Las reacciones químicas ocurren cuando dos sustancias interactúan para formar nuevos compuestos o moléculas. Estos procesos son de naturaleza omnipresente y esenciales para la vida; La definición operativa de vida de la NASA, por ejemplo, la describe como un "sistema químico autosostenible capaz de la evolución darwiniana". Varios factores determinan cuándo y si se producirá una reacción química.

Colisiones

Cuando dos moléculas colisionan con la orientación correcta y fuerza suficiente, puede producirse una reacción química. Sin embargo, no todas las colisiones causan reacciones; los átomos o moléculas deben poder recombinarse para formar nuevos compuestos. Los átomos de helio, por ejemplo, son inertes; no reaccionarán con otros gases porque su envoltura de electrones más externa ya está llena.

Romper enlaces entre átomos absorbe energía, mientras que la formación de nuevos enlaces libera energía. Si una combinación de dos átomos tiene menor energía que los átomos individuales, el compuesto que estos átomos forman es estable. Podemos usar la termodinámica para predecir si ocurrirá tal reacción.

Entropy

La entropía es una medida del desorden. La Segunda Ley de la Termodinámica sostiene que la entropía de un sistema cerrado nunca puede disminuir. Si una reacción aumenta la entropía total del sistema y su entorno, la reacción será espontánea. Las reacciones que no son espontáneas solo ocurren cuando se combinan con una reacción espontánea o como resultado de trabajar en un sistema (es decir, al gastar energía, lo que provoca un aumento en la entropía neta). En consecuencia, la entropía total del universo siempre aumenta.

Como ejemplo, tu cuerpo potencia reacciones que no son espontáneas (por ejemplo, síntesis de proteínas) utilizando reacciones que liberan energía y provocan un gran aumento de la entropía total (p. Ej. , metabolismo de la glucosa).

La entropía total es difícil de medir, por lo que los químicos predicen si las reacciones serán espontáneas calculando la energía libre de Gibbs, que definen como el calor absorbido por una reacción a presión constante, menos la temperatura , multiplicó el cambio en la entropía del sistema. Una energía libre negativa de Gibbs indica una reacción espontánea.

Equilibrium

El hecho de que una reacción sea espontánea no siempre significa que ocurre rápidamente. Las reacciones entre los átomos de carbono en el diamante son espontáneas, pero estas reacciones son tan lentas que los diamantes duran mucho tiempo.

Las reacciones también pueden alcanzar un estado de equilibrio; cuando se producen dos reacciones opuestas a una velocidad igual, no hay un aumento neto en la cantidad del producto o los reactivos. Todos estos factores, el cambio en la entropía provocado por una reacción, la cinética de la reacción y el punto de equilibrio de la reacción, son importantes para determinar si se producirá o no la reacción.