L’equilibrio chimico si riferisce a un rapporto stabile tra reagenti e prodotti in una reazione chimica reversibile. In una reazione reversibile, i reagenti non si trasformano completamente in prodotti; piuttosto, smetteranno lentamente di reagire quando viene raggiunto l’equilibrio chimico. La velocità di una reazione è influenzata da molti fattori, tra cui la temperatura, la fase della materia e la presenza di un catalizzatore. Molte reazioni richiedono un input iniziale di energia per iniziare a reagire.
Più fondamentalmente, una reazione chimica è la creazione o la rottura di legami chimici. Un legame chimico si verifica quando le forze elettromagnetiche tra atomi o molecole provocano un’attrazione tra di loro. Un legame ionico si ha quando due ioni, atomi con carica opposta, si attraggono direttamente l’uno con l’altro. Un legame covalente implica la condivisione di coppie di elettroni tra atomi. Questi legami chimici formano nuove sostanze con proprietà chimiche proprie.
Il concetto di equilibrio chimico è legato all’idea di una reazione reversibile. In effetti, tutte le reazioni chimiche sono in una certa misura reversibili, quindi non c’è differenza fondamentale tra reagenti e prodotti. Alcune reazioni, tuttavia, hanno un grado di reversibilità non trascurabile: è in queste reazioni che l’equilibrio chimico diventa importante. Quando la reversibilità è enfatizzata nella notazione scientifica, la freccia originale tra reagenti e prodotti è sostituita da una coppia di frecce uncinate. Questi indicano che la reazione avviene in entrambe le direzioni.
La velocità con cui viene raggiunto l’equilibrio chimico può variare enormemente. Alcune reazioni sono complete dopo meno di un secondo, mentre altre richiedono molti anni. Sebbene non esista un unico metodo per prevedere una velocità di reazione, è noto che molti fattori hanno ruoli importanti.
Uno di questi fattori è la temperatura. Temperature più elevate consentono a più energia di entrare in un sistema, il che in genere si traduce in reazioni più rapide. La fase della materia, solida, liquida o gassosa, può anche influenzare la velocità con cui le sostanze raggiungono l’equilibrio chimico. Infine, la presenza di un catalizzatore può accelerare notevolmente una reazione. Un enzima è un tipo di catalizzatore importante nella regolazione del metabolismo degli esseri viventi.
Alcune reazioni non avvengono anche se non sono all’equilibrio chimico. Questo perché molte reazioni richiedono un’energia di attivazione. L’idrogeno liquido e l’ossigeno, ad esempio, possono rimanere in contatto fisico senza reagire. Una piccola quantità di energia, tuttavia, può sostanzialmente far esplodere i reagenti e rilasciare una grande quantità di energia. Lo stesso fenomeno si verifica quando si brucia il legno: sebbene il legno possa rilasciare molta energia quando viene bruciato, è sempre necessaria una scintilla o una fiamma iniziale per avviare il processo.