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2つの物質が相互作用して新しい化合物または分子を形成すると、化学反応が起こります。これらのプロセスは本質的にユビキタスであり、生活に不可欠です。たとえば、NASAの作業定義では、「ダーウィンの進化が可能な自立した化学システム」として説明されています。いくつかの要因により、化学反応が発生する時期と時期が決まります。
衝突
2つの分子が正しい方向と十分な力で衝突すると、化学反応が起こることがあります。ただし、すべての衝突が反応を引き起こすわけではありません。原子または分子は再結合して新しい化合物を形成できる必要があります。たとえば、ヘリウム原子は不活性です。それらの最外殻はすでに満杯であるため、他のガスと反応しません。
原子間の結合を破壊するとエネルギーが消費され、新しい結合を形成するとエネルギーが放出されます。 2つの原子の組み合わせのエネルギーが個々の原子よりも低い場合、これらの原子が形成する化合物は安定しています。熱力学を使用して、そのような反応が発生するかどうかを予測できます。
エントロピー
エントロピーは無秩序の尺度です。熱力学の第二法則は、閉じたシステムのエントロピーは決して減少しないと考えています。反応によりシステムとその周囲の合計エントロピーが増加すると、反応は自然発生します。自発的ではない反応は、自発的な反応と結合した場合、またはシステムで作業を行った結果としてのみ発生します（つまり、エネルギーを消費して、正味エントロピーの増加を引き起こします）。その結果、宇宙の総エントロピーは常に増加します。
例として、あなたの体は、エネルギーを放出し、総エントロピーを大幅に増加させる反応（グルコース代謝など）を使用して、自発的ではない反応（タンパク質合成など）を促進します。
全エントロピーを測定するのは難しいため、化学者はギブスの自由エネルギーを計算することにより、反応が自発的になるかどうかを予測します。ギブスの自由エネルギーは、一定圧力での反応によって吸収される熱から温度を引いたものをシステムのエントロピーの変化に乗じたものとして定義されます。負のギブス自由エネルギーは、自発的な反応を示します。
平衡
反応が自発的であるという事実は、常にそれが急速に起こることを意味するわけではありません。ダイヤモンドの炭素原子間の反応は自発的ですが、これらの反応は非常に遅いため、ダイヤモンドは非常に長い間続きます。
反応も平衡状態に達する可能性があります。 2つの反対の反応が同じ速度で発生する場合、生成物または反応物の量に正味の増加はありません。これらのすべての要因（反応によって生じるエントロピーの変化、反応の速度論、および反応の平衡点）は、反応が発生するかどうか、および反応がどのように見えるかを決定する際に重要です。