Sisu
Keemilised reaktsioonid toimuvad siis, kui kaks ainet interakteeruvad, moodustades uusi ühendeid või molekule. Need protsessid on oma olemuselt üldlevinud ja eluks vajalikud; Näiteks kirjeldab NASA töötav elumõiste seda kui "isemajandavat keemilist süsteemi, mis on võimeline Darwini evolutsiooniks". Mitmed tegurid määravad, millal ja kas keemiline reaktsioon toimub.
Kokkupõrked
Kui kaks molekuli põrkuvad õige suuna ja piisava jõuga, võib tekkida keemiline reaktsioon. Mitte kõik kokkupõrked ei põhjusta siiski reaktsioone; aatomid või molekulid peavad suutma rekombineeruda, et moodustada uusi ühendeid. Näiteks heeliumiaatomid on inertsed; nad ei reageeri muude gaasidega, kuna nende välimine elektronkest on juba täis.
Aatomite vaheliste sidemete purunemine võtab energiat, samas kui uute sidemete moodustamine vabastab energiat. Kui kahe aatomi kombinatsioonil on madalam energia kui üksikutel aatomitel, on nende aatomite moodustatud ühend stabiilne. Sellise reaktsiooni toimumise ennustamiseks võime kasutada termodünaamikat.
Entroopia
Entroopia on häire suurus. Termodünaamika teine seadus leiab, et suletud süsteemi entroopia ei saa kunagi väheneda. Kui reaktsioon suurendab süsteemi ja selle ümbruse kogu entroopiat, on reaktsioon spontaanne. Reaktsioonid, mis ei ole iseeneslikud, tekivad ainult koos spontaanse reaktsiooniga või süsteemis töötamise tagajärjel (st energia kulutamisega, mis põhjustab netoentroopia suurenemist). Järelikult suureneb universumi totaalne entroopia alati.
Näitena osutab teie keha reaktsioone, mis ei ole iseeneslikud (nt valkude süntees), kasutades reaktsioone, mis vabastavad energiat ja põhjustavad kogu entroopia (nt glükoosi metabolism) suurt suurenemist.
Totaalset entroopiat on raske mõõta, nii et keemikud ennustavad, kas reaktsioonid toimuvad iseeneslikult, arvutades Gibbsi vaba energia, mida nad määratlevad kui konstantsel rõhul reaktsioonist neeldunud soojust, millest lahutatakse temperatuur, korrutades süsteemi entroopia muutuse. Gibbsi negatiivne vaba energia näitab spontaanset reaktsiooni.
Tasakaal
Fakt, et reaktsioon on spontaanne, ei tähenda alati, et see toimub kiiresti. Teemandi süsinikuaatomite vahelised reaktsioonid on iseeneslikud, kuid need reaktsioonid on nii aeglased, et teemandid kestavad väga pikka aega.
Reaktsioonid võivad samuti jõuda tasakaaluni; kui võrdsel kiirusel toimuvad kaks vastandlikku reaktsiooni, ei suurene produkti ega reagentide kogus netohinda. Kõik need tegurid - reaktsiooni põhjustatud entroopia muutus, reaktsiooni kineetika ja reaktsiooni tasakaalupunkt - on olulised määramaks, kas reaktsioon toimub ja milline see välja näeb.