thumb|250px|Zgorevanje je kemična reakcija, pri kateri les s kisikom iz zraka oksidira v ogljikov dioksid in vodo
Kémična reákcija je proces, v katerem pride do trajne spremembe kemičnih in fizikalnih lastnosti snovi.IUPAC. »chemical reaction«. Compendium of Chemical Terminology Internet edition. Klasične kemične reakcije obravnavajo procese, v katerih je prišlo do spremembe položaja elektronov med prekinjanjem starih in tvorbo novih vezi med atomi, pri čemer so ostala jedra prisotnih atomov nespremenjena. Takšne reakcije je običajno mogoče opisati s kemijskimi enačbami.
V reakcijo vstopajoče snovi so reaktanti ali reagenti, iz katerih nastane v kemični reakciji en ali več produktov. Lastnosti produktov se praviloma razlikujejo od lastnosti reaktantov. Reakcija pogosto poteka preko vmesnih, tako imenovanih osnovnih reakcij. Podatki o natančnem poteku reakcije so del reakcijskega mehanizma. V kemijskih enačbah so s simboli prikazane vstopajoče in izstopajoče snovi in njihova razmerja, včasih tudi vmesni produkti in reakcijski pogoji.
Kemične reakcije potekajo z neko hitrostjo, odvisno od temperature, tlaka, koncentracije in katalizatorjev. Hitrost reakcij z naraščajočo temperaturo praviloma raste, ker je na razpolago več toplotne energije, potrebne za aktiviranje reaktantov, se pravi cepljenje vezi med atomi.
Reakcije lahko potekajo samo v eno ali v obe smeri. Pri slednjih se po nekem času vzpostavi kemično ravnovesje, v katerem se reakcija navidezno ustavi. Reakcije, ki za svoj potek ne potrebujejo vnosa proste energije, se pogosto imenujejo spontane reakcije. Nespontane reakcije za svoj potek zahtevajo vnos proste energije. Primera takšne reakcije sta polnjenje baterije iz zunanjega vira električne energije in fotosinteza, ki jo poganja absorbcija elektromagnetnega sevanja v obliki sončne svetlobe.
Za sintezo bolj zapletenih produktov je pogosto potreben niz različnih zaporednih kemičnih reakcij. V biokemiji se zaporedje, v katerem produkt posamezne reakcije v naslednji reakciji postane reaktant, imenuje metabolizem. Tovrstne reakcije pogosto katalizirajo beljakovinski encimi, ki povečajo hitrosti reakcij ali omogočajo njihov potek v pogojih, v katerih sicer ne bi potekale.
Splošen pojem kemične reakcije se je v sodobni kemiji razširil tudi na reakcije med delci, manjšimi od atomov, in vključuje jedrske reakcije, radioaktivni razpad in reakcije med elementarnimi delci, opisanimi s kvantno teorijo. Poddisciplina kemije, ki obravnava kemične reakcije nestabilnih in radioaktivnih elementov, v katerih lahko pride tudi do elektronskih in jedrskih sprememb, je jedrska kemija.
Zgodovina thumb|Antoine Lavoisier je dokazal, da je zgorevanje reakcija snovi s kisikom iz zraka
Kemične reakcije, kot so zgorevanje, fermentacija in redukcija kovinskih rud, so bile znane že v antiki. Prve teorije o pretvorbi snovi so razvili grški filozofi. Ena od njih je bila Empedoklejeva teorija štirih elementov, ki trdi, da je vsaka snov sestavljena iz štirih osnovnih elementov - ognja, vode, zraka in zemlje. V srednjem veku so kemične pretvorbe preučevali alkimisti. Ukvarjali so se predvsem z vprašanjem, kako pretvoriti svinec v zlato. V ta namen so izvajali predvsem reakcije svinca in zlitin svinec-baker z žveplom.
Ob tem so mimogrede sintetizirali tudi snovi, ki se v naravi običajno ne pojavljajo. Sintezi žveplove in dušikove kisline, na primer, se pripisujeta kontroverznemu alkimistu Jābirju ibn Hayyānu. V proces je vključeno segrevanje sulfatnih oziroma nitratnih mineralov, kot so bakrov sulfat, galun in soliter. V 17. stoletju je Johann Rudolph Glauber iz natrijevega klorida in žveplove kisline proizvedel klorovodikovo kislino in natrijev sulfat. Razvoj svinčene komore leta 1746 in Leblancovega procesa sta omogočila proizvodnjo žveplove kisline in natrijevega karbonata na industrijski ravni. Kemične reakcije so dobile svoje mesto v industriji. Optimizacija tehnologije proizvodnje žveplove kisline je v 1880. letih privedla do kontaktnega postopka.Friedman, Leonard J., Friedman, Samantha J. (2008). The History of the Contact Sulfuric Acid Process (PDF). Boca Raton, Florida: Acid Engineering & Consulting, Inc. Fritz Haber je leta 1909–1910 razvil postopek za proizvodnjo amonijaka.Stranges, Anthony N. (2000). "Germany's synthetic fuel industry, 1935–1940". In Lesch, John E. (ur.). The German Chemical Industry in the Twentieth Century. Kluwer Academic Publishers. str. 170. ISBN 978-0-7923-6487-0.
Raziskovalci, med njimi Jan Baptist van Helmont, Robert Boyle in Isaac Newton, so se že v 16. stoletju trudili ugotoviti zakone, na katerih so temeljile pretvorbe v njihovih laboratorijskih poskusih. Johann Joachim Becher je leta 1667 predlagal flogistonsko teorijo, ki je predpostavila obstoj ognju podobnega elementa, imenovanega »flogiston«. Flogiston so vsebovale gorljive snovi in ga med zgorevanjem sproščale. Leta 1785 je Antoine Lavoisier dokazal, da je teorija napačna in odkril pravilno razlago gorenja kot reakcije s kisikom iz zraka.Brock, str. 34–55
Joseph Louis Gay-Lussac je leta 1808 ugotovil, da plini med seboj vedno reagirajo v določenem volumskem razmerju. Na tej osnovi je John Dalton razvil svojo atomsko teorijo, Joseph Proust pa zakon o enostavnih razmerjih, ki je kasneje privedel do pojmov stehiometrija in kemijska enačba.Brock, str. 104–107.
Za organske spojine je dolgo časa veljalo, da lahko nastajajo samo v živih organizmih in da so preveč zapletene, da bi se lahko sintetizirale. Po načelu vitalizma je veljalo, da so organske spojine povezane z »vitalno silo« in se po tem razlikujejo od anorganskih spojin. Ločevanje se je končalo s sintezo sečnine iz anorganskih reaktantov, ki jo je izvedel Friedrich Wöhler leta 1828. K razvoju organske kemije so veliko prispevali Alexander William Williamson s sintezo etrov in Christopher Kelk Ingold, ki je, med drugim, odkril mehanizme substitucijskih reakcij.
Enačbe
thumb|450px|Iz enačbe je razvidno, da je treba pred kisikom na strani reaktantov in vodo na strani produktov postaviti koeficient 2, da bo v skladu z zakonom o ohranitvi mase količina vseh elementov ostala nespremenjena
Kemijske enačbe so grafični prikazi kemičnih reakcij. Sestavljene so iz kemijskih ali strukturnih formul reaktantov na levi in produktov na desni strani enačbe. Reaktanti in produkti so ločeni s puščico (→), ki simbolizira kemično spremembo in nakazuje smer in vrsto reakcije. Myers, Richard (2009). The Basics of Chemistry. Greenwood Publishing Group. str. 55. ISBN 978-0-313-31664-7. Povratne (reverzibilne) reakcije so označene z dvema nasprotnima puščicama (⇌). Enačbe morajo biti v skladu z zakonom o ohranitvi mase uravnovešene, tako da je število atomov vseh elementov na obeh straneh enačbe enako. Enostavno enačbo se uravnovesi s štetjem molekul A, B, C in D. Njihovo število se zapiše s celimi števili a, b, c in d pred formulami molekul:IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book") (1997). Online corrected version: (2006–) "chemical reaction equation". doi:10.1351/goldbook.C01034.
aA + bB -> cC + dD
Bolj zapletene reakcije se prikazujejo z reakcijskimi shemami, ki razen reaktantov in produktov prikazujejo tudi vmesne produkte ali prehodna stanja. V kemijski enačbi je mogoče navesti tudi nekaj drugih podatkov. Ob kemijski formuli je lahko navedeno na primer agregatno stanje, nad puščico pa na primer dodajanje vode, segrevanje, osvetljevanje, katalizator in podobno. Enake podatke je mogoče zapisati tudi pod puščico, pogosto s predznakom minus (-).
thumb|center|750px|Primer organske reakcije – oksidacije ketonov v estre s peroksikarboksilno kislino
Za zapletene sinteze je zelo uporabna retrosintezna analiza. Takšna analiza se začne iz produkta, na primer s cepljenjem izbranih kemičnih vezi, da bi se prišlo do uporabnih začetnih reaktantov. V retro reakcijah se uporablja posebna puščica (⇒). Corey, E.J. (1988). "Robert Robinson Lecture. Retrosynthetic thinking?essentials and examples". Chemical Society Reviews. 17: 111–133. doi:10.1039/CS9881700111.
Osnovne reakcije Osnovne reakcije so najenostavnejše reakcije, v katerih ni vmesnih produktov.IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book") (1997). Online corrected version: (2006–) "elementary reaction". doi: 10.1351/goldbook.E02035. Večina kemičnih reakcij je sestavljenih iz več osnovnih reakcij, ki potekajo vzporedno ali zaporedno. Zaporedje korakov v posamezni osnovni reakciji se imenuje reakcijski mehanizem. V osnovne reakcije je vključenih samo nekaj molekul, običajno ena ali dve.Frenking, Gernot (2006). Elementarreaktionen. Römpp Chemie-Lexikon. Thieme.
thumb|300px|Izomerizacija azobenzena, ki jo sprožita svetloba (hν) ali toplota (Δ)
Najpomembnejše osnovne reakcije so enomolekularne ali dvomolekulare reakcije. Med enomolekularne reakcije spadata na primer izomerizacija in disociacija v eno ali več drugih molekul. Takšne reakcije zahtevajo dodatek energije v obliki toplote ali svetlobe. Značilna enomolekularna reakcija je cis–trans izomerizacija spojine, v kateri se njena cis-oblika pretvori v trans-obliko in obratno.Kandori, Hideki (2006). Retinal Binding Proteins. V Dugave, Christophe (ur.). Cis-trans Isomerization in Biochemistry. Wiley-VCH. str. 56. ISBN 978-3-527-31304-4.
V značilni disociacijski reakciji se vez v molekuli razcepi (pretrga), pri čemer nastaneta dva fragmenta molekule. Razcepljenje je lahko homolitsko ali heterolitsko. V prvem primeru se vez razdeli tako, da vsak produkt obdrži svoj vezni elektron in postane nevtralen radikal. V drugem primeru elektrona iz kemične vezi ostaneta na enem od produktov, tako da nastaneta dna različno nabita iona. Disociacija igra pomembno vlogo v proženju verižnih reakcij, na primer reakcije vodik-kisik in polimerizacij.
AB -> A + B Disociacija molekule AB v fragmenta A in B
V dvomolekularnih reakcijah dve molekuli trčita in se zlijeta v eno. Takšno zlivanje se imenuje sinteza ali adicija.
A + B -> AB
Druga možnost je, da se samo del ene molekule prenese na drugo. Takšne so na primer redoks in kislo-bazične reakcije. V redoks reakcijah je preneseni delec elektron, v kislo-bazičnih reakcijah pa proton. Tovrstne reakcije se imenujejo tudi metateze.
HA + B -> A + HB
na primer
Kemično ravnovesje
Večina kemičnih reakcij je reverzibilnih, se pravi da lahko tečejo v obe smeri. Reakciji v desno in v levo imata praviloma različni hitrosti, ki sta odvisni od koncentracij in se zato s časom reakcije spreminjata. Ker je koncentracija produktov na začetku enaka nič, je tudi hitrost povratne reakcije na začetku enaka nič. Z naraščanjem koncentracij produktov hitrost reakcije v levo raste, dokler ne doseže vrednosti, ki jo ima reakcija v desno. V tem trenutku se vzpostavi tako imenovano kemično ravnovesje. Čas do vzpostavitve ravnotežja je odvisen od reaktantov in produktov, temperature in tlaka in je določen z minimumom proste energije. V ravnotežju je Gibbsova prosta energija enaka nič. Odvisnost ravnotežja od tlaka se lahko razloži z Le Chatelierovim načelom: ker se s povečanjem tlaka zmanjša volumen, se bo ravnotežje z naraščanjem tlaka pomaknilo na tisto stran, kjer je manjše število molov plina.Atkins, str. 114.
Reakcija se v ravnotežju stabilizira. Izkoristek reakcije se lahko poveča z odvzemanjem produktov iz reakcijske zmesi ali spremeni s spreminjanjem temperature in/ali tlaka. Sprememba koncentracij reaktantov ne vpliva na konstanto ravnotežja, vpliva pa na njegov položaj.
Termodinamika Kemične reakcije se podrejajo zakonom termodinamike. Same od sebe potekajo samo, če so eksergone, se pravi da sproščajo energijo. Prosta energija reakcije je sestavljena iz dveh različnih termodinamičnih količin – entalpije in entropije:Atkins, str. 106–108.
. : prosta energija, : entalpija, : temperatura, : entropija, : razlika (sprememba med začetnim in končnim stanjem)