Hva er årsakene til kjemiske reaksjoner?
Kjemiske reaksjoner oppstå når to stoffene virker sammen og danne nye forbindelser eller molekyler. Disse prosessene er allestedsnærværende i naturen og er vesentlige for liv; NASA definisjon av liv, for eksempel, beskriver det som en "selvbærende kjemisk system som kan darwinian evolusjon." Flere faktorer bestemme når og hvorvidt en kjemisk reaksjon vil forekomme.
kollisjoner
Når to molekyler kolliderer med den riktige orientering og en tilstrekkelig kraft, kan en kjemisk reaksjon resultat. Ikke alle kollisjoner føre til reaksjoner, men; atomene eller molekylene må være i stand til å rekombinere til å danne nye forbindelser. Heliumatomer, for eksempel, er inert; de vil ikke reagere med andre gasser, fordi deres ytterste elektronskall er allerede full.
Breaking bindinger mellom atomene tar opp energi, mens danne nye obligasjoner frigjør energi. Hvis en kombinasjon av to atomer har lavere energi enn de enkelte atomer, forbindelsen disse atomene danner er stabil. Vi kan bruke termodynamikk for å forutsi hvorvidt en slik reaksjon vil forekomme.
Entropy
Entropi er et mål på lidelse. Den termodynamikkens andre lov mener at entropi et lukket system aldri kan reduseres. Dersom en reaksjon øker den totale entropi av systemet og dets omgivelser, vil reaksjonen være spontan. Reaksjoner som ikke spontan bare forekomme når kombinert med en spontan reaksjon, eller som et resultat av å gjøre arbeidet med et system (dvs. ved å bruke energi, noe som fører til en økning i netto entropi). Følgelig øker alltid den totale entropien i universet.
Som et eksempel, din kropp krefter reaksjoner som ikke er spontan (f.eks proteinsyntese) under anvendelse av reaksjoner som kan avgi energi og forårsaker en stor økning i den totale entropi (for eksempel glukosemetabolismen).
Total entropi er vanskelig å måle, så kjemikere forutse om reaksjonene vil være spontan ved beregning av Gibbs fri energi, som de definerer som varmen absorbert av en reaksjon ved konstant trykk, minus temperatur, multiplisert endringen i entropi av systemet. En negativ Gibbs fri energi indikerer en spontan reaksjon.
Equilibrium
Det faktum at en reaksjon er spontan betyr ikke alltid det skjer raskt. Reaksjonene mellom karbonatomene i diamant er spontan, men disse reaksjonene er så langsom at diamanter vare meget lang tid.
Reaksjonene kan også nå en tilstand av likevekt; når to motstående reaksjoner forekommer ved en lik hastighet, er det ingen netto økning i mengden av produktet eller reaktantene. Alle disse faktorene --- endringen i entropi forårsaket av en reaksjon, kinetikken til reaksjonen, og likevektspunktet for reaksjonen --- er viktig for å avgjøre hvorvidt en reaksjon vil forekomme, og hva det vil se ut.