Hvad er årsager til kemiske reaktioner?

Kemiske reaktioner opstår, når to stoffer interagerer for at danne nye forbindelser eller molekyler. Disse processer er allestedsnærværende i naturen og afgørende for livet; NASAs arbejdsdefinition af livet beskriver for eksempel det som et "selvbærende kemisk system, der er i stand til darwinistisk udvikling." Flere faktorer bestemmer hvornår og om en kemisk reaktion vil forekomme.

Kollisioner

Når to molekyler kolliderer med den rigtige orientering og tilstrækkelig kraft, kan der opstå en kemisk reaktion. Ikke alle sammenstød forårsager reaktioner. Atomer eller molekyler skal kunne rekombinere til dannelse af nye forbindelser. Heliumatomer er for eksempel inerte; de vil ikke reagere med andre gasser, fordi deres yderste elektronskal allerede er fuld.

At bryde bindinger mellem atomer optager energi, mens der dannes nye obligationer, der frigiver energi. Hvis en kombination af to atomer har lavere energi end de enkelte atomer, er forbindelsen disse atomer dannet stabil. Vi kan bruge termodynamik til at forudsige, om en sådan reaktion vil forekomme.

Entropi

Entropi er et mål for lidelse. Thermodynamikens anden lov fastholder, at entropien af ​​et lukket system aldrig kan falde. Hvis en reaktion øger systemets samlede entropi og dens omgivelser, vil reaktionen være spontan. Reaktioner, der ikke er spontane, forekommer kun, når de kombineres med en spontan reaktion eller som følge af at arbejde på et system (dvs. ved at udbrede energi, hvilket forårsager en stigning i net entropi). Derfor øger universets samlede entropi altid.

Som eksempel giver din krop reaktioner, der ikke er spontane (fx proteinsyntese) ved hjælp af reaktioner, der frigiver energi og forårsager en stor stigning i total entropi (f.eks. , glukosemetabolismen).

Total entropi er svær at måle, så kemikere forudsiger, om reaktionerne vil være spontane ved at beregne Gibbs fri energi, som de definerer som varmen absorberet af en reaktion ved konstant tryk, minus temperaturen , multipliceret ændringen i entropi af systemet. En negativ Gibbs fri energi indikerer en spontan reaktion.

Ligevægt

At en reaktion er spontan betyder ikke altid, at det sker hurtigt. Reaktionerne mellem carbonatomerne i diamant er spontane, men disse reaktioner er så langsomme, at diamanter varer meget lang tid.

Reaktioner kan også nå en ligevægtstilstand; når to modsatte reaktioner forekommer med samme hastighed, er der ingen nettoforøgelse i mængden af ​​produktet eller reaktanterne. Alle disse faktorer-forandringen i entropi forårsaget af en reaktion, reaktionens kinetik og ligevægtspunktet for reaktionen er vigtige for at bestemme om en reaktion vil forekomme, og hvordan den vil se ud.