Kaj pomeni reaktivnost v kemiji?
Klaus Vedfelt / Getty Images
V kemiji je reaktivnost merilo, kako hitro je snov podvržena a kemijska reakcija . Reakcija lahko vključuje snov samo ali z drugimi atomi ali spojinami, ki jo običajno spremlja sproščanje energije. Najbolj reaktivni elementi in spojine se lahko vnamejo spontano ali eksplozivno. Na splošno gorijo v vodi, pa tudi v kisiku v zraku. Reaktivnost je odvisna od temperaturo . Zvišanje temperature poveča količino energije, ki je na voljo za kemično reakcijo, kar običajno poveča verjetnost zanjo.
Druga definicija reaktivnosti je, da je to znanstvena študija kemičnih reakcij in njihovih reakcij kinetika .
Trend reaktivnosti v periodnem sistemu
Organizacija elementov na periodni sistem omogoča napovedi glede reaktivnosti. Tako zelo elektropozitiven kot visoko elektronegativni elementi imajo močno težnjo po reakciji. Ti elementi se nahajajo v zgornjem desnem in spodnjem levem kotu periodnega sistema in v določenih skupinah elementov. The halogeni , alkalijske kovine in zemeljskoalkalijske kovine so zelo reaktivne.
- Najbolj reaktiven element je fluor , prvi element v skupini halogenov.
- Najbolj reaktivna kovina je francij , zadnja alkalijska kovina (in najdražji element ). Vendar je francij nestabilen radioaktiven element, ki ga najdemo le v sledovih. The najbolj reaktivna kovina ki ima stabilen izotop je cezij, ki se nahaja neposredno nad francijem v periodnem sistemu.
- Najmanj reaktivni elementi so žlahtni plini . V tej skupini je helij najmanj reaktiven element, ki ne tvori stabilnih spojin.
- Kovina ima lahko več oksidacijskih stanj in ima običajno vmesno reaktivnost. Kovine z nizko reaktivnostjo imenujemo plemenite kovine . Najmanj reaktivna kovina je platina, sledi ji zlato. Zaradi nizke reaktivnosti se te kovine težko raztopijo v močnih kislinah. Kraljevska voda , zmes dušikove in klorovodikove kisline, se uporablja za raztapljanje platine in zlata.
Kako deluje reaktivnost
Snov reagira, ko imajo produkti, ki nastanejo pri kemijski reakciji, nižjo energijo (večjo stabilnost) kot reaktanti. Energijsko razliko je mogoče predvideti s teorijo valenčne vezi, atomsko orbitalno teorijo in molekularno orbitalno teorijo. V bistvu gre za stabilnost elektronov v njihovih orbitale . Nesparjeni elektroni brez elektronov v primerljivih orbitalah bodo najverjetneje sodelovali z orbitalami drugih atomov in tvorili kemične vezi. Nesparjeni elektroni z degeneriranimi orbitalami, ki so napol zapolnjene, so bolj stabilni, vendar še vedno reaktivni. Najmanj reaktivni atomi so tisti z zapolnjenim nizom orbital ( oktet ).
Stabilnost elektronov v atomih ne določa le reaktivnosti atoma, temveč tudi njegovo valenco in vrsto kemičnih vezi, ki jih lahko tvori. Na primer, ogljik ima običajno valenco 4 in tvori 4 vezi, ker je njegova konfiguracija valenčnih elektronov v osnovnem stanju napol zapolnjena pri 2 sdva2pdva. Preprosta razlaga reaktivnosti je, da se poveča z lahkoto sprejema ali oddaje elektrona. V primeru ogljika lahko atom sprejme 4 elektrone, da zapolni svojo orbitalo, ali (redkeje) odda štiri zunanje elektrone. Medtem ko model temelji na obnašanju atomov, isto načelo velja za ione in spojine.
Na reaktivnost vplivajo fizikalne lastnosti vzorca, njegova kemična čistost in prisotnost drugih snovi. Z drugimi besedami, reaktivnost je odvisna od konteksta, v katerem se obravnava snov. Na primer, soda bikarbona in voda nista posebej reaktivni, medtem ko soda bikarbona in kis hitro reagirata da nastane plin ogljikov dioksid in natrijev acetat.
Velikost delcev vpliva na reaktivnost. Na primer, kup koruznega škroba je relativno inerten. Če na škrob uporabimo neposreden plamen, je težko sprožiti reakcijo gorenja. Če pa koruzni škrob uparimo, da nastane oblak delcev, se zlahka vname .
Včasih se izraz reaktivnost uporablja tudi za opis, kako hitro bo material reagiral ali hitrost kemične reakcije. Po tej definiciji sta možnost reakcije in hitrost reakcije med seboj povezani z zakonom hitrosti:
Stopnja = k[A]
Kjer je hitrost sprememba molske koncentracije na sekundo v koraku reakcije, ki določa hitrost, je k reakcijska konstanta (neodvisna od koncentracije) in je [A] zmnožek molske koncentracije reaktantov, povišanih na reakcijski vrstni red (ki je ena v osnovni enačbi). V skladu z enačbo, višja kot je reaktivnost spojine, višja je njena vrednost za k in hitrost.
Stabilnost proti reaktivnosti
Včasih se vrsta z nizko reaktivnostjo imenuje 'stabilna', vendar je treba paziti, da je kontekst jasen. Stabilnost se lahko nanaša tudi na počasen radioaktivni razpad ali na prehod elektronov iz vzbujenega stanja na manj energijske ravni (kot pri luminiscenci). Nereaktivno vrsto lahko imenujemo 'inertna'. Vendar večina inertnih vrst dejansko reagira pod pravimi pogoji in tvori komplekse in spojine (npr. žlahtni plini z višjim atomskim številom).