може смањити. Ако реакција повећа укупну ентропију система и околине, реакција ће бити спонтана. Реакције које нису спонтане јављају се само у комбинацији са спонтаном реакцијом или као резултат обављања посла на систему (тј. Трошењем енергије, што узрокује повећање нето ентропије). Сходно томе, укупна ентропија свемира се увек повећава.
На пример, ваше тело покреће реакције које нису спонтане (нпр. Синтеза протеина) користећи реакције које ослобађају енергију и узрокују велико повећање укупне ентропије (нпр. Метаболизам глукозе).
Укупну ентропију је тешко измерити, па хемичари предвиђају да ли ће реакције бити спонтане израчунавањем вредности Гиббсова бесплатна енергија, коју дефинишу као топлоту коју апсорбује реакција при константном притиску, умањеној за температуру, помножила је промену ентропије система. Негативна Гиббсова слободна енергија указује на спонтану реакцију.
Равнотежа
Чињеница да је реакција спонтана не значи увек да се дешава брзо. Реакције између атома угљеника у дијаманту су спонтане, али ове реакције су толико споре да дијаманти трају веома дуго.
Реакције такође могу да достигну стање равнотеже; када се две супротне реакције јављају једнаком брзином, нема нето повећања количине производа или реактаната. Сви ови фактори - промена ентропије изазване реакцијом, кинетика реакције и тачка равнотеже реакције - важне су за одређивање да ли ће се реакција догодити и шта ће се догодити изгледати.