Jogosan merülhet fel a kérdés, hogy ha egy reakció hője negatív, vagyis a termékek alacsonyabb energiaszinten vannak, mint a kiindulási anyagok, miért nem játszódik le magától a reakció? Az alumínium és jód hevesen reagálnak egymással, mégis össze tudtuk keverni a két anyagot és a reakció csak akkor indult meg, amikor egy csepp vizet adtunk hozzá. Hogyan lehetséges, hogy az anyagok nem a lehetséges legalacsonyabb energiaszinten vannak?

Egy pillanatra próbáljuk meg a részecskék szintjén elképzelni, hogy mi szükséges ahhoz, hogy egy reakció végbe menjen! Vegyünk egy egyszerű folyamatot, legyen ez a víz képződése elemeiből!

2H₂+O₂=2H₂O

Mi mindennek kell megtörténnie a két gáz keverékében ahhoz, hogy ez a reakció létrejöjjön? Először is a két molekulának találkoznia kell. Már ez sem feltétlenül egyszerű, ha belegondolunk, milyen sok az üres tér a gázok között. Ezután szükség van arra, hogy a hidrogén és az oxigén molekulák kötései felbomoljanak, majd arra, hogy kialakuljanak az új kötések. Mindez energiát igényel. Ahhoz tehát, hogy a reakció lejátszódjon először energiabefektetésre van szükség. Ezt nevezik a reakciók esetében energiagátnak vagy aktiválási energiának.

Gyakran a kiindulási anyagok ütközésének energiája is elég ahhoz, hogy ezt az energiát biztosítsa, ilyenkor spontán módon is lejátszódik a reakció. Természetesen, minél gyorsabban mozognak a részecskék, annál nagyobb az ütközések energiája, tehát a magasabb hőmérsékleten a legtöbb reakció könnyebben indul be. A részecskék sebességét az is növeli, ha oldott formában vannak.
Amennyiben a reakció exoterm, vagyis energiát ad le, a leadott energia elegendő lehet ahhoz, hogy más részecskék számára biztosítsa az energiát átlépését. Jól látható, hogy ebben az esetben láncreakció játszódik le. Minél nagyobb a felszabaduló energia, annál hevesebben, fény és hangjelenségek kíséretében mehet végbe a reakció.

Vannak olyan esetek, amikor a reakció több módon is végbemehet és ezek az utak különböznek abban, hogy mekkora a szükséges aktiválási energia. A platina fém például oldja a hidrogéngázt, de nem molekula formájában, hanem atomokra bontva. Ez természetesen nagy előny lehet bármilyen olyan reakciónál, amiben hidrogén reagál, hiszen nem kell külön energiát fordítani a hidrogénmolekula kötéseinek felbontására. Érezhető az is, hogy a platina nem vesz részt a reakcióban, önmaga nem változik meg, mégis azt tapasztaljuk majd, hogy platina jelenlétében a reakció sokkal gyorsabban megy végbe.

Azt az anyagot, amelyik a reakció végén változatlan formában nyerhető vissza, ám jelentősen meggyorsítja a reakció végbemenetelét, csökkenti a szükséges aktiválási energiát katalizátornak nevezzük. A vegyiparban nagyon fontosak a katalizátorok, de az élőlényekben lejátszódó kémiai folyamatokhoz is nélkülözhetetlenek, a biológiai katalizátorokat nevezzük enzimnek.

Minden reakciónak van tehát egy adott sebessége, amivel az adott reakció lejátszódik. Ha Szén-dioxidot oldunk vízben, az szénsav formájában oldódik.

CO₂+H₂O=H₂CO₃

Ennek a reakciónak a sebessége függ attól, hogy milyen energiájúak a kiindulási anyagok (mekkora a belső energiájuk) és hogy milyen nagy számban vannak jelen. Ha sok a szén-dioxid, akkor nagyobb a valószínűsége annak, hogy a megfelelő energiájú részecskék találkoznak.
A szénsav azonban könnyen el is bomlik, a következő reakcióban:

H₂CO₃=CO₂+H₂O

Ennek a reakciónak a sebessége is függ a hőmérséklettől és szénsav koncentrációjától. A két folyamat egyszerre játszódik le, összesítve így ábrázolhatjuk:

CO₂+H₂O<->H₂CO₃

Láthatjuk, hogy van olyan állapot, amikor egy adott idő alatt ugyanannyi szén-dioxid alakul át szénsavvá, mint amennyi el is bomlik. Ekkor a rendszer egyensúlyban van. Az olyan reakciókat, amik mindkét irányba lejátszódnak és valamiféle egyensúlyra vezetnek nevezzük egyensúlyi folyamatnak. Az egyensúlyban a kiindulási- és a végtermékek mennyisége nem változik az időben, beáll az egyensúlyi koncentráció.

Mi történik akkor, ha egy egyensúlyban levő rendszeren változtatunk? Képzeljük el, hogy a fenti folyamatnál a képződő szén-dioxidot elvezetjük. Ekkor a szénsavvá alakulás sebessége csökkenni fog, hiszen csökken a szén-dioxid koncentráció, azt tapasztaljuk, hogy az egyensúly eltolódik a szénsav bomlásának irányába. Ha egy egyensúlyi folyamat egyik irányba exoterm, a másikba endoterm, majd növeljük a rendszer hőmérsékletét, akkor természetesen gyorsulni fog az a folyamat, amihez hőbefektetésre van szükség, vagyis a folyamat az endoterm irányba tolódik el. Az egyensúlyi folyamatokra igaz tehát a Le Chatelier-Braun elv, ami szerint: ha egy egyensúlyban levő rendszert megváltoztatunk, a rendszer úgy változik, hogy csökkentse a külső hatás mértékét. Ezt a szabályt nagyon sokat használják a vegyiparban, hiszen segítségével képesek vagyunk befolyásolni a reakciók irányát.

energiagát, aktiválási energia, láncreakció, katalizátor, enzim, egyensúlyi folyamat, Le Chatelier-Braun elv