Περιεχόμενο
Οι χημικές αντιδράσεις εμφανίζονται όταν δύο ουσίες αλληλεπιδρούν για να σχηματίσουν νέες ενώσεις ή μόρια. Αυτές οι διαδικασίες είναι πανταχού παρούσες στη φύση και ουσιαστικές για τη ζωή. Ο ορισμός της ζωής της NASA για τη ζωή, για παράδειγμα, το περιγράφει ως ένα "αυτοσυντηρούμενο χημικό σύστημα ικανό για δαρβινική εξέλιξη". Αρκετοί παράγοντες καθορίζουν πότε και εάν θα υπάρξει μια χημική αντίδραση.
Συγκρούσεις
Όταν δύο μόρια συγκρούονται με τον σωστό προσανατολισμό και επαρκή δύναμη, μπορεί να προκύψει μια χημική αντίδραση. Ωστόσο, όλες οι συγκρούσεις δεν προκαλούν αντιδράσεις. τα άτομα ή τα μόρια πρέπει να είναι ικανά να ανασυνδυαστούν για να σχηματίσουν νέες ενώσεις. Τα άτομα του ηλίου, για παράδειγμα, είναι αδρανή. δεν θα αντιδράσουν με άλλα αέρια επειδή το εξωτερικό τους κέλυφος ηλεκτρονίων είναι ήδη γεμάτο.
Το σπάσιμο των δεσμών μεταξύ των ατόμων παίρνει ενέργεια, ενώ σχηματίζοντας νέους δεσμούς απελευθερώνει ενέργεια. Εάν ένας συνδυασμός δύο ατόμων έχει χαμηλότερη ενέργεια από τα μεμονωμένα άτομα, η ένωση που σχηματίζουν αυτά τα άτομα είναι σταθερή. Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τη θερμοδυναμική για να προβλέψουμε αν θα συμβεί μια τέτοια αντίδραση.
Εντροπία
Η εντροπία είναι ένα μέτρο της διαταραχής. Ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής θεωρεί ότι η εντροπία ενός κλειστού συστήματος δεν μπορεί ποτέ να μειωθεί. Εάν μια αντίδραση αυξάνει τη συνολική εντροπία του συστήματος και του περιβάλλοντος, η αντίδραση θα είναι αυθόρμητη. Οι αντιδράσεις που δεν είναι αυθόρμητες εμφανίζονται μόνο όταν συνδυάζονται με μια αυθόρμητη αντίδραση, ή ως αποτέλεσμα της εργασίας σε ένα σύστημα (δηλαδή με την εξόρυξη ενέργειας, η οποία προκαλεί αύξηση της καθαρής εντροπίας). Συνεπώς, η συνολική εντροπία του σύμπαντος αυξάνεται πάντα.
Για παράδειγμα, το σώμα σας εξουσιώνει αντιδράσεις που δεν είναι αυθόρμητες (π.χ. πρωτεϊνική σύνθεση) χρησιμοποιώντας αντιδράσεις που απελευθερώνουν ενέργεια και προκαλούν μεγάλη αύξηση στην ολική εντροπία (π.χ. μεταβολισμό γλυκόζης).
Η συνολική εντροπία είναι δύσκολο να μετρηθεί, έτσι οι χημικοί προβλέπουν εάν οι αντιδράσεις θα είναι αυθόρμητες υπολογίζοντας την ελεύθερη ενέργεια Gibbs, την οποία ορίζουν ως η θερμότητα που απορροφάται από μια αντίδραση σε σταθερή πίεση, μείον τη θερμοκρασία, πολλαπλασιάζοντας την αλλαγή στην εντροπία του συστήματος. Μια αρνητική ελεύθερη ενέργεια Gibbs δείχνει μια αυθόρμητη αντίδραση.
Ισορροπία
Το γεγονός ότι μια αντίδραση είναι αυθόρμητη δεν σημαίνει πάντα ότι συμβαίνει γρήγορα. Οι αντιδράσεις μεταξύ των ατόμων άνθρακα στο διαμάντι είναι αυθόρμητες, αλλά αυτές οι αντιδράσεις είναι τόσο αργές ώστε τα διαμάντια διαρκούν πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα.
Οι αντιδράσεις μπορούν επίσης να φτάσουν σε κατάσταση ισορροπίας. όταν εμφανίζονται δύο αντίθετες αντιδράσεις με ίσο ρυθμό, δεν υπάρχει καθαρή αύξηση της ποσότητας του προϊόντος ή των αντιδραστηρίων. Όλοι αυτοί οι παράγοντες-η αλλαγή στην εντροπία που προκαλείται από μια αντίδραση, η κινητική της αντίδρασης και το σημείο ισορροπίας της αντίδρασης-είναι σημαντικές για να καθοριστεί αν θα συμβεί μια αντίδραση και ποια θα μοιάζει.