Kimyasal reaksiyonlar, iki madde etkileşime girerek yeni bileşikler veya moleküller oluşturduğunda meydana gelir. Bu süreçler doğada her yerde bulunur ve yaşam için gereklidir; Örneğin, NASA'nın yaşam tanımı, onu "kendi kendini idame ettiren bir kimyasal sistem" olarak tanımlar. Darwinci evrim yeteneğine sahiptir." Bir kimyasal reaksiyonun ne zaman ve meydana gelir.
çarpışmalar
İki molekül doğru yön ve yeterli kuvvetle çarpıştığında, kimyasal bir reaksiyon meydana gelebilir. Ancak tüm çarpışmalar reaksiyonlara neden olmaz; atomlar veya moleküller yeni bileşikler oluşturmak için yeniden birleşebilmelidir. Örneğin helyum atomları eylemsizdir; en dıştaki elektron kabuğu zaten dolu olduğu için diğer gazlarla reaksiyona girmezler.
Atomlar arasındaki bağları kırmak enerji alır, yeni bağlar oluşturmak ise enerjiyi serbest bırakır. İki atomun bir kombinasyonu, tek tek atomlardan daha düşük enerjiye sahipse, bu atomların oluşturduğu bileşik kararlıdır. Böyle bir reaksiyonun gerçekleşip gerçekleşmeyeceğini tahmin etmek için termodinamiği kullanabiliriz.
Entropi
Entropi, düzensizliğin bir ölçüsüdür. Termodinamiğin İkinci Yasası, kapalı bir sistemin entropisinin asla azalmayacağını söyler. Bir reaksiyon, sistemin ve çevresinin toplam entropisini arttırırsa, reaksiyon kendiliğinden olacaktır. Kendiliğinden olmayan reaksiyonlar, yalnızca kendiliğinden bir reaksiyonla birleştiğinde veya bir sistem üzerinde iş yapmanın bir sonucu olarak (yani, net entropide bir artışa neden olan enerji harcayarak) meydana gelir. Sonuç olarak, evrenin toplam entropisi her zaman artar.
Örnek olarak, vücudunuz enerji açığa çıkaran ve toplam entropide büyük bir artışa neden olan (örneğin, glikoz metabolizması) reaksiyonlar kullanarak kendiliğinden olmayan reaksiyonlara (örneğin, protein sentezi) güç verir.
Toplam entropiyi ölçmek zordur, bu nedenle kimyagerler, reaksiyonların kendiliğinden olup olmayacağını hesaplayarak tahmin eder. Gibbs serbest enerjisiSabit basınçta bir reaksiyon tarafından emilen ısı olarak tanımladıkları eksi sıcaklık, sistemin entropisindeki değişikliği çarpar. Negatif bir Gibbs serbest enerjisi, kendiliğinden bir reaksiyonu gösterir.
Denge
Bir reaksiyonun kendiliğinden olması, her zaman hızlı gerçekleştiği anlamına gelmez. Elmastaki karbon atomları arasındaki reaksiyonlar kendiliğindendir, ancak bu reaksiyonlar o kadar yavaştır ki elmaslar çok uzun süre dayanır.
Reaksiyonlar da bir denge durumuna ulaşabilir; iki zıt reaksiyon eşit oranda meydana geldiğinde, ürün veya reaktanların miktarında net bir artış olmaz. Tüm bu faktörler—bir reaksiyonun neden olduğu entropi değişikliği, reaksiyonun kinetiği ve Reaksiyonun denge noktası—bir reaksiyonun gerçekleşip gerçekleşmeyeceğini ve ne olacağını belirlemede önemlidir. gibi görünmek.