Хими́ческие реа́кции, превращения одних химических веществ (реагентов) в другие, отличающиеся от исходных по химическому составу или строению (продукты реакции). При химических реакциях не изменяется общее число и природа атомов в реагирующей системе. При этом одни химические связи разрушаются и возникают другие. Поведение веществ в химических реакциях при заданных внешних условиях характеризует химические свойства веществ (реакционную способность). Известны химические реакции: газофазные; твердофазные; жидкофазные, протекающие в растворах; гетерофазные, происходящие на границе раздела фаз (топохимические реакции). Подавляющее большинство известных химических реакций протекает в растворах при условиях, близких к нормальным, или при умеренном повышении или понижении температуры.
Химические реакции записывают с помощью химических уравнений, которые демонстрируют количественные соотношения между реагентами и продуктами и выражают закон сохранения массы. Примеры записи с помощью уравнений химических реакций: (синтез аммиака в газовой фазе), (гидролиз солей в их водном растворе), (твердофазный процесс получения алюмината магния). В стехиометрических расчётах химических реакций используется понятие химического эквивалента.
Протекание химических реакций регулируется термодинамическими и кинетическими факторами. Первый определяет глубину и направление превращения, второй – его скорость. При этом среди химических реакций обнаруживаются обратимые и необратимые. Важнейшая особенность обратимых реакций – химическое равновесие. Кроме того, химические реакции подразделяются на барьерные и безбарьерные. Основным модельным представлением для барьерных реакций является энергия активации химической реакции. Исключительно важно уметь управлять величиной энергетического барьера реакции, для чего, в частности, используется катализ. Также химические реакции различаются по тепловому эффекту реакции – экзотермические и эндотермические.
В конденсированных фазах реакции обычно начинаются в отдельных точках (например, в твёрдых фазах на границе кристаллитов) и затем захватывают весь объём. При этом в различных точках этих фаз реагирующие вещества могут находиться в разных состояниях и обладать разной реакционной способностью. В результате реакции могут идти одновременно по нескольким направлениям и давать разные продукты.
При детальном изучении химических реакций используются представления об их механизмах как совокупности составляющих элементарных процессов. В результате химические реакции подразделяются на простые (элементарные) и сложные химические реакции. В ходе этих элементарных процессов возникают короткоживущие частицы: заряженные или незаряженные, парамагнитные или диамагнитные. Нередко такие частицы имеют очень высокую энергию.
Классификация химических реакций многообразна. В каждом самостоятельном разделе химии существует своя, часто очень детализированная и многоуровневая классификация, обеспечивающая углублённое понимание сути конкретных химических процессов и помогающая найти пути управления химических реакций. Применяются, например, классификации по способу разрыва химической связи в молекуле – гетеролитические реакции и гомолитические реакции; по типу превращения реагентов – реакции присоединения, диссоциация, реакции замещения; по природе функциональной группы, которая появляется или исчезает в результате реакции, – галогенирование, нитрование и т. д.; по характеру изменения структуры исходной молекулы – молекулярные перегруппировки, реакции циклизации. Применяются такие классификационные названия, как реакции нейтрализации, гидролиз, пиролиз, окислительно-восстановительные реакции, и многие другие.
Квантовохимические расчёты во многих случаях позволяют без привлечения экспериментальных данных определить поверхность потенциальной энергии конкретной химической реакции, предсказать скорость химической реакции и выявить механизм химической реакции.
Все современные химические производства основаны на осуществлении конкретных химических реакций. Условия проведения химических реакций в промышленности часто бывают очень жёсткими (см., например, Сверхкритические флюидные технологии).