ปฏิกิริยาการรวมตัวโดยตรง (เรียกอีกอย่างว่าปฏิกิริยาการสังเคราะห์^{[ 1 ]} ) คือปฏิกิริยาที่ธาตุหรือสารประกอบ (สารตั้งต้น) สองชนิดขึ้นไปรวมกันเพื่อสร้างสารประกอบเพียงชนิดเดียว (ผลิตภัณฑ์) ปฏิกิริยาดังกล่าวแสดงด้วยสมการในรูปแบบต่อไปนี้: X + Y → XY (A + B → AB) การรวมกันของธาตุสองชนิดขึ้นไปเพื่อสร้างสารประกอบหนึ่งชนิดเรียกว่าปฏิกิริยาการรวมตัว กล่าวอีกนัยหนึ่ง เมื่อธาตุหรือสารประกอบสองชนิดขึ้นไปทำปฏิกิริยาเพื่อสร้างสารประกอบ เพียงชนิดเดียว ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นเรียกว่าปฏิกิริยาการรวมตัว | ก) ระหว่างธาตุ | C + O ₂ → CO ₂ | คาร์บอนเผาไหม้ในออกซิเจนอย่างสมบูรณ์ให้คาร์บอนไดออกไซด์ | ข) ระหว่างสารประกอบ | CaO + H ₂ O → Ca(OH) ₂ | แคลเซียมออกไซด์ (ปูนขาว) รวมกับน้ำให้แคลเซียมไฮดรอกไซด์ (ปูนขาว) | ค) ระหว่างธาตุและสารประกอบ | 2CO + O ₂ → 2CO ₂ | ออกซิเจนรวมกับคาร์บอนมอนอกไซด์และเกิดคาร์บอนไดออกไซด์ |

ในปฏิกิริยาการรวมตัวนั้น ไม่มีจำนวนสารตั้งต้นที่แน่นอน

ปฏิกิริยาการรวมตัวมักเป็นปฏิกิริยาคายความร้อนเนื่องจากเมื่อพันธะเกิดขึ้นระหว่างสารตั้งต้น ความร้อนจะถูกปล่อยออกมา ตัวอย่างเช่นโลหะแบเรียมและก๊าซฟลูออรีนจะรวมตัวกันในปฏิกิริยาคายความร้อนสูงเพื่อสร้างเกลือแบเรียมฟลูออไรด์:

Ba + F 2 → BaF 2

อีกตัวอย่างหนึ่งคือแมกนีเซียมออกไซด์รวมตัวกับคาร์บอนไดออกไซด์เพื่อผลิตแมกนีเซียมคาร์บอเนต

MgO + CO₂ → MgCO₃​​

อีกตัวอย่างหนึ่งคือเหล็กที่รวมตัวกับกำมะถันเพื่อผลิตเหล็ก(II)ซัลไฟด์

Fe + S → FeS

เมื่อเกิดปฏิกิริยาการรวมตัวระหว่างโลหะกับอโลหะ ผลิตภัณฑ์ที่ได้จะเป็นของแข็งไอออนิก ตัวอย่างเช่นลิเธียมทำปฏิกิริยากับกำมะถันเพื่อให้ได้ลิเธียมซัลไฟด์เมื่อแมกนีเซียมเผาไหม้ในอากาศ อะตอมของโลหะจะรวมตัวกับก๊าซออกซิเจนเพื่อผลิตแมกนีเซียมออกไซด์ปฏิกิริยาการรวมตัวเฉพาะนี้ทำให้เกิดเปลวไฟสว่างจ้าที่เกิดจากพลุ ไฟ

ปฏิกิริยาการรวมตัวสามารถเกิดขึ้นได้ในสถานการณ์อื่นๆ เมื่อผลิตภัณฑ์ทั้งสองมีประจุไอออนิกไม่เท่ากัน ในสถานการณ์เช่นนี้ ต้องใช้ปริมาณสารตั้งต้นแต่ละชนิดที่แตกต่างกัน ในการระบุสิ่งนี้ในสมการเคมีจะมีการเพิ่มสัมประสิทธิ์ให้กับสารตั้งต้นอย่างน้อยหนึ่งชนิดเพื่อให้ประจุไอออนิกรวมของสารตั้งต้นแต่ละชนิดเท่ากัน ตัวอย่างเช่น เหล็ก(III)ออกไซด์เกิดขึ้นจากสมการต่อไปนี้: เนื่องจากในกรณีนี้ เหล็กมีประจุ 3+ ในขณะที่อะตอมออกซิเจนแต่ละอะตอมในมีประจุ 2- ต้องใช้ก๊าซออกซิเจน ( ) แทนออกซิเจนธาตุ ( ) เพราะออกซิเจนธาตุเป็นอนุมูลอิสระที่ไม่เสถียรและรวมตัวกับอะตอมออกซิเจนอื่นๆ เพื่อสร้าง ${\displaystyle {\ce {4Fe + 3 O2 -> 2Fe2O3}}}$${\displaystyle {\ce {O2}}}$${\displaystyle {\ce {O2}}}$${\displaystyle {\ce {O}}}$${\displaystyle {\ce {O2}}}$

อีกตัวอย่างหนึ่งคือสภาวะธรรมชาติ ในทำนองเดียวกัน อะตอมของไฮโดรเจนควรอยู่ในรูปแบบนั้นเพราะเป็นอนุมูลอิสระที่ไม่เสถียรและไม่ค่อยพบในธรรมชาติ สมการเคมีจึงโดยทั่วไปเป็นไปไม่ได้ภายใต้สภาวะธรรมชาติ มีปฏิกิริยาการรวมตัวบางประเภท ${\displaystyle {\ce {H2}}}$${\displaystyle {\ce {H}}}$${\displaystyle {\ce {2H + O2 -> H2O}}}$

(ก) ปฏิกิริยาการรวมตัวระหว่างธาตุสองชนิด

(ข) ปฏิกิริยาการรวมตัวระหว่างสารประกอบสองชนิด

(ค) ปฏิกิริยาการรวมตัวระหว่างธาตุกับสารประกอบ

ในปฏิกิริยาทั้งหมดข้างต้น จะเกิดสารประกอบเพียงชนิดเดียว ตัวอย่างเช่น

(i) ปฏิกิริยาการรวมตัวระหว่างธาตุสองชนิด

ก) ไฮโดรเจนทำปฏิกิริยากับออกซิเจนเพื่อเกิดเป็นน้ำ กล่าวคือ การเผาไหม้ของไฮโดรเจนทำให้เกิดน้ำ (โปรดทราบว่าปฏิกิริยานี้เป็นปฏิกิริยาคายความร้อน)

${\displaystyle {\ce {2H2(g) + O2 -> 2H2O(l)}}}$+ ความร้อน 

b) ไฮโดรเจนทำปฏิกิริยากับคลอรีน เกิดเป็นไฮโดรเจนคลอไรด์ (หรือที่รู้จักกันในชื่อกรดไฮโดรคลอริก )

${\displaystyle {\ce {H2(g) + Cl2(g) -> 2HCl(g)}}}$

(ii) ปฏิกิริยาการรวมตัวระหว่างสารประกอบสองชนิด

ก) แคลเซียมออกไซด์ (ปูนขาว) ทำปฏิกิริยากับน้ำเพื่อเกิดเป็นแคลเซียมไฮดรอกไซด์ (ปูนขาวมีก้าน)

${\displaystyle {\ce {CaO(s) + H2O(l) -> Ca(OH)2}}}$

นี่คืออีกตัวอย่างหนึ่งของปฏิกิริยาการสังเคราะห์หรือปฏิกิริยาการรวมตัวโดยตรง ในปฏิกิริยานี้มีสารตั้งต้นสามชนิดและเกิดเป็นผลิตภัณฑ์เพียงชนิดเดียว

• ไนโตรเจนทำปฏิกิริยากับน้ำและออกซิเจนเพื่อเกิดเป็นแอมโมเนียมไนเตรต

${\displaystyle {\ce {2N2(g) + 4H2O(l) + O2(g) -> 2NH4NO3(s)}}}$