Хімічні реакції відбуваються, коли дві речовини взаємодіють, утворюючи нові сполуки або молекули. Ці процеси мають повсюдний характер і необхідні для життя; Наприклад, робоче визначення життя НАСА описує його як "самоокупну хімічну систему здатний до еволюції Дарвіна. "Кілька факторів визначають, коли і чи буде хімічна реакція відбуваються.
Зіткнення
Коли дві молекули стикаються з правильною орієнтацією та достатньою силою, може виникнути хімічна реакція. Однак не всі зіткнення викликають реакції; атоми або молекули повинні мати можливість рекомбінації, утворюючи нові сполуки. Наприклад, атоми гелію є інертними; вони не будуть реагувати з іншими газами, тому що їх найвіддаленіша електронна оболонка вже заповнена.
Розрив зв’язків між атомами забирає енергію, тоді як утворення нових зв’язків виділяє енергію. Якщо поєднання двох атомів має меншу енергію, ніж окремі атоми, сполука, яку утворюють ці атоми, є стабільною. Ми можемо використовувати термодинаміку, щоб передбачити, чи відбудеться така реакція.
Ентропія
Ентропія є мірою розладу. Другий закон термодинаміки стверджує, що ентропія замкнутої системи ніколи не може зменшуватися. Якщо реакція збільшує загальну ентропію системи та її оточення, реакція буде спонтанною. Реакції, які не є спонтанними, виникають лише в поєднанні зі спонтанною реакцією або в результаті роботи в системі (тобто, витрачаючи енергію, що спричинює збільшення чистої ентропії). Отже, загальна ентропія Всесвіту завжди збільшується.
Наприклад, ваше тіло реагує на спонтанні реакції (наприклад, синтез білка), використовуючи реакції, що виділяють енергію і спричиняють значне збільшення загальної ентропії (наприклад, метаболізм глюкози).
Загальну ентропію важко виміряти, тому хіміки передбачають, чи будуть реакції спонтанними шляхом обчислення Безкоштовна енергія Гіббса, яку вони визначають як тепло, поглинене реакцією при постійному тиску за мінусом температури, помножене на зміну ентропії системи. Негативна вільна енергія Гіббса вказує на спонтанну реакцію.
Рівновагу
Той факт, що реакція є спонтанною, не завжди означає, що вона відбувається швидко. Реакції між атомами вуглецю в алмазі є спонтанними, але ці реакції настільки повільні, що алмази тривають дуже довго.
Реакції також можуть досягти стану рівноваги; коли дві протилежні реакції відбуваються з однаковою швидкістю, немає чистого збільшення кількості продукту або реагентів. Всі ці фактори - зміна ентропії, спричиненої реакцією, кінетика реакції та точка рівноваги реакції - важливі для визначення того, чи відбудеться реакція, і що вона відбудеться виглядає як.