อะไรคือสาเหตุของปฏิกิริยาเคมี?

ปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นเมื่อสารสองชนิดทำปฏิกิริยากันเพื่อสร้างสารประกอบหรือโมเลกุลใหม่ กระบวนการเหล่านี้มีอยู่ทั่วไปในธรรมชาติและจำเป็นต่อชีวิต ตัวอย่างเช่น คำจำกัดความการทำงานของชีวิตของ NASA อธิบายว่าเป็น "ระบบเคมีที่พึ่งพาตนเองได้" ความสามารถในการวิวัฒนาการของดาร์วิน" มีหลายปัจจัยกำหนดว่าปฏิกิริยาเคมีจะเกิดขึ้นเมื่อใดและหรือไม่ เกิดขึ้น

เมื่อสองโมเลกุลชนกับทิศทางที่ถูกต้องและแรงที่เพียงพอ อาจส่งผลให้เกิดปฏิกิริยาเคมี ไม่ใช่ทุกการชนกันที่ทำให้เกิดปฏิกิริยา อย่างไรก็ตาม; อะตอมหรือโมเลกุลจะต้องสามารถรวมตัวกันใหม่เพื่อสร้างสารประกอบใหม่ได้ ตัวอย่างเช่นอะตอมของฮีเลียมมีความเฉื่อย พวกมันจะไม่ทำปฏิกิริยากับก๊าซอื่นเพราะเปลือกอิเล็กตรอนชั้นนอกสุดเต็มแล้ว

การทำลายพันธะระหว่างอะตอมจะใช้พลังงาน ในขณะที่การสร้างพันธะใหม่จะปล่อยพลังงาน ถ้าการรวมกันของสองอะตอมมีพลังงานต่ำกว่าอะตอมแต่ละอะตอม สารประกอบของอะตอมเหล่านี้จะมีเสถียรภาพ เราสามารถใช้อุณหพลศาสตร์ในการทำนายว่าปฏิกิริยาดังกล่าวจะเกิดขึ้นหรือไม่

เอนโทรปีเป็นตัววัดความผิดปกติ กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ถือได้ว่าเอนโทรปีของระบบปิดไม่สามารถลดลงได้ ถ้าปฏิกิริยาเพิ่มเอนโทรปีรวมของระบบและสภาพแวดล้อม ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นเอง ปฏิกิริยาที่ไม่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติจะเกิดขึ้นเมื่อควบคู่ไปกับปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเอง หรือเป็นผลจากการทำงานในระบบ (เช่น โดยการใช้พลังงานซึ่งทำให้เอนโทรปีสุทธิเพิ่มขึ้น) ดังนั้น เอนโทรปีรวมของจักรวาลจึงเพิ่มขึ้นเสมอ

ตัวอย่างเช่น ร่างกายของคุณให้พลังงานแก่ปฏิกิริยาที่ไม่เกิดขึ้นเอง (เช่น การสังเคราะห์โปรตีน) โดยใช้ปฏิกิริยาที่ปลดปล่อยพลังงานและทำให้เอนโทรปีทั้งหมดเพิ่มขึ้นอย่างมาก (เช่น เมแทบอลิซึมของกลูโคส)

เอนโทรปีรวมเป็นเรื่องยากที่จะวัด ดังนั้นนักเคมีจึงทำนายว่าปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นเองโดยการคำนวณ กิ๊บส์พลังงานฟรีซึ่งพวกเขานิยามว่าเป็นความร้อนที่ดูดซับโดยปฏิกิริยาที่ความดันคงที่ ลบด้วยอุณหภูมิ คูณการเปลี่ยนแปลงในเอนโทรปีของระบบ พลังงานฟรีกิ๊บส์เชิงลบบ่งบอกถึงปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเอง

ความจริงที่ว่าปฏิกิริยาเกิดขึ้นเองไม่ได้หมายความว่าจะเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วเสมอไป ปฏิกิริยาระหว่างอะตอมของคาร์บอนในเพชรเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ แต่ปฏิกิริยาเหล่านี้ช้ามากจนเพชรมีอายุการใช้งานยาวนานมาก

ปฏิกิริยายังสามารถไปถึงสภาวะสมดุลได้ เมื่อปฏิกิริยาตรงข้ามกันสองปฏิกิริยาเกิดขึ้นในอัตราที่เท่ากัน จะไม่มีการเพิ่มจำนวนสุทธิของผลิตภัณฑ์หรือสารตั้งต้น ปัจจัยทั้งหมดเหล่านี้—การเปลี่ยนแปลงของเอนโทรปีที่เกิดจากปฏิกิริยา จลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยา และ จุดสมดุลของปฏิกิริยา—มีความสำคัญในการพิจารณาว่าปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นหรือไม่และจะเกิดขึ้นอย่างไร ดูเหมือน.