Contenuto
Le reazioni chimiche si verificano quando due sostanze interagiscono per formare nuovi composti o molecole. Questi processi sono onnipresenti in natura ed essenziali per la vita; La definizione operativa della vita della NASA, ad esempio, la descrive come un "sistema chimico autosufficiente capace di evoluzione darwiniana". Diversi fattori determinano quando e se si verificherà una reazione chimica.
collisioni
Quando due molecole si scontrano con il giusto orientamento e la forza sufficiente, può verificarsi una reazione chimica. Tuttavia, non tutte le collisioni provocano reazioni; gli atomi o le molecole devono essere in grado di ricombinarsi per formare nuovi composti. Gli atomi di elio, ad esempio, sono inerti; non reagiranno con altri gas perché il loro guscio elettronico esterno è già pieno.
La rottura dei legami tra gli atomi richiede energia, mentre la formazione di nuovi legami rilascia energia. Se una combinazione di due atomi ha un'energia inferiore rispetto ai singoli atomi, il composto che formano questi atomi è stabile. Possiamo usare la termodinamica per prevedere se si verificherà tale reazione.
entropia
L'entropia è una misura del disordine. La seconda legge della termodinamica sostiene che l'entropia di un sistema chiuso non può mai diminuire. Se una reazione aumenta l'entropia totale del sistema e dei suoi dintorni, la reazione sarà spontanea. Le reazioni che non sono spontanee si verificano solo se abbinate a una reazione spontanea o come risultato del lavoro su un sistema (vale a dire, spendendo energia, che provoca un aumento dell'entropia netta). Di conseguenza, l'entropia totale dell'universo aumenta sempre.
Ad esempio, il tuo corpo alimenta reazioni che non sono spontanee (ad es. Sintesi proteica) usando reazioni che rilasciano energia e causano un grande aumento dell'entropia totale (ad es. Metabolismo del glucosio).
L'entropia totale è difficile da misurare, quindi i chimici predicono se le reazioni saranno spontanee calcolando l'energia libera di Gibbs, che definiscono il calore assorbito da una reazione a pressione costante, meno la temperatura, moltiplicando il cambiamento di entropia del sistema. Un'energia libera di Gibbs negativa indica una reazione spontanea.
Equilibrio
Il fatto che una reazione sia spontanea non significa sempre che accada rapidamente. Le reazioni tra gli atomi di carbonio nel diamante sono spontanee, ma queste reazioni sono così lente che i diamanti durano a lungo.
Le reazioni possono anche raggiungere uno stato di equilibrio; quando si verificano due reazioni opposte allo stesso ritmo, non vi è alcun aumento netto della quantità del prodotto o dei reagenti. Tutti questi fattori — il cambiamento di entropia causato da una reazione, la cinetica della reazione e il punto di equilibrio della reazione — sono importanti nel determinare se si verificherà una reazione e come sarà.