As reações químicas ocorrem quando duas substâncias interagem para formar novos compostos ou moléculas. Esses processos são onipresentes na natureza e essenciais para a vida; A definição de vida da NASA, por exemplo, descreve-a como um "sistema químico autossustentável capaz de evolução darwiniana". Vários fatores determinam quando e se uma reação química ocorrerá.

Colisões

Quando duas moléculas colidem com a orientação correta e força suficiente, uma reação química pode resultar. Nem todas as colisões causam reações, no entanto; os átomos ou moléculas devem ser capazes de se recombinar para formar novos compostos. Átomos de hélio, por exemplo, são inertes; eles não reagirão com outros gases porque sua camada externa de elétrons já está cheia.

As ligações entre os átomos consomem energia, enquanto a formação de novas ligações libera energia. Se uma combinação de dois átomos tem energia mais baixa que os átomos individuais, o composto que esses átomos formam é estável. Podemos usar a termodinâmica para prever se tal reação ocorrerá.

Entropia

A entropia é uma medida de desordem. A Segunda Lei da Termodinâmica sustenta que a entropia de um sistema fechado nunca pode diminuir. Se uma reação aumenta a entropia total do sistema e seus arredores, a reação será espontânea. Reações que não são espontâneas ocorrem apenas quando associadas a uma reação espontânea, ou como resultado de um trabalho em um sistema (isto é, gastando energia, o que causa um aumento na entropia líquida). Conseqüentemente, a entropia total do universo sempre aumenta.

Como exemplo, seu corpo potencializa reações que não são espontâneas (por exemplo, síntese de proteínas) usando reações que liberam energia e causam um grande aumento na entropia total (por exemplo , metabolismo da glicose).

A entropia total é difícil de medir, então os químicos predizem se as reações serão espontâneas calculando a energia livre de Gibbs, que eles definem como o calor absorvido por uma reação a pressão constante, menos a temperatura , multiplicou a mudança na entropia do sistema. Uma energia livre negativa de Gibbs indica uma reação espontânea.

Equilíbrio

O fato de uma reação ser espontânea nem sempre significa que ela acontece rapidamente. As reações entre os átomos de carbono no diamante são espontâneas, mas essas reações são tão lentas que os diamantes duram muito tempo.

As reações também podem atingir um estado de equilíbrio; quando duas reações opostas ocorrem em uma taxa igual, não há aumento líquido na quantidade do produto ou dos reagentes. Todos esses fatores - a mudança na entropia causada por uma reação, a cinética da reação e o ponto de equilíbrio da reação - são importantes para determinar se uma reação ocorrerá e como ela se parecerá.