Ce înseamnă reactivitate în chimie?

În chimie, reactivitatea este o măsură a cât de ușor suferă o substanță o reacție chimică. Reacția poate implica substanța pe cont propriu sau cu alți atomi sau compuși, în general însoțită de o eliberare de energie. Cele mai reactive elemente și compuși se pot aprinde spontan sau exploziv. În general, acestea ard în apă, precum și oxigenul din aer. Reactivitatea depinde de temperatură. Creșterea temperaturii crește energia disponibilă pentru o reacție chimică, de regulă făcând-o mai probabilă.

O altă definiție a reactivității este că este studiul științific al reacțiilor chimice și al cineticii acestora.

Tendință de reactivitate în tabelul periodic

Organizarea elementelor pe tabelul periodic permite predicții cu privire la reactivitate. Atât elementele puternic electropozitive, cât și cele extrem de electronegative au o puternică tendință de reacție. Aceste elemente sunt situate în colțurile din dreapta sus și din stânga jos ale tabelului periodic și în anumite grupuri de elemente. Halogeni, metale alcaline și metale alcaline de pământ sunt foarte reactive.

• Cel mai reactiv element este fluorul, primul element din grupa halogen.
• Cel mai reactiv metal este franciul, ultimul metal alcalin (și cel mai scump element). Cu toate acestea, franciul este un element radioactiv instabil, găsit doar în cantități. Cel mai reactiv metal care are un izotop stabil este cesiul, care se află direct deasupra franciului pe tabelul periodic.
• Cele mai puțin reactive sunt gazele nobile. În cadrul acestei grupe, heliul este cel mai puțin reactiv element, ne formând compuși stabili.
• Metalul poate avea mai multe stări de oxidare și tinde să aibă reactivitate intermediară. Metalele cu reactivitate scăzută se numesc metale nobile. Cel mai puțin metal reactiv este platina, urmată de aur. Din cauza reactivității scăzute, aceste metale nu se dizolvă ușor în acizi puternici. Aqua regia, un amestec de acid azotic și acid clorhidric, este utilizat pentru a dizolva platina și aurul.

Cum funcționează reactivitatea

O substanță reacționează atunci când produsele formate dintr-o reacție chimică au o energie mai mică (stabilitate mai mare) decât reactanții. Diferența de energie poate fi prevăzută folosind teoria legăturilor de valență, teoria orbitală atomică și teoria orbitală moleculară. Practic, se reduce la stabilitatea electronilor în orbitalele lor. Electronii neperecheți, fără electroni în orbitalele comparabile, sunt cel mai probabil să interacționeze cu orbitalii de la alți atomi, formând legături chimice. Electronii neperecheți cu orbitale degenerate care sunt pe jumătate umplute sunt mai stabile, dar totuși reactive. Cei mai puțini reactivi sunt acei cu un set complet de orbitale (octet).

Stabilitatea electronilor în atomi determină nu numai reactivitatea unui atom, ci valența acestuia și tipul de legături chimice pe care le poate forma. De exemplu, carbonul are de obicei o valență de 4 și formează 4 legături, deoarece configurația electronică a valenței sale de stat este la jumătate umplută la 2s² 2p². O simplă explicație a reactivității este că aceasta crește cu ușurința de a accepta sau de a dona un electron. În cazul carbonului, un atom poate accepta 4 electroni pentru a-și umple orbitalul sau (mai rar) dona cei patru electroni exteriori. În timp ce modelul se bazează pe comportamentul atomic, același principiu se aplică ionilor și compușilor.

Reactivitatea este afectată de proprietățile fizice ale unui eșantion, puritatea sa chimică și prezența altor substanțe. Cu alte cuvinte, reactivitatea depinde de contextul în care este privită o substanță. De exemplu, bicarbonatul de sodă și apa nu sunt deosebit de reactive, în timp ce bicarbonatul de sodiu și oțetul reacționează ușor pentru a forma gaz de dioxid de carbon și acetat de sodiu.

Mărimea particulelor afectează reactivitatea. De exemplu, o grămadă de amidon de porumb este relativ inertă. Dacă se aplică o flacără directă amidonului, este dificil să se inițieze o reacție de ardere. Cu toate acestea, dacă amidonul de porumb este vaporizat pentru a face un nor de particule, se aprinde cu ușurință.

Uneori, termenul de reactivitate este folosit și pentru a descrie cât de repede va reacționa un material sau rata reacției chimice. Conform acestei definiții, șansa de reacție și viteza reacției sunt corelate între ele prin legea ratei:

Rata = k [A]

În cazul în care viteza este modificarea concentrației molare pe secundă în etapa de determinare a vitezei reacției, k este constanta de reacție (independentă de concentrație) și [A] este produsul concentrației molare a reactanților ridicați la ordinea de reacție (care este una, în ecuația de bază). Conform ecuației, cu cât reactivitatea compusului este mai mare, cu atât valoarea sa pentru k și rata este mai mare.

Stabilitate versus reactivitate

Uneori, o specie cu reactivitate scăzută este numită „stabilă”, dar trebuie avut grijă ca contextul să fie clar. Stabilitatea se poate referi, de asemenea, la descompunerea radioactivă lentă sau la tranziția electronilor de la starea excitată la niveluri mai puțin energetice (ca în luminiscență). O specie nereactivă poate fi numită „inertă”. Cu toate acestea, majoritatea speciilor inerte reacționează de fapt în condițiile potrivite pentru a forma complexe și compuși (de exemplu, un număr atomic mai mare de gaze nobile).