2.8: 化学反应

化学反应是物质原子中的键重新排列以产生新物质的过程。物质不能在化学反应中产生或破坏——构成反应物的相同类型和数量的原子仍然存在于产物中。仅仅，化学键的重排会产生新的化合物。

化学反应将原子重排成新物质

化学反应采用起始材料（反应物）并将它们转化为不同的物质（产物）。元素的身份在方程的两侧是相同的，但在反应发生后它们被安排在不同的物质中。在化学反应中，原子之间的键被破坏和重整，这意味着原子之间共享的电子被重新排列。反应可以是自发的，也可能仅在存在能量源（例如热或光）的情况下发生。此外，大分子可以充当酶——催化剂，大大加快生物系统中的化学反应。如果没有酶，大多数生物反应需要很长时间才能完成。

化学反应可以是永久的，也可以是可逆

一些反应只会向前进行，直到所有反应物都用完，而另一些反应是可逆的，如果条件发生变化，产物能够转化回反应物。某些类型的化学反应，例如由两种溶解物质形成固体产物的燃烧反应或沉淀反应，通常只沿一个方向进行。不可逆反应的一个例子是在大气氧气存在下碳氢化合物燃料的燃烧，它产生热能和光能、二氧化碳气体和水。其他反应在任一方向发生，直到反应物和产物达到平衡，即反应物或产物浓度没有净变化的点。

物质守恒定律和平衡化学方程

在化学反应中，物质不能被创造或破坏。这个原则被称为物质守恒定律。然而，形成的产物通常包含与反应物不同比例的原子。平衡的化学方程式通过向产物和反应物添加系数来解释方程两侧的所有原子，直到方程两侧每种原子的总数相等。系数适用于化合物中的所有原子，就像数学系数适用于括号中包含的所有变量一样。例如，从氢气和氧气生成水的反应是:

H₂ + O₂ → H₂O

在这个不平衡方程中，每侧有两个氢原子，但氧原子的数量不相等。为了平衡方程，添加了系数，使两侧的氢原子和氧原子数量相等:

2H₂ + O₂ → 2H₂O

在平衡方程中，方程的每一侧总共有四个氢原子和两个氧原子。

化学反应 动力电池

为地球上大部分生命提供动力的两个重要过程是光合作用，前者将阳光转化为六碳糖葡萄糖，后者将葡萄糖转化为可用能量。这两个基本反应的核心是一对互补的化学反应。光合生物利用阳光的能量将二氧化碳和水转化为糖和分子氧。然后，所有好氧生物都在氧气存在下使用细胞呼吸来分解糖分——无论是制造糖还是食用糖分——以产生满足其基本需求的能量。