Obsah
Chemické reakcie sa vyskytujú, keď dve látky interagujú za vzniku nových zlúčenín alebo molekúl. Tieto procesy sú svojou povahou všadeprítomné a nevyhnutné pre život; Napríklad pracovná definícia života NASA ho opisuje ako „sebestačný chemický systém schopný darvinovskej evolúcie“. Kedy a či dôjde k chemickej reakcii určujú viaceré faktory.
kolízie
Ak sa dve molekuly zrazia so správnou orientáciou a dostatočnou silou, môže dôjsť k chemickej reakcii. Nie všetky kolízie však spôsobujú reakcie; atómy alebo molekuly musia byť schopné rekombinovať za vzniku nových zlúčenín. Atómy hélia sú napríklad inertné; nebudú reagovať s inými plynmi, pretože ich najvzdialenejší obal elektrónov je už plný.
Prerušenie väzieb medzi atómami absorbuje energiu, zatiaľ čo vytváranie nových väzieb uvoľňuje energiu. Ak kombinácia dvoch atómov má nižšiu energiu ako jednotlivé atómy, zlúčenina, ktorú tvoria tieto atómy, je stabilná. Pomocou termodynamiky môžeme predpovedať, či k takejto reakcii dôjde.
Entropy
Entropia je mierou poruchy. Druhý termodynamický zákon tvrdí, že entropia uzavretého systému sa nikdy nemôže znížiť. Ak reakcia zvyšuje celkovú entropiu systému a jeho okolia, reakcia bude spontánna. Reakcie, ktoré nie sú spontánne, sa vyskytujú iba vtedy, keď sú spojené so spontánnou reakciou alebo sú výsledkom práce na systéme (t. J. Spotrebou energie, ktorá spôsobuje zvýšenie čistej entropie). V dôsledku toho sa celková entropia vesmíru vždy zvyšuje.
Napríklad vaše telo poháňa reakcie, ktoré nie sú spontánne (napr. Syntéza bielkovín) pomocou reakcií, ktoré uvoľňujú energiu a spôsobujú veľké zvýšenie celkovej entropie (napr. Metabolizmus glukózy).
Celková entropia je ťažké merať, takže chemici predpovedajú, či budú reakcie spontánne výpočtom Gibbsovej voľnej energie, ktorú definujú ako teplo absorbované reakciou pri konštantnom tlaku mínus teplota, znásobené zmenou entropie systému. Záporná Gibbsova voľná energia naznačuje spontánnu reakciu.
rovnováha
Skutočnosť, že reakcia je spontánna, neznamená vždy, že sa stane rýchlo. Reakcie medzi atómami uhlíka v diamantu sú spontánne, ale tieto reakcie sú také pomalé, že diamanty vydržia veľmi dlho.
Reakcie môžu tiež dosiahnuť rovnovážny stav; ak sa vyskytujú dve opačné reakcie rovnakou rýchlosťou, nedochádza k čistému zvýšeniu množstva produktu alebo reakčných zložiek. Všetky tieto faktory - zmena entropie spôsobená reakciou, kinetika reakcie a rovnovážny bod reakcie - sú dôležité pri určovaní, či reakcia nastane a ako bude vyzerať.