Reakcja chemiczna jest to proces, w którym z jednych substancji (z substratów) powstają nowe (produkty), o innych właściwościach. Reakcje chemiczne można podzielić według bardzo różnych kryteriów. Jeden częściej stosowanych podziałów rozróżnia reakcje: analizy, syntezy oraz wymiany pojedynczej i wymiany podwójnej.

Reakcja syntezy polega na łączeniu się dwóch (albo więcej) substancji i utworzeniu związku chemicznego:

A + B = AB

np. H2O + CO2 = H2CO3

Reakcja analizy to rozkład substancji złożonej na pierwiastki albo związki o prostszej budowie:

AB = A + B

np. CaCO3 = CaO + CO2

Najczęściej spotykanym rodzajem reakcji jest wymiana. Wymiana pojedyncza zachodzi pomiędzy pierwiastkiem a związkiem chemicznym i daje ona inny pierwiastek i inny związek chemiczny. Natomiast wymiana podwójna to reakcja między dwoma (lub więcej) związkami chemicznymi, która powoduje powstanie innych związków chemicznych odmiennych od substancji, które użyte zostały jako wyjściowe.

AB + C = AC + B (wymiana pojedyncza) np. H2SO4 + Zn = ZnSO4 + H2

AB + CD = AC + BD (wymiana podwójna) np. HCl + NaOH = NaCl + H2O

Inny podział reakcji chemicznych uwzględnia reakcje, po zajściu których nie zmienia się stopień utlenienia reagentów, oraz takie, w których stopień utlenienia reagentów ulega zmianie po zajściu reakcji.

W reakcjach chemicznych, w których nie następuje przeniesienie elektronów (stopień utlenienia się nie zmienia), współczynniki stechiometryczne dobierane są jedynie w oparciu o prawo zachowania masy. Dodatkowo, w przypadku reakcji jonowych, należy pamiętać, aby suma ładunków ujemnych i dodatnich po obu stronach równania chemicznego była jednakowa. Reakcje, zachodzące bez zmiany stopnia utlenienia, polegają przede wszystkim na wymienianiu protonów pomiędzy reagującymi cząsteczkami. Do reakcji takich zalicza się np. reakcje zobojętniania; reakcje kwasów, soli oraz zasad z solami i reakcje wody z jonami.

Jeżeli między reagującymi substancjami dochodzi do wymiany elektronów (zmienia się stopień utlenienia), mamy do czynienia z reakcjami utleniania-redukcji, zwanymi inaczej reakcjami redoks.

Utlenienie to proces polegający na oddawaniu elektronów przez atomy lub grupy atomów, a redukcja to proces, który polega na przyjmowaniu elektronów. Substancja, która traci elektrony (ulega utlenieniu, zwiększa swój stopień utlenienia), jest reduktorem, a substancja, która pobiera elektrony (ulega redukcji, zmniejsza stopień utlenienia) to utleniacz. Proces utleniania zawsze towarzyszy redukcji i odwrotnie, redukcja zawsze towarzyszy utlenianiu.

Do silnych reduktorów zaliczane są np.: sód, magnez, potas, glin, wapń, węgiel, CO. Natomiast silne właściwości utleniające mają: chlor, brom, tlen, nadmanganian potasu (KmnO4) oraz nadtlenek wodoru.

Współczynniki stechiometryczne w równaniach reakcji redoks dobiera się na podstawie znajomości stopni utlenienia. Stopień utlenienia pierwiastka, który wchodzi w skład danej substancji, jest to pojęcie umowne i mianem tym określamy liczbę ujemnych albo dodatnich ładunków elementarnych, które zostałyby przypisane atomom tego pierwiastka, gdyby cząsteczki takiej substancji posiadały budowę jonową.

W wyznaczaniu stopnia utlenienia stosuje się poniższe reguły:

  1. Suma stopni utlenienia wszystkich atomów, które wchodzą w skład cząsteczki obojętnej jest równa zero, natomiast suma stopni utlenienia atomów wchodzących w skład jonu jest równa ładunkowi tego jonu.
  2. Pierwiastki w stanie wolnym mają stopień utlenienia równy zero.
  3. Wodór w związkach ma stopień utlenienia +I (oprócz wodorków berylowców i litowców (np. CaH2), w których wodór ma stopień utlenienia -I).
  4. Stopień utlenienia litowców wynosi +I, a berylowców +II.
  5. Fluor we wszystkich związkach posiada -I stopień utlenienia.
  6. Tlen w większości swoich związków ma -II stopień utlenienia. Wyjątkiem są nadtlenki (tlen na -I stopniu utlenienia, np.H2O2), ponadtlenki (tlen ma stopień utlenienia -1/2, np. KO2) i połączenia z fluorem (dodatnie stopnie utlenienia tlenu).

Należy wykazać się dużą ostrożnością przy stosowaniu pojęcia stopień utlenienia w połączeniach zawierających wiązania wielokrotne, oraz zbudowanych z większej ilości atomów takiego samego pierwiastka.