Reakcja chemiczna to proces, w którym wiązania w atomach substancji są przegrupowywane w celu wytworzenia nowych substancji. Materia nie może zostać wytworzona ani zniszczona w reakcji chemicznej – ten sam typ i liczba atomów, które składają się na reagenty, jest nadal obecna w produktach. Jedynie przegrupowanie wiązań chemicznych wytwarza nowe związki.
Reakcja chemiczna bierze materiały wyjściowe – reagenty – i zmienia je w różne substancje – produkty. Tożsamości pierwiastków są takie same po obu stronach równania, ale po zajściu reakcji są one ułożone w różnych substancjach. W reakcjach chemicznych wiązania między atomami są zrywane i przekształcane, co oznacza, że współdzielone elektrony między atomami są przegrupowywane. Reakcje mogą być spontaniczne lub mogą zachodzić tylko w obecności źródła energii, takiego jak ciepło lub światło. Ponadto makrocząsteczki mogą działać jako enzymy – katalizatory, które znacznie przyspieszają reakcje chemiczne w systemach biologicznych. Większość reakcji biologicznych zajęłaby zbyt dużo czasu, aby zakończyć się bez enzymów.
Niektóre reakcje będą przebiegać tylko w kierunku do przodu, dopóki wszystkie reagenty nie zostaną zużyte, podczas gdy inne są odwracalne, a produkty są w stanie przekształcić się z powrotem w reagenty, jeśli zmienią się warunki. Niektóre rodzaje reakcji chemicznych, takie jak reakcje spalania lub reakcje wytrącania, które tworzą produkt stały z dwóch rozpuszczonych substancji, zwykle przebiegają tylko w jednym kierunku. Przykładem reakcji nieodwracalnej jest spalanie paliwa węglowodorowego w obecności tlenu atmosferycznego, który wytwarza energię cieplną i świetlną, gazowy dwutlenek węgla i wodę. Inne reakcje zachodzą w obu kierunkach, dopóki reagenty i produkty nie osiągną równowagi – punktu, w którym nie ma zmiany netto stężenia reagentów lub produktów.
W reakcji chemicznej materia nie może zostać wytworzona ani zniszczona. Zasada ta znana jest jako prawo zachowania materii. Jednak powstałe produkty często zawierają inne proporcje atomów niż reagenty. Zrównoważone równanie chemiczne uwzględnia wszystkie atomy po obu stronach równania poprzez dodawanie współczynników do produktów i reagentów, aż całkowita liczba każdego typu atomu będzie równa po obu stronach równania. Współczynnik ma zastosowanie do wszystkich atomów w związku, podobnie jak współczynnik matematyczny ma zastosowanie do wszystkich zmiennych zawartych w stwierdzeniu w nawiasie. Na przykład reakcja, w wyniku której powstaje woda z wodoru i tlenu gazowego, to:
H2 + O2 → H2O
W tym niezrównoważonym równaniu po każdej stronie znajdują się dwa atomy wodoru, ale jest nierówna liczba atomów tlenu. Aby zrównoważyć równanie, dodaje się współczynniki tak, aby po obu stronach znajdowała się równa liczba atomów wodoru i tlenu:
2H2 + O2 → 2H2O
W równaniu zrównoważonym po każdej stronie równania znajdują się łącznie cztery atomy wodoru i dwa atomy tlenu.
Dwa ważne procesy, które napędzają większość życia na Ziemi, to fotosynteza, która przekształca światło słoneczne w sześciowęglowy cukier glukozę, oraz oddychanie komórkowe, które przekształca glukozę w energię użytkową. Obie te podstawowe reakcje są w swej istocie parą uzupełniających się reakcji chemicznych. Organizmy fotosyntetyzujące wykorzystują energię światła słonecznego do przekształcania dwutlenku węgla i wody w cukier i tlen cząsteczkowy. Wszystkie organizmy tlenowe wykorzystują następnie oddychanie komórkowe do rozkładania tego cukru – niezależnie od tego, czy go wyprodukowały, czy spożyły – w obecności tlenu, aby wytworzyć energię dla swoich podstawowych potrzeb.
