Zawartość
Reakcje chemiczne zachodzą, gdy dwie substancje oddziałują tworząc nowe związki lub cząsteczki. Procesy te są wszechobecne w przyrodzie i niezbędne dla życia; Na przykład robocza definicja życia NASA opisuje ją jako „samowystarczalny system chemiczny zdolny do ewolucji darwinowskiej”. Kilka czynników decyduje o tym, kiedy i czy zajdzie reakcja chemiczna.
Kolizje
Gdy dwie cząsteczki zderzą się z odpowiednią orientacją i wystarczającą siłą, może dojść do reakcji chemicznej. Jednak nie wszystkie kolizje powodują reakcje; atomy lub cząsteczki muszą być zdolne do rekombinacji w celu utworzenia nowych związków. Na przykład atomy helu są obojętne; nie będą reagować z innymi gazami, ponieważ ich zewnętrzna powłoka elektronowa jest już pełna.
Zerwanie wiązań między atomami wymaga energii, a tworzenie nowych wiązań uwalnia energię. Jeśli połączenie dwóch atomów ma niższą energię niż pojedyncze atomy, związek, który tworzą te atomy, jest stabilny. Możemy użyć termodynamiki, aby przewidzieć, czy taka reakcja nastąpi.
Entropia
Entropia jest miarą nieporządku. Drugie prawo termodynamiki utrzymuje, że entropia zamkniętego układu nigdy nie może się zmniejszyć. Jeśli reakcja zwiększy całkowitą entropię układu i jego otoczenia, reakcja będzie spontaniczna. Reakcje, które nie są spontaniczne, występują tylko w połączeniu z reakcją spontaniczną lub w wyniku wykonywania pracy w systemie (tj. Przez wydatkowanie energii, co powoduje wzrost entropii netto). W konsekwencji całkowita entropia wszechświata zawsze wzrasta.
Jako przykład, twoje ciało napędza reakcje, które nie są spontaniczne (np. Synteza białek) za pomocą reakcji, które uwalniają energię i powodują duży wzrost całkowitej entropii (np. Metabolizm glukozy).
Trudno jest zmierzyć całkowitą entropię, więc chemicy przewidują, czy reakcje będą spontaniczne, obliczając swobodną energię Gibbsa, którą określają jako ciepło pochłaniane przez reakcję pod stałym ciśnieniem, minus temperatura, zwielokrotniają zmianę entropii układu. Ujemna energia swobodna Gibbsa wskazuje na spontaniczną reakcję.
równowaga
Fakt, że reakcja jest spontaniczna, nie zawsze oznacza, że dzieje się to szybko. Reakcje między atomami węgla w diamentie są spontaniczne, ale reakcje są tak wolne, że diamenty trwają bardzo długo.
Reakcje mogą również osiągnąć stan równowagi; gdy dwie przeciwne reakcje zachodzą z jednakową szybkością, nie ma wzrostu netto ilości produktu lub reagentów. Wszystkie te czynniki - zmiana entropii spowodowana reakcją, kinetyka reakcji i punkt równowagi reakcji - są ważne dla ustalenia, czy reakcja nastąpi i jak będzie wyglądać.