Una reacción química es un proceso por el cual los enlaces en los átomos de sustancias se reorganizan para generar nuevas sustancias. La materia no se puede crear ni destruir en una reacción química: el mismo tipo y número de átomos que componen los reactivos todavía están presentes en los productos. Simplemente la reorganización de los enlaces químicos produce nuevos compuestos.
Una reacción química toma los materiales de partida (los reactivos) y los convierte en diferentes sustancias: los productos. Las identidades de los elementos son las mismas en ambos lados de la ecuación, pero están dispuestas en diferentes sustancias después de que la reacción tiene lugar. En las reacciones químicas, los enlaces entre los átomos se rompen y se reforman, lo que significa que los electrones compartidos entre los átomos se reorganizan. Las reacciones pueden ser espontáneas, o solo pueden ocurrir en presencia de una fuente de energía, como calor o luz. Además, las macromoléculas pueden actuar como enzimas, catalizadores que aceleran en gran medida las reacciones químicas. La mayoría de las reacciones biológicas tardarían demasiado tiempo en completarse sin enzimas.
Algunos tipos de reacciones procederán irreversiblemente hasta que se se agotan todos los reactivos, mientras que otros son reversibles, con los productos capaces de ser convertidos de nuevo en los reactivos si las condiciones cambian. Ciertos tipos de reacciones químicas, como las reacciones de combustión o las reacciones de precipitación que forman un producto sólido a partir de dos sustancias disueltas, normalmente sólo proceden en una dirección. Un ejemplo de una reacción irreversible es la combustión de combustible de hidrocarburos en presencia de oxígeno atmosférico, que produce calor y energía lumítica, gas de dióxido de carbono y agua. Otras reacciones ocurren en cualquier dirección hasta que los reactivos y los productos están en equilibrio, el punto en el que no hay cambios netos en los reactivos o productos.
En una reacción química, la materia no puede ser creada o destruida, un principio conocido como la Ley de Conservación de la Materia. Sin embargo, los productos que se forman a menudo contienen diferentes proporciones de átomos que los reactivos. Una ecuación química equilibrada explica todos los átomos en ambos lados de la ecuación añadiendo coeficientes a los productos y reactivos hasta que el número total de cada tipo de átomo sea igual en ambos lados de la ecuación. Un coeficiente se aplica a todos los átomos de un compuesto, al igual que un coeficiente matemático se aplica a todas las variables contenidas en una instrucción entre paréntesis. Por ejemplo, la reacción que genera agua a partir de hidrógeno y gases de oxígeno es:
H2 + O2 á H2O
En esta ecuación desequilibrada, hay dos átomos de hidrógeno en cada lado, pero hay un número desigual de átomos de oxígeno. Para equilibrar la ecuación, se añaden coeficientes para que haya igual número de átomos de hidrógeno y oxígeno en ambos lados:
2H2 + O2 a 2H2O
En la ecuación equilibrada, hay un total de cuatro átomos de hidrógeno y dos átomos de oxígeno a cada lado de la ecuación.
Dos procesos importantes que alimentan gran parte, de toda la vida en la Tierra son la fotosíntesis, que convierte la luz solar en la glucosa de azúcar de seis carbonos, y la respiración celular, que convierte la glucosa en energía utilizable. Ambas reacciones esenciales son, en su esencia, un par de reacciones químicas complementarias. Los organismos fotosintéticos utilizan la energía de la luz solar para convertir el dióxido de carbono y el agua en azúcar y oxígeno molecular. La respiración celular es entonces utilizada por todos los organismos aeróbicos para descomponer ese azúcar, ya sea que lo hayan hecho o consumido, en presencia de oxígeno para producir energía para todas sus necesidades básicas.
