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有些物质相互接触后会自发地进行化学反应，产生新的物质。
而另一些物质，即使在理论上认为它们之间是可以反应的，但就是不会发生反应。
还有一些物质，它们发生了反应，但反应会在平衡状态下停止，这种状态下同时存在着反应物和生成物（见第三章第1节拓展：化学平衡）。
造成这种差异的原因是什么？化学家们长期以来一直在问这个问题。
实际上，化学反应总是涉及能量的变化[67]，而只有将热力学（研究能量交换和转化的学科）工具应用于化学，才能针对这个问题给出令人满意的答案。
要评估一个反应的自发性，我们必须考虑两个因素。
第一个因素与能量紧密相连。
任何物理系统都倾向于发展到其总势能低于初始势能的最终状态。
实际上，较低的能量含量对应着较高的稳定性。
为了评估一个系统的能量含量，化学家定义了一个特殊的热力学状态函数，称为焓（enthalpy），用字母H表示。
在恒压（就像大气压一样是恒定的）条件下，化学反应中焓的变化（ΔH）等于反应吸收或释放的热量。
第二个要考虑的因素与另一个热力学状态函数有关，叫作熵（entropy），用字母S表示。
它与宏观物理态出现的概率有关。
宏观态包括的微观状态数量越多，这个概率就越大。
显然，无序状态（如气体）要比有序状态（如晶体）有更高的概率出现宏观态。
由于这个原因，熵被认为是对系统中物质混乱程度的一种量度。
热力学第二定律指出，一个孤立系统的熵变（ΔS）永远不可能是负数。
为了考虑到上面的两个因素，一个新的状态函数被定义为吉布斯自由能，该状态函数以美国物理学家、化学家乔赛亚·威拉德·吉布斯的名字命名。
它由字母G表示，其变化量由ΔG表示。
如果一个反应的自由能的改变量是负数（放能反应），反应将自发进行。
如果改变量为正数（吸能反应），则不会自发反应（但该反应的逆反应会是自发的）。
最后，如果自由能的变化等于零，反应就会处于平衡状态。
将自由能、焓和熵的变化联系起来的关系式中还包括温度（ΔG=ΔH-TΔS）。
适当地改变温度还有可能使一些非自发反应自发地发生。
这些考虑因素的实际重要性很容易理解，我们想想化工行业就知道了。
确定一个反应在热力学上是否被允许发生是非常重要的，但这不足以预测它是否会在实际中百分之百发生，以及它是否能够最终被成功实践。
实际上，有极其缓慢的化学反应（如钟乳石的形成）和极其快速的化学反应（如爆炸）。
反应速率被定义为在单位时间内生成物（或反应物）的浓度变化[68]。
反应速率与反应物的浓度成正比，各反应物浓度的指数被称为反应级数（orderofrea），而这个比例的常数被称为反应速率常数（ratet）。
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