Las reacciones químicas ocurren siempre que se forman o rompen enlaces entre moléculas. Por qué ciertos átomos se combinan con qué otros átomos es una cuestión compleja que se explica exhaustivamente por la química cuántica. La versión simple es que los átomos se unen electromagnéticamente según las propiedades de sus capas de electrones. Hay varios tipos de enlaces químicos; en general, cuanto más se superponen las capas de electrones, más fuerte es el enlace. Las reacciones químicas ocurren cuando el calor, la radiación y / o sustancias químicas extrañas alteran una condición de equilibrio y provocan la rotura y / o formación de enlaces químicos, dando lugar a nuevas formas moleculares.
Las reacciones químicas se pueden clasificar en algunas categorías. El más simple es probablemente la síntesis, donde dos o más moléculas o átomos se combinan en una nueva molécula. Por ejemplo, el hierro más el oxígeno forman óxido de hierro u óxido. Lo opuesto a la síntesis es el análisis o descomposición química, donde una molécula se rompe en sus constituyentes. Esto ocurre cuando la electrólisis del agua produce oxígeno e hidrógeno gaseoso. La sustitución, otra variedad de reacción química, ocurre cuando un átomo o molécula más reactivo expulsa una parte de otra molécula y ocupa su lugar. Esto sucede siempre que un ácido se come un metal. Y finalmente, está la combustión, que ocurre cuando algo como la madera se oxida y se incinera.
El número de posibles reacciones químicas en la naturaleza es enorme. Hay más de miles de millones, debido a que las moléculas muy grandes tienen tantos componentes, el número de reacciones posibles es inmenso. Esto es particularmente cierto en la química orgánica, donde las moléculas de un millón de átomos son la norma. La vida es posible debido a la enorme cantidad de posibles configuraciones químicas que pueden lograr las moléculas orgánicas.
En los orgánicos especialmente, las moléculas especiales llamadas enzimas son capaces de acelerar las reacciones químicas sin sufrir por sí mismas ningún cambio químico. Otra palabra para esto es catalizador. Sin enzimas catalíticas, la cascada cotidiana de las numerosas reacciones que componen la vida tardaría demasiado en ser práctica. En los automóviles, los convertidores catalíticos procesan los gases de escape del motor para hacerlo mucho menos tóxico de lo que sería de otra manera. Una tarea muy importante de los químicos es comprender a fondo los catalizadores.
Es imposible subestimar la importancia de las reacciones químicas en el mundo en el que vivimos. Se producen numerosos avances científicos cuando entendemos aunque sea un poco más acerca de la química. Quizás uno de los más importantes para la civilización humana es el proceso Haber-Bosch, una reacción química en la que el nitrógeno de la atmósfera se comprime y se combina con otros productos químicos en un ambiente sobrecalentado para crear fertilizantes artificiales. Sin él, no podríamos cultivar todas las plantas que usamos para alimentarnos, y la población mundial sería mucho más pequeña y estaría más hambrienta.