Tartalom
Kémiai reakciók akkor fordulnak elő, amikor két anyag kölcsönhatásba lép, új vegyületeket vagy molekulákat képezve. Ezek a folyamatok mindenütt jelen vannak, és nélkülözhetetlenek az élethez; A NASA életképes meghatározása például azt írja le, mint egy "önfenntartó kémiai rendszert, amely képes a darwini evolúcióra". Számos tényező határozza meg, hogy mikor és hogyan történik-e kémiai reakció.
ütközések
Ha két molekula ütközik egymással a megfelelő tájolással és megfelelő erővel, kémiai reakció következhet be. Ugyanakkor nem minden ütközés okoz reakciót; az atomoknak vagy molekuláknak képesnek kell lenniük rekombinációra új vegyületek előállításához. Például a hélium atomok inertek; nem reagálnak más gázokkal, mert a legkülső elektronhéjuk már megtelt.
Az atomok közötti kötés megszakadása energiát vesz igénybe, míg az új kötések kialakulása energiát enged fel. Ha két atom kombinációja alacsonyabb energiával rendelkezik, mint az egyes atomok, akkor az ezeknek az atomoknak a formája a stabil. Termodinamika segítségével megjósolhatjuk, hogy ilyen reakció bekövetkezik-e.
Az entrópia
Az entrópia a rendellenesség mértéke. A termodinamika második törvénye szerint a zárt rendszer entrópiája soha nem csökkenhet. Ha egy reakció növeli a rendszer és környéke teljes entrópiáját, akkor a reakció spontán lesz. A nem spontán reakciók csak spontán reakcióval párosulva, vagy egy rendszeren végzett munka eredményeként következnek be (azaz olyan energiafelhasználással, amely növeli a nettó entrópiát). Következésképpen az univerzum teljes entrópiája mindig növekszik.
Példaként említheti, hogy a test nem spontán reakciókat (például proteinszintézist) hajt végre olyan reakciók segítségével, amelyek energiát bocsátanak ki és nagymértékben növelik a teljes entrópiát (például a glükóz anyagcserét).
A teljes entrópiát nehéz mérni, tehát a vegyészek előrejelzik, hogy a reakciók spontának lesznek-e, kiszámítva a Gibbs-mentes energiát, amelyet úgy határoznak meg, mint egy állandó nyomáson elnyelt hő, mínusz a hőmérséklet, és megszorozták a rendszer entrópiájának változását. A negatív Gibbs-mentes energia spontán reakciót jelez.
Egyensúlyi
Az a tény, hogy a reakció spontán, nem mindig azt jelenti, hogy gyorsan megtörténik. A gyémánt szénatomjai közötti reakciók spontánok, de ezek a reakciók olyan lassúak, hogy a gyémántok nagyon hosszú ideig tartanak.
A reakciók egyensúlyi állapotot is elérhetnek; Ha két ellentétes reakció fordul elő azonos sebességgel, akkor a termék vagy a reagensek mennyisége nettóan nem növekszik. Mindezek a tényezők - a reakció által okozott entrópia változása, a reakció kinetikája és a reakció egyensúlyi pontja - fontosak annak meghatározásában, hogy a reakció megtörténjen-e, és hogyan fog kinézni.