Innhold
Kjemiske reaksjoner oppstår når to stoffer samvirker for å danne nye forbindelser eller molekyler. Disse prosessene er allestedsnærværende av natur og essensielle for livet; NASAs virkelige definisjon av livet beskriver det for eksempel som et "selvopprettholdende kjemisk system som er i stand til Darwinian evolusjon." Flere faktorer avgjør når og om en kjemisk reaksjon vil oppstå.
kollisjoner
Når to molekyler kolliderer med riktig orientering og tilstrekkelig kraft, kan det oppstå en kjemisk reaksjon. Ikke alle kollisjoner gir imidlertid reaksjoner; atomer eller molekyler må kunne rekombinere for å danne nye forbindelser. Heliumatomer er for eksempel inerte; de vil ikke reagere med andre gasser fordi deres ytterste elektronskall allerede er fullt.
Å bryte bindinger mellom atomer tar energi, mens det å danne nye bindinger frigjør energi. Hvis en kombinasjon av to atomer har lavere energi enn de enkelte atomer, er forbindelsen disse atomene danner stabil. Vi kan bruke termodynamikk for å forutsi om en slik reaksjon vil oppstå.
Entropy
Entropi er et mål på forstyrrelse. Den andre termodynamikkloven sier at entropien til et lukket system aldri kan avta. Hvis en reaksjon øker den totale entropien til systemet og dets omgivelser, vil reaksjonen være spontan. Reaksjoner som ikke er spontane forekommer bare når de kobles til en spontan reaksjon, eller som et resultat av å utføre arbeid på et system (dvs. ved å bruke energi, noe som forårsaker en økning i netto entropi). Følgelig øker alltid universets totale entropi.
Som et eksempel gir kroppen din reaksjoner som ikke er spontane (f.eks. Proteinsyntese) ved å bruke reaksjoner som frigjør energi og forårsaker en stor økning i total entropi (f.eks. Glukosemetabolisme).
Total entropi er vanskelig å måle, så kjemikere spår om reaksjonene vil være spontane ved å beregne Gibbs frie energi, som de definerer som varmen som absorberes av en reaksjon ved konstant trykk minus temperaturen, ganget endringen i systemets entropi. En negativ Gibbs fri energi indikerer en spontan reaksjon.
Equilibrium
Det at en reaksjon er spontan, betyr ikke alltid at den skjer raskt. Reaksjonene mellom karbonatomene i diamant er spontane, men disse reaksjonene er så langsomme at diamanter varer veldig lenge.
Reaksjoner kan også nå en tilstand av likevekt; når to motsatte reaksjoner forekommer med samme hastighet, er det ingen netto økning i mengden av produktet eller reaktantene. Alle disse faktorene - endringen i entropi forårsaket av en reaksjon, reaksjonens kinetikk og reaksjonens likevektpunkt - er viktige for å avgjøre om en reaksjon vil skje og hvordan den vil se ut.