Chemische reacties treden op wanneer twee stoffen een interactie aangaan om nieuwe verbindingen of moleculen te vormen. Deze processen zijn alomtegenwoordig en essentieel voor het leven; NASA's werkdefinitie van het leven beschrijft het bijvoorbeeld als een 'zichzelf in stand houdend chemisch systeem dat in staat is tot Darwinsevolutie'. Verschillende factoren bepalen wanneer en of een chemische reactie zal plaatsvinden.

Botsingen

Wanneer twee moleculen botsen met de juiste richting en voldoende kracht, kan dit een chemische reactie tot gevolg hebben. Niet alle botsingen veroorzaken echter reacties; de atomen of moleculen moeten kunnen recombineren om nieuwe verbindingen te vormen. Heliumatomen zijn bijvoorbeeld inert; ze zullen niet reageren met andere gassen omdat hun buitenste elektronenschil al vol is.

Brekende bindingen tussen atomen neemt energie op, terwijl het vormen van nieuwe bindingen energie vrijmaakt. Als een combinatie van twee atomen een lagere energie heeft dan de afzonderlijke atomen, is de samenstelling van deze atomen stabiel. We kunnen de thermodynamica gebruiken om te voorspellen of een dergelijke reactie zal optreden.

Entropie

Entropie is een maat voor wanorde. De tweede wet van de thermodynamica houdt in dat de entropie van een gesloten systeem nooit kan verminderen. Als een reactie de totale entropie van het systeem en zijn omgeving verhoogt, zal de reactie spontaan zijn. Reacties die niet spontaan zijn, treden alleen op in combinatie met een spontane reactie, of als resultaat van het doen van werkzaamheden aan een systeem (d.w.z. door energie te spenderen, wat een toename van de netto entropie veroorzaakt). Als gevolg hiervan neemt de totale entropie van het universum altijd toe.

Als voorbeeld geeft uw lichaam reacties die niet spontaan zijn (bijv. Eiwitsynthese) met behulp van reacties die energie afgeven en een grote toename van de totale entropie veroorzaken (bijv. , glucosemetabolisme).

Totale entropie is moeilijk te meten, dus chemici voorspellen of reacties spontaan zullen zijn door de Gibbs-vrije energie te berekenen, die ze definiëren als de warmte die wordt geabsorbeerd door een reactie bij constante druk, minus de temperatuur , vermenigvuldigde de verandering in entropie van het systeem. Een negatieve Gibbs-vrije energie geeft een spontane reactie aan.

Evenwichtswaarde

Het feit dat een reactie spontaan is, betekent niet altijd dat het snel gebeurt. De reacties tussen de koolstofatomen in diamant zijn spontaan, maar deze reacties zijn zo langzaam dat diamanten heel lang meegaan.

Reacties kunnen ook een evenwichtstoestand bereiken; wanneer twee tegengestelde reacties met dezelfde snelheid optreden, is er geen netto toename van de hoeveelheid van het product of de reactanten. Al deze factoren - de verandering in entropie veroorzaakt door een reactie, de kinetiek van de reactie en het evenwichtspunt van de reactie - zijn belangrijk om te bepalen of een reactie zal plaatsvinden en hoe deze eruit zal zien.