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La reazione chimica è la trasformazione della struttura e della composizione originaria di una o più sostanze reagenti in una o più prodotti (altre sostanze). La reazione chimica consiste in una redistribuzione degli atomi della materia mediante la rottura e la formazione dei legami tra gli atomi. Non viene influenzata la natura della materia, in quanto gli atomi non sono influenzati, bensì il modo in cui essi sono aggregati in molecole. Le trasformazioni dei nuclei atomici fanno invece parte delle reazioni nucleari chimiche. La reazione può essere reversibile o irreversibile. Alcune reazioni chimiche si presentano con un effetto termico che può consistere in una emanazione di calore (reazioni esotermiche) o in un assorbimento di calore (reazioni endotermiche). In chimica le reazioni chimiche sono rappresentate dalle equazioni chimiche nella quale i reagenti sono posti nel membro di sinistra dell'equazione e i prodotti al membro di destra, separati tra loro dal simbolo uguale, da una freccia o da una doppia freccia a seconda dei casi. La velocità delle reazioni chimiche è l'oggetto di studio della cinetica chimica. Alcuni esempi di reazione chimica sono la combustione, la corrosione, la digestione, ecc.

Se decompongo i prodotti di reazione chimica ritrovo gli elementi di partenza inalterati o sotto forma di altri composti, ma sempre mantenendone l'identità chimica.

Ad esempio il sodio (Na) ed il cloro (Cl) si possono combinare dando NaCl, cloruro di sodio (sale da cucina), in una reazione chimica, ma all'interno della molecola di NaCl, il sodio rimane sodio (anche se lo stato di ossidazine è +1) ed il cloro rimane cloro (con stato di ossidazione -1). Fondendo il cloruro di sodio in appositi contenitori ed applicando corrente elettrica posso riottenere sodio metallico e cloro gassoso.

La reazione nucleare è un processo che si verifica quando il nucleo di un atomo di un elemento chimico si trasforma in un altro elemento. La reazione può interessare un solo nucleo atomico o due nuclei atomici diversi. Il risultato della trasformazione è la disintegrazione del nucleo atomico o la fusione dei nuclei in un nuovo nucleo atomico. Nella conversione l'atomo acquista o perde alcuni protoni, rilasciando o assorbendo una determinata quantità di energia. Per avere luogo la reazione nucleare necessita di una quantità di energia superiore all'energia di barriera. Nel processo di reazione nucleare un nucleo atomico subisce modificazioni indotte di alcune delle sue proprietà (ad es. il peso atomico o il numero di massa). Se ciò avvenisse in modo naturale, spontaneo, parleremmo di radioattività. 

Le principali reazioni nucleari sono la fissione nucleare e la fusione nucleare. Le reazioni nucleari possono presentarsi in modo naturale (radioattività naturale) oppure essere generate artificialmente bombardando i nuclei atomici con raggi alfa, raggi gamma, fotoni, nucleoni, neutroni o protoni accelerati ad elevata energia cinetica.

Esempio di reazione nucleare: (92)U(235) + (9)F(19) = (99)Es(252) + (2)He(4)