Kemiska reaktioner uppstår när två ämnen interagerar för att bilda nya föreningar eller molekyler. Dessa processer är allestädes närvarande och livsviktiga; NASA: s arbetsdefinition av liv beskriver till exempel den som ett "självbärande kemiskt system kapabel till darwinistisk utveckling. ”Flera faktorer avgör när och om en kemisk reaktion kommer att göra det inträffa.
Kollisioner
När två molekyler kolliderar med rätt orientering och tillräcklig kraft kan en kemisk reaktion resultera. Inte alla kollisioner orsakar reaktioner, dock; Atomerna eller molekylerna måste kunna rekombineras för att bilda nya föreningar. Heliumatomer är till exempel inerta; de kommer inte att reagera med andra gaser eftersom deras yttersta elektronskal redan är fullt.
Att bryta bindningar mellan atomer tar energi, medan bildandet av nya bindningar frigör energi. Om en kombination av två atomer har lägre energi än de enskilda atomerna, är föreningen som dessa atomer bildar stabil. Vi kan använda termodynamik för att förutsäga om en sådan reaktion kommer att inträffa.
Entropi
Entropi är ett mått på oordning. Den andra lagen om termodynamik hävdar att entropin i ett slutet system aldrig kan minska. Om en reaktion ökar systemets totala entropi och dess omgivning blir reaktionen spontan. Reaktioner som inte är spontana inträffar bara när de kopplas till en spontan reaktion eller som ett resultat av att arbeta på ett system (dvs. genom att använda energi, vilket orsakar en ökning av nettoentropin). Följaktligen ökar universums totala entropi alltid.
Som ett exempel driver din kropp reaktioner som inte är spontana (t.ex. proteinsyntes) med hjälp av reaktioner som frigör energi och orsakar en stor ökning av total entropi (t.ex. glukosmetabolism).
Total entropi är svår att mäta, så kemister förutsäger om reaktionerna blir spontana genom att beräkna Gibbs fri energi, som de definierar som värmen som absorberas av en reaktion vid konstant tryck, minus temperaturen, multiplicerade förändringen i systemets entropi. En negativ Gibbs fri energi indikerar en spontan reaktion.
Jämvikt
Det faktum att en reaktion är spontan betyder inte alltid att det händer snabbt. Reaktionerna mellan kolatomerna i diamant är spontana, men dessa reaktioner är så långsamma att diamanter varar mycket länge.
Reaktioner kan också nå ett tillstånd av jämvikt; när två motsatta reaktioner inträffar i samma hastighet, finns det ingen nettoökning i mängden produkt eller reaktanterna. Alla dessa faktorer - förändringen i entropi orsakad av en reaktion, reaktionens kinetik och jämviktspunkt för reaktionen - är viktiga för att avgöra om en reaktion kommer att inträffa och vad den kommer att göra ser ut som.
