Hva betyr reaktivitet i kjemi?

Klaus Vedfelt / Getty Images

I kjemi er reaktivitet et mål på hvor lett et stoff gjennomgår en kjemisk reaksjon . Reaksjonen kan involvere stoffet alene eller med andre atomer eller forbindelser, vanligvis ledsaget av frigjøring av energi. De mest reaktive elementene og forbindelsene kan antennes spontant eller eksplosivt. De brenner vanligvis i vann så vel som oksygenet i luften. Reaktivitet er avhengig av temperatur . Økende temperatur øker energien som er tilgjengelig for en kjemisk reaksjon, noe som vanligvis gjør det mer sannsynlig.

En annen definisjon av reaktivitet er at det er den vitenskapelige studien av kjemiske reaksjoner og deres kinetikk .

Reaktivitetstrend i det periodiske system

Organiseringen av elementer på periodiske tabell gir mulighet for spådommer angående reaktivitet. Både svært elektropositiv og høy elektronegative elementer har en sterk tendens til å reagere. Disse elementene er plassert i øvre høyre og nedre venstre hjørne av det periodiske systemet og i visse elementgrupper. De halogener , alkalimetaller og jordalkalimetaller er svært reaktive.

• Det mest reaktive elementet er fluor , det første elementet i halogengruppen.
• Det mest reaktive metallet er francium , det siste alkalimetallet (og dyreste element ). Imidlertid er francium et ustabilt radioaktivt grunnstoff, bare funnet i spormengder. De mest reaktivt metall som har en stabil isotop er cesium, som ligger rett over francium på det periodiske systemet.
• De minst reaktive elementene er edle gasser . Innenfor denne gruppen er helium det minst reaktive elementet, og danner ingen stabile forbindelser.
• Metall kan ha flere oksidasjonstilstander og har en tendens til å ha middels reaktivitet. Metaller med lav reaktivitet kalles edle metaller . Det minst reaktive metallet er platina, etterfulgt av gull. På grunn av deres lave reaktivitet, løses disse metallene ikke lett opp i sterke syrer. Kongelig vann , en blanding av salpetersyre og saltsyre, brukes til å løse opp platina og gull.

Hvordan reaktivitet fungerer

Et stoff reagerer når produktene som dannes fra en kjemisk reaksjon har lavere energi (høyere stabilitet) enn reaktantene. Energiforskjellen kan forutsies ved bruk av valensbindingsteori, atomorbitalteori og molekylær orbitalteori. I utgangspunktet koker det ned til stabiliteten til elektroner i deres orbitaler . Uparede elektroner uten elektroner i sammenlignbare orbitaler er de mest sannsynlige for å samhandle med orbitaler fra andre atomer, og danner kjemiske bindinger. Uparede elektroner med degenererte orbitaler som er halvfylte er mer stabile, men fortsatt reaktive. De minst reaktive atomene er de med et fylt sett med orbitaler ( oktett ).

Stabiliteten til elektronene i atomer bestemmer ikke bare reaktiviteten til et atom, men dets valens og typen kjemiske bindinger det kan danne. For eksempel har karbon vanligvis en valens på 4 og danner 4 bindinger fordi dens grunntilstandsvalenselektronkonfigurasjon er halvfylt ved 2s^to2p^to. En enkel forklaring på reaktivitet er at den øker med det enkle å akseptere eller donere et elektron. Når det gjelder karbon, kan et atom enten akseptere 4 elektroner for å fylle sin orbital eller (sjeldnere) donere de fire ytre elektronene. Mens modellen er basert på atomær oppførsel, gjelder det samme prinsippet for ioner og forbindelser.

Reaktivitet påvirkes av de fysiske egenskapene til en prøve, dens kjemiske renhet og tilstedeværelsen av andre stoffer. Med andre ord, reaktivitet avhenger av konteksten et stoff ses i. For eksempel er natron og vann ikke spesielt reaktive, mens natron og eddik reagerer lett for å danne karbondioksidgass og natriumacetat.

Partikkelstørrelsen påvirker reaktiviteten. For eksempel er en haug med maisstivelse relativt inert. Hvis man bruker en direkte flamme til stivelsen, er det vanskelig å sette i gang en forbrenningsreaksjon. Men hvis maisstivelsen fordampes for å lage en sky av partikler, vil den lett antennes .

Noen ganger brukes begrepet reaktivitet også for å beskrive hvor raskt et materiale vil reagere eller hastigheten på den kjemiske reaksjonen. Under denne definisjonen er sjansen for å reagere og reaksjonshastigheten relatert til hverandre av hastighetsloven:

Rate = k[A]

Der rate er endringen i molar konsentrasjon per sekund i det hastighetsbestemmende trinnet av reaksjonen, er k reaksjonskonstanten (uavhengig av konsentrasjon), og [A] er produktet av molar konsentrasjonen til reaktantene hevet til reaksjonsrekkefølgen (som er én, i den grunnleggende ligningen). I følge ligningen, jo høyere reaktiviteten til forbindelsen er, desto høyere er dens verdi for k og rate.

Stabilitet versus reaktivitet

Noen ganger kalles en art med lav reaktivitet 'stabil', men man bør passe på å tydeliggjøre konteksten. Stabilitet kan også referere til langsom radioaktivt forfall eller til overgangen av elektroner fra den eksiterte tilstanden til mindre energiske nivåer (som i luminescens). En ikke-reaktiv art kan kalles 'inert'. Imidlertid reagerer de fleste inerte arter faktisk under de rette forholdene for å danne komplekser og forbindelser (f.eks. edelgasser med høyere atomnummer).