Indhold
Kemiske reaktioner opstår, når to stoffer interagerer og danner nye forbindelser eller molekyler. Disse processer er allestedsnærværende i naturen og essentielle for livet; NASAs arbejdsdefinition af livet beskriver for eksempel det som et "selvbærende kemisk system, der er i stand til Darwinian evolution." Flere faktorer bestemmer hvornår og om en kemisk reaktion vil forekomme.
kollisioner
Når to molekyler kolliderer med den rigtige orientering og tilstrækkelig kraft, kan der opstå en kemisk reaktion. Ikke alle kollisioner forårsager imidlertid reaktioner; atomer eller molekyler skal være i stand til at rekombinere for at danne nye forbindelser. Heliumatomer er for eksempel inerte; de vil ikke reagere med andre gasser, fordi deres yderste elektronskal allerede er fuld.
At bryde bindinger mellem atomer optager energi, mens dannelse af nye bindinger frigiver energi. Hvis en kombination af to atomer har lavere energi end de individuelle atomer, er forbindelsen, disse atomer danner, stabil. Vi kan bruge termodynamik til at forudsige, om en sådan reaktion vil forekomme.
Entropi
Entropi er et mål for forstyrrelse. Den anden lov om termodynamik hævder, at entropien af et lukket system aldrig kan mindskes. Hvis en reaktion øger den totale entropi af systemet og dets omgivelser, vil reaktionen være spontan. Reaktioner, der ikke er spontane, forekommer kun, når de er forbundet med en spontan reaktion, eller som et resultat af at arbejde på et system (dvs. ved at bruge energi, hvilket medfører en stigning i nettoantropi). Følgelig stiger universets samlede entropi altid.
Som et eksempel kræver din krop reaktioner, der ikke er spontane (f.eks. Proteinsyntese) ved hjælp af reaktioner, der frigiver energi og forårsager en stor stigning i total entropi (f.eks. Glukosemetabolisme).
Total entropi er vanskelig at måle, så kemikere forudsiger, om reaktionerne vil være spontane ved at beregne Gibbs frie energi, som de definerer som den varme, der absorberes af en reaktion ved konstant tryk minus temperaturen, ganget ændringen i systemets entropi. En negativ Gibbs-fri energi angiver en spontan reaktion.
Equilibrium
Det faktum, at en reaktion er spontan, betyder ikke altid, at den sker hurtigt. Reaktionerne mellem carbonatomer i diamant er spontane, men disse reaktioner er så langsomme, at diamanter varer meget lang tid.
Reaktioner kan også nå en balance i ligevægt; når to modsatte reaktioner forekommer i samme hastighed, er der ingen nettoforøgelse i mængden af produktet eller reaktanterne. Alle disse faktorer - ændringen i entropi forårsaget af en reaktion, reaktionens kinetik og reaktionens ligevægtspunkt - er vigtige for at bestemme, om en reaktion vil finde sted, og hvordan den vil se ud.