Ką reiškia reaktyvumas chemijoje?

Klausas Vedfeltas / Getty Images

Chemijoje reaktyvumas yra matas, nurodantis, kaip lengvai medžiaga patiria a cheminė reakcija . Reakcija gali apimti atskirą medžiagą arba su kitais atomais ar junginiais, paprastai kartu su energijos išsiskyrimu. Labiausiai reaguojantys elementai ir junginiai gali užsidegti savaime arba sprogstamai. Paprastai jie dega vandenyje ir deguonimi ore. Reaktyvumas priklauso nuo temperatūros . Didėjant temperatūrai, padidėja cheminei reakcijai prieinama energija, todėl dažniausiai ji tampa labiau tikėtina.

Kitas reaktyvumo apibrėžimas yra tas, kad tai mokslinis cheminių reakcijų ir jų tyrimas kinetika .

Reaktyvumo tendencija periodinėje lentelėje

Elementų organizavimas ant Periodinė elementų lentelė leidžia numatyti reaktyvumą. Ir labai elektropozityvūs, ir labai elektronneigiami elementai turi stiprų polinkį reaguoti. Šie elementai yra viršutiniame dešiniajame ir apatiniame kairiajame periodinės lentelės kampuose ir tam tikrose elementų grupėse. The halogenai , šarminiai metalai ir šarminių žemių metalai yra labai reaktyvūs.

• Labiausiai reaguojantis elementas yra fluoras , pirmasis halogenų grupės elementas.
• Reaktyviausias metalas yra francium , paskutinis šarminis metalas (ir brangiausias elementas ). Tačiau francis yra nestabilus radioaktyvus elementas, kurio randama tik nedideliais kiekiais. The reaktyviausias metalas kuris turi stabilų izotopą, yra cezis, kuris periodinėje lentelėje yra tiesiai virš francio.
• Mažiausiai reaktyvūs elementai yra tauriųjų dujų . Šioje grupėje helis yra mažiausiai reaktyvus elementas, nesudarantis stabilių junginių.
• Metalas gali turėti kelias oksidacijos būsenas ir turi vidutinį reaktyvumą. Mažo reaktyvumo metalai vadinami taurieji metalai . Mažiausiai reaguojantis metalas yra platina, po to auksas. Dėl mažo reaktyvumo šie metalai sunkiai tirpsta stipriose rūgštyse. Karališkasis vanduo , azoto rūgšties ir druskos rūgšties mišinys, naudojamas platinai ir auksui ištirpinti.

Kaip veikia reaktyvumas

Medžiaga reaguoja, kai cheminės reakcijos metu susidarę produktai turi mažesnę energiją (didesnį stabilumą) nei reagentai. Energijos skirtumą galima numatyti naudojant valentinio ryšio teoriją, atominės orbitos teoriją ir molekulinės orbitos teoriją. Iš esmės tai susiję su elektronų stabilumu juose orbitalės . Nesuporuoti elektronai, neturintys elektronų panašiose orbitose, greičiausiai sąveikauja su kitų atomų orbitomis, sudarydami cheminius ryšius. Nesuporuoti elektronai su išsigimusiomis orbitalėmis, kurios yra pusiau užpildytos, yra stabilesni, bet vis tiek reaktyvūs. Mažiausiai reaktyvūs atomai yra tie, kurių orbitų rinkinys užpildytas ( oktetas ).

Elektronų stabilumas atomuose lemia ne tik atomo reaktyvumą, bet ir jo valentingumą bei galimų susidaryti cheminių ryšių tipą. Pavyzdžiui, anglies valentingumas paprastai yra 4 ir sudaro 4 ryšius, nes jos pagrindinės būsenos valentingumo elektronų konfigūracija yra pusiau užpildyta po 2 s.^du2p^du. Paprastas reaktyvumo paaiškinimas yra tas, kad jis didėja, kai elektroną lengviau priimti ar paaukoti. Anglies atveju atomas gali priimti 4 elektronus, kad užpildytų savo orbitą, arba (rečiau) paaukoti keturis išorinius elektronus. Nors modelis pagrįstas atominiu elgesiu, tas pats principas taikomas jonams ir junginiams.

Reaktyvumą įtakoja fizinės mėginio savybės, jo cheminis grynumas ir kitų medžiagų buvimas. Kitaip tariant, reaktyvumas priklauso nuo konteksto, kuriame žiūrima į medžiagą. Pavyzdžiui, kepimo soda ir vanduo nėra ypač aktyvūs kepimo soda ir actas lengvai reaguoja kad susidarytų anglies dioksidas ir natrio acetatas.

Dalelių dydis turi įtakos reaktyvumui. Pavyzdžiui, kukurūzų krakmolo krūva yra gana inertiška. Jei krakmolą veikiama tiesiogine liepsna, sunku pradėti degimo reakciją. Tačiau jei kukurūzų krakmolas išgarinamas, kad susidarytų dalelių debesis, tai lengvai užsidega .

Kartais terminas reaktyvumas taip pat naudojamas apibūdinti, kaip greitai medžiaga sureaguos arba cheminės reakcijos greitį. Pagal šį apibrėžimą reakcijos galimybė ir reakcijos greitis yra tarpusavyje susiję greičio dėsniu:

Norma = k[A]

Kai greitis yra molinės koncentracijos pokytis per sekundę reakcijos greičio nustatymo etape, k yra reakcijos konstanta (nepriklausoma nuo koncentracijos), o [A] yra reagentų molinės koncentracijos, padidintos iki reakcijos eilės, sandauga. (kuris yra vienas, pagrindinėje lygtyje). Pagal lygtį, kuo didesnis junginio reaktyvumas, tuo didesnė jo k reikšmė ir greitis.

Stabilumas prieš reaktyvumą

Kartais mažai reaktyvios rūšys vadinamos „stabiliomis“, tačiau reikia pasirūpinti, kad kontekstas būtų aiškus. Stabilumas taip pat gali reikšti lėtą radioaktyvų skilimą arba elektronų perėjimą iš sužadintos būsenos į mažiau energingą lygį (kaip liuminescencijos atveju). Nereaguojančios rūšys gali būti vadinamos „inertinėmis“. Tačiau dauguma inertinių rūšių iš tikrųjų reaguoja tinkamomis sąlygomis, sudarydamos kompleksus ir junginius (pvz., didesnio atominio skaičiaus tauriąsias dujas).